電動汽車再生制動系統(tǒng)介紹課件

電動汽車再生制動系統(tǒng)介紹報告人：專業(yè)：車輛工程7/24/2023

目錄一、再生制動系統(tǒng)簡介二、再生制動的影響因素三、制動意圖識別方法四、再生制動系統(tǒng)的控制策略五、制動能量回收評價指標(biāo)六、再生制動能量回收系統(tǒng)研究熱點7/24/2023一、再生制動能量回收系統(tǒng)簡介

隨著環(huán)保和能源問題日益突出，傳統(tǒng)汽車所帶來的空氣污染日益加重和石油短缺的問題，得到了人們的重視。為解決節(jié)能和環(huán)保的問題，國家大力支持電動汽車的發(fā)展，并被認(rèn)為是傳統(tǒng)車輛的理想替代品。電動汽車具有能量來源可持續(xù)、零排放、低噪音等優(yōu)勢，同時，電動汽車通過自身的驅(qū)動電機(jī)，可以實現(xiàn)再生制動能量回收。

7/24/2023續(xù)航歷程短是制約電動汽車普及發(fā)展的關(guān)鍵因素，再生制動能量回收技術(shù)是提高電動車?yán)m(xù)航里程的有效手段。再生制動能量回收即汽車在制動時，通過制動裝置將動能化為電能儲存在動力電池、超級電容等儲能設(shè)備，供驅(qū)動時使用，以達(dá)到延長電動汽車?yán)m(xù)駛里程的目的，同時還可起到減少制動器工作強(qiáng)度、延長機(jī)械制動系統(tǒng)壽命的作用。因為具備上述優(yōu)點，再生制動能量回收技術(shù)已成為純電動汽車和燃料電池汽車等新能源汽車節(jié)能減排的主要技術(shù)之一。7/24/2023再生制動的發(fā)展

再生制動能量回收系統(tǒng)最開始應(yīng)用在火車上，后來一些學(xué)者將其應(yīng)用在汽車上，早起主要是在傳統(tǒng)汽車上使用，利用液壓和飛輪的儲能機(jī)構(gòu)，能量回收效率低。后來隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)能源轉(zhuǎn)化效率高，電池儲能效率高，再生制動系統(tǒng)進(jìn)入了研究的快車道，并成為電動汽車上一重要的組成部分。1、早在20世紀(jì)70年代，美國威斯康星大學(xué)NormanH.Beachley等學(xué)者就開始了汽車再生制動系統(tǒng)的研究，當(dāng)時主要是對傳統(tǒng)汽車采用飛輪和液壓儲能方式對制動年能量回收。2、1979年，丹麥P.Buchwald和G.Christensen等比較詳細(xì)的研究了再生制動能量回收理論，同時在福特汽車上研制出了液壓儲能的再生制動系統(tǒng)。3、日本豐田公司于1997年推出了具有再生制動功能的混合動力轎車Prius，這款轎車制動的慣性能量能夠通過再生制動系統(tǒng)得到回收，回收的能量約能提供汽車5%~23%的驅(qū)動力，從而能夠提高轎車10%左右的燃油經(jīng)濟(jì)性。7/24/20234、本田汽車公司緊隨其后，于1999年開發(fā)了混合動力汽車Insight，提出了采用雙制動力分配系數(shù)控制再生制動系統(tǒng)，試驗結(jié)果表明，該車實現(xiàn)了高效的制動能量回收。5、美國福特汽車公司也推出了混合動力汽車Escape，該車型采用了線控再生制動系統(tǒng)，線控系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的機(jī)械液壓制動系統(tǒng)，把駕駛員的制動踏板信號操作轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，通過驅(qū)動電機(jī)實現(xiàn)所需的操作，實驗證明該車制動能量回收率及制動時方向穩(wěn)定性均有較大的提高。6、國內(nèi)的再生制動技術(shù)起步比較晚。國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和高校都對再生制動系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的研究，并取得了一定的進(jìn)展，但尚未達(dá)到十分成熟的階段。但是近些年新出的電動汽車大部分都采用了再生制動能量回收系統(tǒng)。7/24/20237/24/2023再生制動能量回收系統(tǒng)優(yōu)點：

1、再生制動是提高電動汽車能量利用率的重要途徑之一。尤其是在起、停頻繁的城市工況下，研究表明，利用再生制動，可使城市工況下的電動汽車?yán)m(xù)駛里程延長14%到40%。

2、再生制動可承擔(dān)低制動強(qiáng)度的制動任務(wù)。通常情況下能承擔(dān)制動強(qiáng)度在0.1以下的制動任務(wù)，但當(dāng)車型與檔位不同時，能承擔(dān)的制動強(qiáng)度可以更大。

3、再生制動可起輔助制動作用。特別是電動汽車恒速下長坡時，為保持制動強(qiáng)度的恒定性，延長行車制動系工作壽命，再生制動單獨或與行車制動系協(xié)同對車輛進(jìn)行速度控制。

4、利用再生制動提高電動汽車主動安全性。這種功能包括兩個方面：一是電動汽車在低附著系數(shù)路面上進(jìn)行再生制動時，通過控制再生制動力來使驅(qū)動輪獲得最佳滑移率，縮短制動距離，這是一種區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械A(chǔ)BS的電磁制動系統(tǒng)，它在保持滑移率最佳的同時，能回收制動能，即具有再生ABS功能，二是利用再生制動產(chǎn)生橫擺力矩來提高電動汽車的轉(zhuǎn)彎操縱穩(wěn)定性。7/24/2023

5、電動汽車的再生制動反應(yīng)速度快，控制精度高。制動系統(tǒng)反應(yīng)時間對車輛動態(tài)性能的影響十分顯著，通常，行車制動系制動管路中的電磁閥會存在死區(qū)時間，管路中傳力介質(zhì)的壓力反應(yīng)也存在明顯延遲現(xiàn)象，故行車制動系起作用的時間一般較長，如真空助力制動系與氣壓制動系的起作用時間為0.3～0.9s,液壓制動系起作用的時間在0.1s左右。由于電動汽車再生制動的制動性質(zhì)是電制動，而電機(jī)時間常數(shù)一般為1ms，因而有利于對制動力矩實現(xiàn)快速而精確的控制。7/24/2023再生制動能量回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：7/24/20237/24/2023

一般情況下，影響電動汽車制動能量回收效能的因素有儲能裝置、制動力分配比例、驅(qū)動類型、電機(jī)性能、行駛工況、控制策略等。（1）儲能裝置。電動汽車上常用儲能裝置有蓄電池、燃料電池、超級電容、飛輪電池等，其中最常用的還是蓄電池。因此，在制動能量回收進(jìn)行時要充分考慮蓄電池的狀態(tài)，如果制動過程中蓄電池SOC值超過上限值，表明蓄電池電量充足不需充電，此時不宜進(jìn)行制動能量回收，否則會損害蓄電池壽命并且有可能引發(fā)安全問題。另外，為了保護(hù)蓄電池，制動能量回收過程還要充分考慮蓄電池能承受的最大充電電流和充電功率。（2）制動力分配比例。由于電動汽車運行速度較高，制動時僅僅依靠再生制動很難及時減速，這就需要機(jī)械制動提供相應(yīng)的制動力，因此制動過程中再生制動力和機(jī)械制動力的比例就顯得尤為重要，在保證制動穩(wěn)定性的前提下，再生制動力所占比例越高，越有利于制動能量回收。三、再生制動的影響因素7/24/2023（3）驅(qū)動類型。從車型角度考慮，目前對于電動汽車研究涉及最多的是雙軸電動轎車，但無論雙軸電動轎車為兩驅(qū)型還是四驅(qū)型，制動過程中能夠回收的能量均只是驅(qū)動輪上的行駛動能，而從動輪上的動能只能依靠機(jī)械摩擦制動產(chǎn)生熱量消耗掉。因此，在保證制動安全的前提下，盡可能多的向驅(qū)動輪分配制動力有利于提高制動能量回收效率。（4）電機(jī)性能。作為再生制動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，電機(jī)的制動能力越好，就可在分配再生制動力與機(jī)械制動力時提高再生制動力比例，增加制動能量回收效果。此外，電機(jī)的發(fā)電效率也對制動能量回收有很大影響，另外在低速和高速時也不利于電機(jī)進(jìn)行制動能量回收。（5）行駛工況。行駛工況對于制動能量的回收影響最直接，若電動汽車行駛在城市交通較擁擠道路上，需要頻繁起步、加速、減速，則制動工況較多，提高了再生制動次數(shù)，能夠增加能量回收效果；若電動汽車行駛在高速公路，很少會出現(xiàn)制動減速工況，制動能量回收較少。7/24/2023（6）控制策略。制動控制策略是電動汽車的軟件核心。對于再生制動技術(shù)，提高能量回收效率需要依靠合理的再生制動控制策略。再生制動控制策略最關(guān)鍵的內(nèi)容是在保證制動安全的前提下，最優(yōu)的分配再生制動力和前、后輪機(jī)械摩擦制動力，最大限度的實現(xiàn)能量回收以及優(yōu)化駕駛員感受。除上述6大主要影響因素外，在制動能量回收及傳遞過程中，各個部件自身的效率等也會制動能量回收效果產(chǎn)生影響。

7/24/2023一汽奔騰B50電動試驗車結(jié)構(gòu)：7/24/2023四、制動意圖識別制動意圖識別主要是能夠正確的識別電動汽車中駕駛員的制動意圖，是駕駛意圖的一部分，是駕駛員對車輛進(jìn)行減速操作的一種意圖。便于可以準(zhǔn)確的控制電機(jī)制動和液壓制動進(jìn)入和退出的時間，從而一方面有利于提高汽車制動能量回收率，另一方面也可以提高汽車制動的安全性。識別出的不同制動意圖要求的不同的制動性能，不同的制動性能則要求合理的對前后軸制動力進(jìn)行分配，作為制動力分配的依據(jù)。在制動強(qiáng)度較大時保證車輛的制動安全性，在制動強(qiáng)度較小時保證較高的制動能量回收率。7/24/2023制動意圖識別參數(shù)：制動踏板位移開度、制動踏板速率、加速踏板位移、車速、制動管路壓力，制動意圖識別方法：基于規(guī)則識別法、模糊控制識別法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別法等。7/24/20237/24/20237/24/2023五、再生制動的控制策略

實際中，在硬件結(jié)構(gòu)及外部行車狀況不易改變或控制的條件下，通過設(shè)計合理的再生制動控制策略，使得制動力分配合適，是提高再生制動能量回收效率的最有效途再生制動作為電動汽車一項關(guān)鍵技術(shù)，除了要求汽車在制動過程中行駛平穩(wěn)外，還要有合適的制動能量回收效率作為保障。

再生制動控制策略有很多，主要有前后軸制動力分配策略、電機(jī)制動和機(jī)械制動分配策略、整車控制策略、再生制動與其它系統(tǒng)協(xié)調(diào)策略、多能源系統(tǒng)協(xié)調(diào)策略等，但是策略設(shè)計的共同點是電機(jī)提供大部分的制動力用于能量回收，特別是在制動強(qiáng)度較小的情況下，電機(jī)提供全部的制動力。7/24/20231、典型的前后軸制動力分配策略有理想制動力分配控制策略、最佳制動能量回收控制策略和并行制動能量回收控制策略。理想制動力分配控制策略：

理想制動力分配控制策略如圖所示。其控制目標(biāo)是在保證車輛具有最佳前后制動力分配（最佳制動性能）的前提下盡量回收制動能量。當(dāng)減速度小于時，只有再生制動系統(tǒng)工作。當(dāng)減速度要求大于時，前后制動力被控制在曲線上?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)電機(jī)特性和車載電池的情況決定驅(qū)動軸制動力是由再生制動系統(tǒng)單獨提供還是由兩種系統(tǒng)聯(lián)合提供。7/24/20237/24/2023最佳制動能量回收控制策略

最佳制動能量回收控制策略的思想是在制動力分配允許的范圍內(nèi)盡量增大電機(jī)制動的份額，以達(dá)到多回收制動能量的目的。這種控制策略可以達(dá)到最佳回收能量的目的。這種控制策略的缺點是穩(wěn)定性不高、控制困難，且對路面附著系數(shù)的變化較為敏感。

最佳制動能量回收控制策略如圖所示。其在減速度要求小于路面附著系數(shù)時的控制策略如下，以圖粗實線AB為例說明在不同情況下如何分配制動力：（1）當(dāng)可獲得的再生制動力（制動電機(jī)的最大制動力）在Freq范圍內(nèi)時，如圖中C點，前軸制動力全部由再生制動系統(tǒng)提供，同時將后軸制動力控制在相應(yīng)的D點，此時汽車有j/g=0.6的制動減速度。（2）當(dāng)可獲得的再生制動力小于A點對應(yīng)的前軸制動力時，如圖中E點，控制制動電機(jī)工作在最大值，同時前軸摩擦制動系統(tǒng)提供一部分制動力，為了將整車制動力控制在I曲線上的F點，相應(yīng)的將后軸摩擦制動力控制在G點，此時整車將獲得的制動減速度j/g=0.6。7/24/2023（3）當(dāng)需要較小的制動減速度時，例如j/g=0.3，如果再生制動系統(tǒng)可單獨提供制動力需求，將由再生制動系統(tǒng)單獨作用，如圖中K點。7/24/2023并行制動能量回收控制策略

并行制動能量回收控制策略的思想是在不改變原有液壓制動系統(tǒng)基礎(chǔ)上，在驅(qū)動軸上附加一個電機(jī)制動力矩。此種控制方法對原有的液壓制動系統(tǒng)改動較小且響應(yīng)較快、易于實現(xiàn)，但由于電機(jī)系統(tǒng)作僅為一個輔助系統(tǒng)回收制動能量，此種控制策略能量回收率較小其控制策略如下：（1）制動減速度要求小于0.1g時，機(jī)械制動系統(tǒng)不工作，僅制動電機(jī)單獨制動；（2）制動減速度要求大于0.1g小于0.7g時，制動電機(jī)和摩擦制動系統(tǒng)聯(lián)合制動；（3）制動減速度要求大于0.7g時，認(rèn)為是緊急制動，僅依靠技術(shù)成熟可靠的摩擦制動系統(tǒng)制動。7/24/20237/24/20232、驅(qū)動與制動協(xié)調(diào)控制策略：7/24/20233、再生制動與ABS協(xié)調(diào)控制策略：7/24/20234、多能源系統(tǒng)模糊分配策略：7/24/20234、多能源系統(tǒng)模糊分配策略：7/24/2023六、制動能量回收評價指標(biāo)制動能量回饋率：制動能量回饋過程中電動機(jī)發(fā)出的電能在總制動能量中的占比。能量回收率：在某循環(huán)工況下電動機(jī)回饋發(fā)出的電能占電動機(jī)總消耗能量的百分比?；厥章剩弘妱訖C(jī)回饋發(fā)出的電能占整車總動能或動力電池總儲電量的百分比制動能量回收貢獻(xiàn)率：制動能量中被回收又重新被動力系統(tǒng)利用且傳遞到驅(qū)動輪的那一部分能量在總驅(qū)動能量中所占的比例。制動可回收率：制動可回收率ηk定義為在制動過程中半軸回收能量Et占整車動能變化量Ez的百分比。7/24/2023制動轉(zhuǎn)化率：制動轉(zhuǎn)化率ηt定義為制動過程中驅(qū)動電池充電能量Er占半軸回收能量Et的百分比。制動回收率：制動回收率ηv定義為制動過程中驅(qū)動電池充電能量Er占整車動能變化量Ez的百分比，其考慮到了制動能量由車輪傳遞至驅(qū)動電池過程中所有的影響因素，反映電動汽車實際的制動能量回收效率。同時，今年汽車工程學(xué)會在2月發(fā)布了《純電動乘用車再生制動能量回收率的評價及試驗方法》（T/CSAE44-2015）7/24/2023

本標(biāo)準(zhǔn)對涉及電動汽車再生制動能量回收率的相關(guān)術(shù)語進(jìn)行了闡述，如滑行能量回收、制動能量回收、單次工況再生制動能量回收率、循環(huán)工況再生制動能量回收率等；定義了電動汽車再生制動的評價指標(biāo)?；谏鲜鰞?nèi)容對電動汽車再生制動的試驗條件和狀態(tài)要求進(jìn)行了詳細(xì)的說明。主要含車輛狀態(tài)的基本要求，電動汽車的試驗質(zhì)量，再生制動系統(tǒng)的狀態(tài)，底盤測功機(jī)的試驗條件，電池狀態(tài)要求，電機(jī)狀態(tài)要求，