電動汽車能量回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究
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I 電動汽車能量回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究 摘要 : 隨著 全 世界范圍內(nèi)“低碳生活”呼聲的增強(qiáng)以及 世界 各國對環(huán)保節(jié)能的重視 程度越來越大 , 低污染 、 零排放的 新能源 電動汽車 應(yīng)運(yùn)而生,蓬勃發(fā)展。 但 當(dāng)前 限制電動 汽 車發(fā)展的最 主要的 問題是 如何提升行駛里程 。在電動汽車 行駛中,如果能夠回收汽車所浪費(fèi)的能量再回收利用在汽車的工作中,那么將會最大程度地 提升電動汽車 單次行駛路程 。 關(guān)鍵詞 :電動汽車;能量再生;制動能量再生 of As on of at of is to In if it be by in so a of 錄 摘要 ............................................................. Ⅰ ........................................................ Ⅱ 目 錄 ........................................................... 緒 論 ........................................................... 1 文研究的背景 ................................................. 1 內(nèi)外制動能量回收研究現(xiàn)狀 ..................................... 3 文主要內(nèi)容 ................................................... 5 2 電動汽車制動能量回收再生系統(tǒng) .................................... 6 生原理 ....................................................... 6 動能量再生的基本原理 ....................................... 6 .............................................. 7 動能量再生系統(tǒng)的組成 ......................................... 8 動能量再生系統(tǒng)的分類 ......................................... 8 動能量再生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 .................................. 10 章小結(jié) ...................................................... 14 3 電動汽車制動能量回收的約束 ..................................... 15 4 電動汽車制動能量再生控制策略 ................................... 18 動能量再生過程的動力學(xué)分析 .................................. 18 動能量回收系統(tǒng)的控制策略 .................................... 22 想剎車控制策略 ............................................ 22 動能量回收控制策略 ........................................ 23 ........................................... 24 聯(lián)再生制動控制策略 ........................................ 24 ....................................................... 25 5 總結(jié)與展望 ..................................................... 26 參 考 文 獻(xiàn) ...................................................... 27 謝 ........................................................... 29 1 1 緒 論 文研究的背景 自 從 1886 年世界上 第一輛汽車誕生至今一百多年的時(shí)間里,汽車已經(jīng)遍人類社會的各個(gè)角落 而且已經(jīng) 成為人們不可缺少的 出行 工具。 在當(dāng)今世界 全球汽車工業(yè)迅猛發(fā)展 的同時(shí) 不僅給人類社 會生存發(fā)展 帶來 了巨大的 便利,同時(shí)也消耗了大量的 不可再生 能源 。 傳統(tǒng) 汽車發(fā)動機(jī)燃燒燃料 進(jìn)行運(yùn)動 的同時(shí) 也 排放出了 大量 的 尾氣 , 給全球環(huán)境造成了巨大的危害。即便 隨著 汽車 科技 技術(shù) 的飛速發(fā)展 已經(jīng) 在尾氣上著重發(fā)展, 使汽車尾氣排放 量 降到很低,但由于 全球氣溫快速上升、城市霧霾越來越嚴(yán)重、 汽車保有量持續(xù)高速 增長 ,還是對 我們賴以生存的 環(huán)境造成 了不可估量 的影響 , 嚴(yán)重 污染了環(huán)境 威脅了我們的生存 。 根據(jù)一些調(diào)查報(bào)告可以看出 , 2011 年全球汽車 保守估計(jì)約有 輛 , 每年大概需要消耗 石油產(chǎn)量 的 60%,全球 氣溫上升約有超過 25%量 來自汽車尾氣 排放 [1]。隨著全球汽車保有量的不斷 升高 , 傳統(tǒng)的 普通燃油汽車 快速發(fā)展 所帶來的能源危機(jī)和 環(huán)境 污染日趨嚴(yán)重。 當(dāng)局和各大汽車企業(yè)未來的技術(shù)發(fā)展方傾向定是著重于減少能源消耗和尾氣排放,電動汽車一定會在未來大放異彩。 自從第一輛 汽車 誕生以來為它提供能量的一直是石油 , 而地球上的 石油 當(dāng)前是 不可再生 資源 , 按現(xiàn)在已經(jīng) 探明的石油總 儲量約 為 12000 億桶 算 , 當(dāng)今世界 的開采速度 也僅僅 只夠開采 40年左右,即使 在今后的探測開采中 不斷 地 發(fā)現(xiàn)新的油田,但總會有消耗 完 的一天??梢娛唾Y源的 緊缺 將會直接影響 到 我國的能源安全, 社會的穩(wěn)定,人民的生活和 國家 的 安全, 是 我國 堅(jiān)持 長期可持續(xù)發(fā)展 策略的一個(gè)重大隱患。 因此 尋求 石油以外的 新 能源是 當(dāng)今全球 迫切需要解決的 難題 [2]。 最近這些年以來 ,我國 的 汽車 企業(yè)在新能源方面完成了初步的 發(fā)展, 個(gè)別骨干企業(yè)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平,產(chǎn)銷量規(guī)模位居世界前列,但與發(fā)達(dá)國家 比擬 ,在核心尖端技術(shù) 要求 和應(yīng)用水平上還有一定差距 。 我國“十三五”控制溫室氣體排放工作方案中提出,國務(wù)院 提出 到 2020年純電動汽車和插電式混合動力汽車的生產(chǎn)能力要 有 200萬輛 [3]。我國在“十三五”生態(tài)環(huán)保、節(jié)能減排、應(yīng)對氣候變化、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)規(guī)劃和工作方案當(dāng)中,都制定了一系 2 列推動電動汽車發(fā)展的政策, 囊括推進(jìn) 交通領(lǐng)域節(jié)能減排、 加強(qiáng) 機(jī)動車環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和污染 節(jié)制 ,提升電動汽車整車 核心 部件、電池技術(shù), 推動市區(qū)社會 公共服務(wù)區(qū)、居民區(qū)和 公司 的充電設(shè)施 建造 ,完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和市場監(jiān)管體系,繼續(xù)對推廣應(yīng)用和充電設(shè)施建設(shè)的營運(yùn)給予財(cái)政獎勵和補(bǔ)貼。 推動 綠色金融, 推行 電動汽車企業(yè)的融資渠道,推廣低碳出行 意識 ,積極 地指導(dǎo) 消費(fèi)者購買使用 新能源 汽車 。 東風(fēng)電動汽車研發(fā)團(tuán)隊(duì) 研發(fā) 出產(chǎn) 的 合 型 動力城市公交車被評為國家重點(diǎn)新 能源 產(chǎn)品 。 比亞迪以 超前 的新能源技術(shù)、過硬的產(chǎn)品 質(zhì)量 ,助推新能源汽車應(yīng)用 推行。 電動汽車與傳統(tǒng)汽車 比較具備 零排放、 構(gòu)造簡單容易 、 容 易 啟動 、 噪聲 低、易操縱等 長處 , 有 關(guān)的技術(shù)研究 已經(jīng) 成熟,是公認(rèn) 將來 汽車 發(fā)展 的 必然趨勢。自 1997年 日本豐田公司 出產(chǎn) 的混合動力電動汽車 全 世界 銷售額 已經(jīng)逾越 50 萬輛。 在混合動力汽車領(lǐng)域,日本的豐田 公司 和本田 公司在技術(shù)層面和銷售量以及 宣傳等方面已經(jīng)走在 其他公司的前面 ,推出了諸如 能源 動力 汽車 , 深受大眾喜歡 。 其他國外汽車制造 企業(yè) 也相繼推出相應(yīng)的 各種 車型,例如寶馬 3 系 、 5 系 、 7 系 、 8 系都推出了相應(yīng)的混合動力車型,大眾 推出的 途銳混合動力版 車型 ,特斯拉 主 推的 純電動車 , 中國的 汽車 公司 比亞迪在電動汽車 范圍內(nèi) 也 已經(jīng)走在前 面 ,相繼推出包含 了唐、宋、秦 等 在內(nèi)的多種混合動力車型 和純電動車型。 盡管電動汽車 具有諸多優(yōu)勢卻 遲遲 未 能 成為 當(dāng)今社會 主流交通工具,因?yàn)槠淙觞c(diǎn)和局限性 同樣明顯:續(xù)航里程短、充電時(shí)間長、電池造價(jià)昂貴、整車造價(jià)高 等問題。 在電動汽車 科研范圍 中, 怎么 研制 出 高性 性價(jià)比 的儲能設(shè)備 和 如何提升 能量的 利用率 ,是 全部 汽車廠商 非常注重 的兩個(gè)方面。盡管 電動汽車 蓄電池技術(shù)發(fā)展迅速,但受 到 經(jīng)濟(jì)性、安全性等因素制約 很難 在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn) 技術(shù)上的 突破。因此如何提高電動汽車的能量利用率是 解決現(xiàn)階段 問題 的一個(gè)突破口。 鉆研 制動能量再生 技術(shù) 對 提 高 電動汽車的能量利用率 有著 非比尋常的 意義。汽車在制動 的 過程 當(dāng) 中, 發(fā)動機(jī)產(chǎn)生 的動能 會 通過摩擦 轉(zhuǎn)變 為熱能 而 消散掉, 巨大 的能量被 白白 浪費(fèi)掉。 依照有關(guān) 數(shù)據(jù) 發(fā)現(xiàn) ,在幾種 有關(guān) 城市工況下,汽車 在 制動 情況下由 摩擦制動 而消散 的能量占汽車總 的 動量的 50%左右。 3 制動能量回收系統(tǒng)是 現(xiàn)今世界上 電動汽車 研究開發(fā)的核心 技術(shù),也是 電動汽車未來的發(fā)展趨勢 。其工作原理如圖 示 , 在 普通 的 傳統(tǒng) 燃油 汽車 中 ,當(dāng)車輛減速、制動時(shí),車輛的 動能會 通過制動 體系 而 轉(zhuǎn)化 為熱能 向 空氣 中 消散 。而在電動汽車這種被 揮霍 掉的部分 動能 能夠經(jīng)過 制動能量回收技術(shù), 通過 擁有可逆 功能 的電動機(jī) 或 發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)電動汽車動能和電能 間的 互相轉(zhuǎn)變 。 能夠明顯 的改 進(jìn) 車輛的經(jīng)濟(jì)性及車輛的制動性,提 升 能量的利用率, 提高 電動汽車的續(xù)航 里程。 根據(jù) 國際相關(guān) 研究 表示 ,在存在較 經(jīng)常 制動與起動的 市區(qū) 工況條件下, 可以高 效地回收制動能量,電動汽車可 以 降低 15% 的能量消耗, 可以使 電動汽車的行駛 里程 延長 10%~ 30%。 圖 1 動能量回收原理 內(nèi)外制動能量回收研究現(xiàn)狀 因?yàn)?回收電動汽車的制動能量不 光 能提 高 汽車的能量利用率,增加 續(xù)航 里程,還能保護(hù)制動 系統(tǒng),保持 整車的 行駛 安全 穩(wěn)定 性。因此, 如何提高汽車的能量利用率是各大汽車廠商所要研究的主要問題。 國外再生制動技術(shù)的研究比較深入,除了實(shí)驗(yàn)室大量的理論研究成果,整車實(shí)用也比較成熟。豐田公司的普銳斯和本田公司的音賽特 就是成功將再生制動技術(shù)使用在汽車上的。 出 了 基于制動能量回收系統(tǒng)的純電動汽車和混合動力汽車 統(tǒng)的控制策略,通過精確設(shè)計(jì)電機(jī)制動力門限值,使得再生制動系統(tǒng)與 統(tǒng)可兼容工作 [4]。 當(dāng)前 , 中國的 制動能量回收技術(shù)處于 才開始 起步 。 如表 個(gè)高校、汽車廠商、科研院所都在這方面進(jìn)行了大量的研究,也取得了很大的研究成果 [5從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可看出,汽車制動能量回收系統(tǒng)科研方向主要在如何回收制動能量、怎么提高回收制動能量效率、驅(qū)動電機(jī)技術(shù)、符合國情的再生制動控制策略等方面。 表 內(nèi)制動能量回收技術(shù)研究分析 4 研究單位 研究者 控制策略 所得結(jié)果 清華大學(xué) 羅禹貢 李蓬等 研究對象混合動力車 設(shè)計(jì)目標(biāo)駕駛員制動意圖 &能量回收率 思想基于最優(yōu)控制理論設(shè)計(jì)了制動力分配模型 顯著提高汽車制動響應(yīng)速度提高制動能量回收率 10% 北京理工 李玉芳 林逸等 研究的對象為獨(dú)立式制動控制系統(tǒng)的制動力 設(shè)計(jì)目標(biāo)最大限度地回收再生制動能量 得到再生制動力和液壓制動的分配與控制規(guī)律 華南理工 羅玉濤 吳昊硅等 研究對象 給定的 在能量回收原理基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)混合勵磁無刷電動機(jī) 安裝在 達(dá) 10%能量回收 武漢理工 過學(xué)訊 張靖等 針對 實(shí)現(xiàn)再生制動的必要性和可行性 具體工作并聯(lián)式制動能量回收的仿真研究 建立 重慶大學(xué) 詹訊 秦大同等 針對輕度 典型城市驅(qū)動循環(huán)工況下特點(diǎn) 能滿足整車制動力分配的要求能量回收效率達(dá)到 北京交大 張欣 耿聰?shù)? 根據(jù)城市公交車車速變化大,制動強(qiáng)度低,頻繁等特點(diǎn) 設(shè)計(jì)目標(biāo)保證低強(qiáng)度時(shí)制動能量再生針對 降低 5 文主要內(nèi)容 本文 主要是對 電動汽車的制動能量再生系統(tǒng)進(jìn)行 研究和刨析 , 對比 制定能量回收控制策略, 指定 符合我國國情 發(fā)展 的控制策略。 具體的研究內(nèi)容主要有: 1) 研究了各種制動能量回收方式和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 2) 分析制動能量再生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。 對 三個(gè)典型的再生制動控制策略進(jìn)行了比較和分析, 連系 再生制動力與摩擦制動力的分配關(guān)系、電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩、鋰離子電池充電特性、 動法規(guī)的分析,對并聯(lián)再生制動控制策略進(jìn)行優(yōu)化,提出了符合本文研究電動汽車的 能量回收 控制策略。 和制動制動效能以及行車安全 能耗 10%~ 20% 上海交大 王保華 張建武等 建立并聯(lián)式混合動力汽車動力模型 目標(biāo) 對純電動汽車制動模式和機(jī)電模式下動力汽車能量進(jìn)行再生制動仿真分析 純電機(jī)制動效能高能量回收率 29% 機(jī)電混合僅 2% 6 2 電動汽車制動能量回收再生系統(tǒng) 生原理 動能量再生的基本原理 在純電動汽車上,作為一種 擁有 驅(qū)動裝置的電動機(jī)同時(shí)具有發(fā)電的功 用 ,利用可逆的這個(gè) 特征 ,可以 完成 電動汽車制動能量的 回收利用 。 電動汽車在制動過程中,在汽車車輪的運(yùn)動的過程中將動能傳遞給電動機(jī)。從而帶動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。此時(shí),電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài),向能量存儲設(shè)備 (電池或超級電容器 )充電。將制動 時(shí)所產(chǎn)生的 能量轉(zhuǎn)化為電能 儲存起來 , 從而完成制動 能量的回收。與此同時(shí),電機(jī)所 提供 的阻力力矩被作用到車輪上,從而 減緩了 汽車 的 速度起到了制動效果。 圖 動能量再生原理圖 7 動能量再生原理 電動汽車 在完成 制動能量 回收的過程中 , 電路簡圖 如圖 示。 圖 動能量回收電路圖 起初應(yīng) 將電機(jī)的 啟動 電流斷開,電機(jī)電樞 兩頭各 接入一個(gè)開關(guān), 然后讓工況保持 在高頻通斷狀態(tài)。由于電機(jī)屬于電感性器件,感應(yīng) 電動勢 ( 2 式中, L 為電機(jī)電樞電感。 當(dāng) ,由電機(jī)感應(yīng)電動勢引起的感應(yīng)電流經(jīng)開關(guān) S 形成回路,感應(yīng)電流為: ( 2 式中, 電樞電阻, 限流電阻, 1I 為制動電流。 當(dāng)斷開 快速變大 而 使得 感應(yīng) 電動勢 速 變大 , 當(dāng) 成能量的回收,回收的電流為制動電流 2I 。 ( 2 式中, 電流回饋電路等效電阻。 ?? 8 動能量再生系統(tǒng)的組成 由于電機(jī)工作產(chǎn)生的再生制動力總是不能滿足傳統(tǒng)燃油汽車制動系統(tǒng)的制動要求,因此在電動汽車制動能量回收系統(tǒng)中又分為兩個(gè)系統(tǒng):液壓制動和再生制動。同時(shí)也涉及到整車控制器、變速箱、主減速器和車輪及相關(guān)零部件 如圖 動制動系統(tǒng)包括驅(qū)動電機(jī)、控制器、動力電池和電池管理系統(tǒng) ,電池管理系統(tǒng)控制電能回收于電池 。 液壓控制系統(tǒng) 包含 液壓制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和制動控制器 部分 ,作用于 控制摩擦制動力 。 圖 動能量回收系統(tǒng)的組成 動能量再生系統(tǒng)的分類 電動汽車 的 制動能量再生系統(tǒng)主要包括兩部分:電機(jī)再生制動部分和傳統(tǒng)液壓制動部分。再生制動能恢復(fù)制動能量,為車輪提供部分動力,但電機(jī)的再生性能、電機(jī)的性能、轉(zhuǎn)速等限制了電機(jī)的再生制動效果,在緊急制動和高強(qiáng)度制動時(shí)不能完成制動要求,為了保證車輛制動的安全性,在使用再生制動時(shí),還要采用傳統(tǒng)的液壓摩擦制動器作為輔助裝置。電動汽車制動能量再生系統(tǒng)的構(gòu)造 如圖 9 圖 動能量再生系統(tǒng)構(gòu)造 按回饋制動力與摩擦制動力 之間的聯(lián)系 ,制動能量回收系統(tǒng)可分為疊加式(或并聯(lián)式 )和協(xié)調(diào)式 (或串聯(lián)式 )兩種 [10]。 如圖 圖 加式與協(xié)調(diào)式 疊加式制動能量回收是 直接將制動力供給車輪的制動裝置 ,不 改變原有的制動系統(tǒng) , 雖然結(jié)構(gòu)十分簡單方便, 但 是工作效率缺比較低,安全性不高 。 而協(xié)調(diào)式制動能量回收則是 利用 回饋 來的 制動力 ,對液壓制動力進(jìn)行 有關(guān)的改變 ,使兩種制動力與總制動 力保持 一致 ,回饋率高制動 穩(wěn)定性更 好 ,但 必須要對 傳統(tǒng)的液 壓制動 裝置 進(jìn)行改造 ,完成比較困難 。 初 期的電動車輛大多 選用 疊加式回饋制動。隨著技術(shù)的 進(jìn)步 ,在回饋效率、制動 穩(wěn)定性 和制動安全 性 等方面具有 強(qiáng)大優(yōu)勢的協(xié)調(diào)式回饋制動 逐步變 為了研發(fā)的 重點(diǎn)趨勢 。 10 在 疊加式回饋制動 系統(tǒng)中 ,液壓制動力 沒必要改變 ,傳統(tǒng) 的 液壓制動 裝置就可以完成 。而對于協(xié)調(diào)式回饋制動 ,應(yīng)設(shè)計(jì)方案重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造 。 根據(jù) 其液壓調(diào)節(jié) 裝置 所依托的 理論數(shù)據(jù) ,協(xié)調(diào)式制動能量回收系統(tǒng) 包含 以下 3 類 : (1) 基于 術(shù)的制動能量回收系統(tǒng) , 這個(gè)類型都根據(jù) 統(tǒng)車輛電控液壓制動系統(tǒng) , 將液壓裝置作為執(zhí)行完成工作的裝置 。 (2) 基于 術(shù)的制動能量回收系統(tǒng) , 這種類型根據(jù) 術(shù)平臺 ,使用正規(guī) 零部件 ,對制動 的相關(guān) 管路布置 完成相關(guān)的建造 。 (3) 基于新型主缸 /助力技術(shù)的制動能量回收系統(tǒng) , 這種類型根據(jù) 協(xié)調(diào)式回饋制動的 重點(diǎn) 技術(shù) , 設(shè)計(jì)并完成 對制動主缸和助力系統(tǒng) 的改造 。 在 使用 電機(jī)回饋制動力時(shí)要 顧慮 電機(jī)的 各種制約因素和面臨的各種問題 ,因此在 進(jìn)行 制動 時(shí) 電機(jī) 所 回饋 的 制動力 總是不斷 變化的, 而 這 就要求系統(tǒng) 準(zhǔn)確快速 的 調(diào)整液壓 制動力來 滿足 汽車的需求 。除了液壓制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì),可以靈活地調(diào)整液壓制動力,還需要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目刂撇呗裕ǚ峙浞植挤答佒苿恿鸵簤褐苿恿椭苿恿Φ那昂筌囕?,主要包括反饋功率和水力分配,以及前后輪功率分配,控制策略必須注意制動穩(wěn)定性、電池壽命、電機(jī)特性和駕駛經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)前設(shè)計(jì)研究 制動能量回收 的重點(diǎn)分別體現(xiàn)在 兩個(gè) 方 面: 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)和 良好 控制策略 。 動能量再生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 在剎車控制系統(tǒng)上,目前基本上所有配備 抱死制動系統(tǒng)的車輛,在各種不良工作下的系統(tǒng)都能在很大程度上保證車輛的控制和剎車的穩(wěn)定性。在電動汽車制動控制 ,由于電機(jī)再生制動的引入 ,防抱死制動系統(tǒng)的不確定影響。需要制動反饋系統(tǒng)和防抱死制動系統(tǒng)協(xié)調(diào),共同協(xié)調(diào)類型 (串聯(lián) )制動反饋系統(tǒng)和防抱死制動系統(tǒng)的調(diào)整方法和致動器,防抱死制動和串行反饋制動制動下融合是相同的,這為實(shí)現(xiàn)兩種制動系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制提供了一種方便的方法 [11]。 因此,在運(yùn)用協(xié)調(diào)制動反饋系統(tǒng)時(shí),為了充分保證汽車運(yùn)行的安全性,優(yōu)化汽車的結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)的集成程度 ,對制動能量 回收和 抱死制動進(jìn)行一體化研究 與控制具有 重大 意義。目前,國內(nèi)外許多知名汽車零部件廠商都提出了自己的解決方案,其中大部分都適用于客車液壓制動能量回收系統(tǒng) 。根據(jù)其工作原理,可分為兩種:一種是基于原有的 統(tǒng),裝置安裝在制 11 動管上,調(diào)節(jié)摩擦制動力矩,同時(shí)保證制動踏板的感覺; 第二類是原制動系統(tǒng)的主缸改造,在進(jìn)入車輪控制閥之前完成踏板的感覺與實(shí)際功率解耦 。 以上兩種方案中,為了保證 剎車 感覺與 傳統(tǒng)的汽車 保持相同 , 大都 安裝了踏板感覺模擬器。 圖 動能量回收防抱死系統(tǒng) 第一類是日本豐田公司的 代表作 。他們推出制動能量回收功能制動防抱死系統(tǒng) 如 圖 經(jīng) 大量 應(yīng)用于 合動力車上,在 一般 制動 時(shí) ,主缸與制動管路分離, 隔絕 踏板和液壓管路之間的連接 。 踏板位移傳感器和主缸壓力傳感器 會自主適應(yīng)司機(jī) 的制動 指令 ,在 得到 最大回饋制動力 之 后,總制動力被分配給摩擦制動和回饋制動,相應(yīng)的控制信號分別傳遞給輪側(cè)壓力控制閥和電機(jī)控制器。其中,調(diào)壓閥的邊緣也用作防抱制動機(jī)構(gòu),在防抱制動循環(huán)中有壓力、壓力、壓力等操作 。 當(dāng)系統(tǒng) 無法控制時(shí) ,主缸與制動管路 會連接一起 關(guān)閉沖程模擬器,主缸 產(chǎn)生的 壓力直接 傳送給車輪轉(zhuǎn)化為 制動力。該方案的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)氣缸的壓力可以任意調(diào)整,因此反饋策略的設(shè)計(jì)簡單,能量回收效率高 。 東風(fēng)日產(chǎn) 公司推出的能量回收系統(tǒng)則 是徹底根據(jù)車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)開發(fā) ,沒有原有基礎(chǔ) 上增加任何 改動 , 只是針對 制動管路 有些設(shè)計(jì)。 在制動能量回收 12 時(shí),要調(diào)整摩擦制動力,而主缸和缸閥關(guān)閉,消除氣缸壓力對主缸壓力波動的影響。其次, 處在 蓄能器和主缸之間的開關(guān)閥 要適當(dāng)依據(jù) 制動踏板傳感器的信號進(jìn)行適度地調(diào)節(jié) 大小 ,從而 更好地 模擬主缸壓力對踏板的 干擾 。同時(shí)電機(jī)控制泵 要 抽取 部分 制動液 送進(jìn) 輪缸 , 然后 各輪缸根據(jù) 需求 分別進(jìn)行 工作 。 韓國 的 司 在 2009 年 完成開發(fā) 的制動能量回收系統(tǒng), 也是根據(jù) 完成的 。在 原來 的 統(tǒng) 中 , 添加了完整的 開關(guān)閥 裝置 ,用來 調(diào)節(jié) 在摩擦制動 時(shí)阻止 主缸和輪缸之間的聯(lián)系,從而 為 制動 提供良好的 感覺。 這套系統(tǒng)具有 同時(shí) 完成 節(jié)的 能力 , 而為了快速進(jìn)油 , 添加了兩個(gè)泵在系統(tǒng)中。 總結(jié)上述方案,在同一廠家的實(shí)踐中,基本著眼于現(xiàn)有液壓制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改造。 好處 是 它們 普遍具有同時(shí) 完成 制動能量回收控制和底盤動力學(xué)控制的能力 , 對于四個(gè)車輪的控制也比較自如 。 不過也存在以下一些不足: 基于 此對 本太高,可靠性有待驗(yàn)證 。目前,豐田公司本身也在改進(jìn)過程中,以降低成本。 司的 設(shè)計(jì) 與 其他兩種 相比 , 較低 , 安全性 也有 了保證。 總結(jié)起來比較 , 要是使用 原有的 統(tǒng) 完成 制動能量回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì), 一定要以相對完善的 統(tǒng)為基礎(chǔ),這樣本身可靠且代價(jià)較小。同時(shí)也要 注重減少 系統(tǒng)中的 關(guān)鍵性 部件, 節(jié)省 成本。 第二類方案 是廣泛針對于 原有制動主缸 革新 ,主要目的是將踏板力和主缸壓力 徹底分開 。 針對這個(gè)問題就要重新設(shè)計(jì)完成新的 制動主缸設(shè)計(jì) 。 因此在 開始時(shí) 需要付出的 巨大地 代價(jià)和精力。 同時(shí) 該系統(tǒng)的可靠性比以前更未知 。 本田公司 完成 了一種新型主缸 設(shè)計(jì) 取代傳統(tǒng)的液壓制動主缸設(shè)計(jì) 。 制動回饋調(diào)節(jié)閥 被安置在制動主缸里 ,負(fù)責(zé)防抱死控制 的是壓力調(diào)節(jié)閥 。除了在制動主缸中回饋調(diào)節(jié)閥 的 制動回饋時(shí)調(diào)節(jié)制動管路的壓力,還 會將 制動液直接送 道輪缸主動 進(jìn)行 制動。同時(shí) 經(jīng)過使用 行程模擬器和伺服制動閥, 會使 踏板制動力與制動管路壓力解藕。該系統(tǒng)是一個(gè)純機(jī)械系統(tǒng),具有較高的可靠性。本田將該方案應(yīng)用在 五洲公司于 2008 引進(jìn)電子真空助力器液壓制動系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)如圖 示。踏板力與液壓制動力之間完全解藕 也在它身上體現(xiàn) , 制動 踏板 的回饋 力 全 13 部 由行程模擬器 供應(yīng) , 為駕駛者提供了良好的體驗(yàn) 。 在這個(gè)體系中 , 在 主缸和踏板之間 增添了液壓腔 , 其他的 電控真空泵 為其供給動力 。 在進(jìn)行 制動時(shí),液體 會進(jìn)入液壓 腔, 像一道門 在制動主缸和踏板之間。主缸的 變化完全 由液壓腔內(nèi)的液體直接控制,同時(shí)該部分液體能夠 提供反向的作用力作用在 踏板相關(guān)部件 上 ,保證 在 壓力調(diào)節(jié) 時(shí)不會對 踏板等位置 產(chǎn)生影響 。液壓腔 會 有部分 余量,在 踏板相關(guān)部件和主缸部件在系統(tǒng) 無法工作 時(shí) 保證 機(jī)械接觸 正常 , 轉(zhuǎn)變?yōu)?常規(guī)液壓制動 作用 , 應(yīng)急保護(hù)較好 。 圖 子真空助力器液壓系統(tǒng) 在該系統(tǒng)中 , 制動 踏板力 全部是 行程模擬器 供給的 , 因此駕駛員能從制動踏板上獲得良好的駕駛體驗(yàn) 。系統(tǒng) 無法工作事 時(shí)可 轉(zhuǎn)變 為常規(guī)液壓制動, 應(yīng)急保護(hù)方案較好。其缺點(diǎn) 主要 是電動真空泵 損耗率太高 ,另外該系統(tǒng)只能 在 主缸中調(diào)節(jié) 制動力,不能對 所有輪胎 液壓制動力單獨(dú) 進(jìn)行 調(diào)節(jié),因此 會 受到 大量地限制。目前該系統(tǒng)尚未應(yīng)用在任何量產(chǎn)車型上。 另一種常見的 設(shè)計(jì)是 在主缸內(nèi) 阻斷 踏板力和主缸壓力 。 可 起到 推動 踏板的作用,從而防止在摩擦制動過程中受壓力影響的踏板推桿。 韓國的 司都基于該思路開發(fā)出了各自的新型主缸。 14 日產(chǎn)和現(xiàn)代 采用的均是與踏板同軸放置的電機(jī),首先將電機(jī)的輸出經(jīng)過一級增速機(jī)構(gòu),隨后利用螺紋螺桿機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為直線移動,推動某種軸向運(yùn)動機(jī)構(gòu)。 本田在不久前 提出的新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與前兩者略有 差異 ,該系統(tǒng)在制動踏板 之間 相連的一級主缸后加入了一個(gè)次級 的 主缸。動力機(jī)構(gòu)就是與該次級主缸相連,通過一個(gè)錐齒輪結(jié)構(gòu)將電機(jī)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成活塞的移動來推動次級主缸內(nèi)的彈簧和滑塊,進(jìn)而來控制壓力并將其輸出至其后的各制動輪缸對應(yīng)的開關(guān)閥處。在調(diào)節(jié)次級主缸內(nèi)的壓力時(shí),通過一組開關(guān)閥阻斷一級主缸和次級主缸,同時(shí)使用了蓄能器和開關(guān)閥的組合來模擬踏板制動感覺 ,這一點(diǎn)做法與第一類中的相似。 總結(jié)了第二個(gè)系統(tǒng),我們可以看到,如果你使用一個(gè)新的主缸,它一般是不可能避免獨(dú)立調(diào)整前后缸壓力的缺陷,本田的程序是這樣的, 日產(chǎn)和現(xiàn)代 的設(shè)計(jì) 方案同樣如此。這樣 就 導(dǎo)致在制動能量回收 在運(yùn)算 的設(shè)計(jì) 上有一些局限性 。本田 于 2010年提出通過增加次級主缸和開關(guān)閥 的方案打破這一技術(shù)壁壘 , 完成了 前后輪 可以 獨(dú)立調(diào)節(jié),不過成本 代價(jià) 太高,結(jié)構(gòu) 也存在缺陷 , 不適合在整車上應(yīng)用 。第二種方法最致命的一點(diǎn) 是 ,需要重新設(shè)計(jì)制動主缸,精度要求高,而從目前的國內(nèi)生產(chǎn)水平來看有許多差距 。其他外國公司或研究機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域也進(jìn)行了研究,但 整車成品 較少, 無法大量 應(yīng)用。 章小結(jié) 本章主要首先介紹了制動能量再生系統(tǒng)的基本原理,通過對比 電機(jī)再生制動部分和傳統(tǒng)液壓摩擦制動部分 的關(guān)系,初步得出目 前制動能量回收技術(shù)的研究主要集中在兩個(gè)面:方案設(shè)計(jì)和控制策略 。 通過對比國外幾家大型汽車公司所研發(fā)的技術(shù)成果,可以看出我國目前距世界領(lǐng)先水平還有一段距離。分析了制動能量回收的原理以及電路原理。 15 3 電動汽車制動能量回收的約束 制動能量回收問題 解決有著重大 意義對于提高 動汽車使用 電制動時(shí) ,驅(qū)動電機(jī)在發(fā)電狀態(tài) 下運(yùn)行 ,會把 部分動能 傳遞 給蓄電池對其 進(jìn)行 充電 ,這 對電動汽車 續(xù)航 距離是至關(guān)重要的。 電動汽車 的 制動 大概有 以下 幾種方式,不同的 控制策略 適用于不同的情況 。 1) 急剎車 將電剎車和傳統(tǒng)各大機(jī)械剎車相結(jié)合,目的是為了 增大剎車 時(shí)的摩擦力 ,通過控制系統(tǒng) 完成 剎車 的制動力 分配。由于剎車 所用的時(shí)間較少 ,其回收的能量 主要用于供應(yīng) 車輛 二次 啟動 和 加速過程 所需要的電能 。降低電池在啟動和加速時(shí)的負(fù)擔(dān) 。 2) 中度輕剎車 中輕度剎車對應(yīng)汽車在 普通 工況下的制動 情況 ,分為減速 情況和 停止 情況 。電剎車 和機(jī)械剎車分別負(fù)責(zé)汽車減速和停車 。兩種剎車的切換點(diǎn)由電機(jī)發(fā)電特性確定。 回收的電能 儲存在儲能設(shè)備中儲 滿后開始向電池 進(jìn)行 充電 。 3) 長時(shí)間減速時(shí)的剎車 汽車長下坡一般發(fā)生在下坡路的曲折路段。當(dāng)不需要制動力時(shí),可完全由電動制動器提供。反饋電流的充電特性是小的,但充電時(shí)間較長。限制因素是電池的最大充電時(shí)間 。 還能在 最大 程度 上 的 為 剎車 減輕壓力 , 避免剎車 因?yàn)殚L時(shí)間 制動 而引起的熱衰退 , 造成的剎車力不足甚至剎車 失效車輛失去控制。 可回收制動能量是電動汽車最重要的 特色 之一,但是電動汽車制動能量 回收有許多 因素的制約。電動汽車制動能量 的 回收 受到的 約束主要 包含 以下幾個(gè)方面: ① 行駛工況 要滿足各種工況下的制動要求,契合不同駕駛員的制動習(xí)慣,不同的行駛工況,車輛制動頻率不一樣,使制動能量可以回收不同 。在剎車的過程中,安全永遠(yuǎn)都要擺在首要位置 。確保電氣制動和機(jī)械制動器工作良好,盡可能多的能源,同時(shí)確保安全。應(yīng)盡可能地與傳統(tǒng)的剎車 程序結(jié)構(gòu)一樣 ,這將保證在實(shí)際整車工作 中 ,駕駛者會有更好駕駛體驗(yàn) 。 16 ② 蓄電池 蓄電池的充電效率要收到蓄電池的 電池溫度、以及充電電流的限制。電池 過高或溫度過高 是 不能制動能量回收。充電電流過大,使電池溫度迅速升高,制動能量 回收率 不高。 ③ 電機(jī)因素 考慮驅(qū)動電機(jī)的工作特性和輸出功率 。 電機(jī)制動力矩越大,制動能量越大。再生制動 力矩 受到發(fā)電功率和轉(zhuǎn)速 大小的影響 , 電機(jī)要滿足制動的要求,就要求 制動 力度不能過于強(qiáng)烈 。 ④ 控制策略 為了保證制動安全狀態(tài)下的能量完全恢復(fù),有必要設(shè)計(jì)再生制動與機(jī)械制動的關(guān)系。 ⑤ 驅(qū)動形式 再生制動系統(tǒng)只能回收驅(qū)動輪上的制動能量。 如圖 文電動汽車所 采用 的驅(qū)動方式為 四輪同時(shí)驅(qū)動, 為的是 回收更多的制動能量。 圖 生制動系統(tǒng)能量 現(xiàn)在不思考 再生制動能量回收系統(tǒng) 的 控制策略對制動能量回收 有多大 影響,從電動汽車再生制動系統(tǒng)能量圖 中觀察可知 ,制動 所產(chǎn)生的 能量 最開始從 17 車輪 產(chǎn)生,最終傳遞到 蓄電池 。 傳遞所經(jīng)過 的每一個(gè)零部件都會對能量造成 或多或少的 損失,考慮到機(jī)械傳動效率 比較穩(wěn)定 ,因此影響制動能量回收的主要因素有 以下幾種 :電機(jī)的工作特性、蓄電池 工況 和液壓制動 裝置 的 分布方式 。另外,相關(guān)研究表明在 相應(yīng) 的制動力范圍內(nèi),再生制動力 與制動能量回收率成正比 。 18 4 電動汽車制動能量再生控制策略 動能量再生過程的動力學(xué)分析 在 再生制動過程 中 ,汽車部件的動能,從車輪通過 傳動系統(tǒng) 到電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng),驅(qū)動電機(jī) 工作發(fā)電 ,由存儲的能量存儲裝置 儲存所 產(chǎn)生的能量。 根據(jù)車輛動力學(xué)可知汽車行駛方程為: ???t ( 4 式中, 作用于車輪上驅(qū)動力為滾動阻力; 滾動 阻力; 空氣阻力;坡度阻力; 加速 阻力; 單位都是 N 。 在城市工況下,車輛行駛速度 比 較低, 城市路況較好 ,且所研究 的車輛為電動轎車 ,故 以忽略不計(jì)。所以上式可簡化為 : ( 4 車輛 在 制動時(shí),加速阻力變?yōu)檐囕v行駛的制動力 則汽車的行駛方程變?yōu)椋? ? ( 4 電動汽車 在進(jìn)行 制動 的過程中, 機(jī)械制動 力 與電機(jī)再生制動 力共同 存在。車輛全部 制動力由機(jī)械制動 產(chǎn)生 的摩擦制動力 電機(jī) 的反接 制動力 同 提供,則有: ( 4 m a xm a x ?? ?? mo th y ? ( 4 式中, 摩擦制動器提供的最大制動力; — 當(dāng)前轉(zhuǎn)速功率下的電機(jī)最大制動力; α— 機(jī)械摩擦制動力的加權(quán)系數(shù) ?? 10 ??? ; β— 電機(jī)制動力的加權(quán)系數(shù) ?? 10 ?? ? 。 可以通過調(diào)節(jié)制動踏板,使加權(quán)系數(shù)α和β的值進(jìn)行改變。當(dāng)所需求的制動力矩小于電機(jī)所能提供的最大制動力矩時(shí),機(jī)械制動系統(tǒng)就會失效α =0,所需 19 要的制動力就會全部由電機(jī)制動系統(tǒng)所提供,制動踏板會通過調(diào)節(jié)加權(quán)系數(shù)β值的大小來調(diào)節(jié)電機(jī)制動力的大?。划?dāng)需求制動力矩大于電機(jī)所能提供的制動力矩時(shí),電機(jī)制動系統(tǒng)工作在最大制動力狀態(tài)下β =1,制動踏板通過調(diào)節(jié)加權(quán)系數(shù)α值的大小來調(diào)節(jié)機(jī)械制動力的大小 。 本文主要分析了復(fù)合制動的兩種制動力分配狀態(tài),一種是電機(jī)制動系統(tǒng)提供全部所需求的制動力,另一種是機(jī)械制動和電機(jī)制動共同 作用來提供制動力。 ① 假設(shè) 需要 制動力矩小于電機(jī)所能提供的最大 的 制動力矩, 而 此時(shí)機(jī)械摩擦制動力 不起作用 0,制動力都是由電 機(jī) 制動 而 產(chǎn)生,則 β 。 司機(jī) 通過調(diào)節(jié)制動踏板的 角度 , 來 調(diào)節(jié)制動力,實(shí)現(xiàn)制動狀態(tài)下 的制動能量回收。 根據(jù)上面所述和制動相關(guān)方程及推導(dǎo)可知: 電動汽車的負(fù)載功率 : ?? ???? ( 4 式中, — 為瞬時(shí)車速。 制動時(shí)輸入機(jī)械傳動系統(tǒng)的瞬時(shí)功率 1P 為: ? ( 4 電制動初始時(shí)刻 0t 的汽車動能 0E 為: 20021 ( 4中, 0 電制動初始時(shí)刻的速度。 制動過程中,能量的損耗為: ?? 21202101 aa ???? ( 4 根據(jù)能量守恒定律, 0 ? ?? ? ? ????? d tE ( 4 設(shè), ????4 , ?? b ( 4 ??? ? ? ( 4 式中, — 制動距離 制動時(shí),輸入的發(fā)電機(jī)瞬時(shí)功率 2P 為: ?? 112 ( 4 式中, — 機(jī)械傳動部分的效率 — 電機(jī)轉(zhuǎn)矩 — 電機(jī)角速度 制動時(shí)蓄電池輸入的瞬時(shí)功率 為: 112223 ? ( 4 式中, — 電機(jī)發(fā)電效率 制動過程中所回收的能量的功率 為: 1123334 ? ( 4 式中, — 電池充電效率 制動過程中回收的總能量為: ?? ? ???? 1 ? ?f??? 1234 ( 4 在制動過程中,汽車的瞬時(shí)速度 為: ? ?? ??? ( 4電電流 i 為 : ? ?????? ?????01234( 4中, U — 電池端電壓。 依據(jù)以上的驗(yàn)證可知,在需要制動力矩小于電機(jī)供給的制動力矩時(shí)候,電動汽車制動力完全由再生制動裝置提供,回收能量為 ? ??? 。在方程中 E? 的值有關(guān)的制動的初始速度和停止速度,并給定的車輛的值 1K 2K 3以,當(dāng)確定開始制動時(shí)的車速和汽車停止時(shí)的車速時(shí),制動距離的大小就決定著回收能量的多少,距離越長回收的能量越少,距離越短回收的能量就月多。以上所有的分析只是基于理想條件下的分析,制動能量再生過程中,能夠回收多少能量還要受到電池 、電池的充電電流和電池所能承受的最高溫度的影響。 ② 當(dāng)需求的 電機(jī)所能提供的制動力時(shí),電機(jī)制動與機(jī)械制動共 同發(fā)生作用。此時(shí)β =1,電機(jī)在該轉(zhuǎn)速下最大的的制動力 ,機(jī)械制動系統(tǒng)也會起到作用。此時(shí)的制動力為 m a x??? mo 。駕駛員通過調(diào)節(jié)制動踏板開度來調(diào)節(jié)機(jī)械制動系統(tǒng)的制動力,從而達(dá)到自己想要的車速。 根據(jù)以上分析和制動相關(guān)的方程可以推導(dǎo)出電機(jī)的制動力矩: o tm o t mm a x I??? ? ( 4 式中, 轉(zhuǎn)矩常數(shù) 2 ? — 磁通量 當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的最大制動電流 電機(jī)制動力矩作用在車輪上的制動力: g 0m ( 4 式中, 變速器傳動比 0i — 主減速器傳動比 r — 車輪半徑 依據(jù)以上分析可知 ,當(dāng)電機(jī)制動力可以提供地最大的制動力不足以滿足要求時(shí) ,機(jī)械制動和電機(jī)系統(tǒng)會一起工作。汽車制動時(shí)的制動力在這種工況下會提供最大的制動力,而電動汽車制動能量能回收多少只與制動所用的時(shí)間有關(guān)。 動能量回收系統(tǒng)的控制策略 在原有的制動系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了電動汽車的再生制動,并通過兩種動力的重新匹配實(shí)現(xiàn)了制動功能。當(dāng)前電動汽車制動需要解決兩個(gè)主要問題 :一是如何合理分配再生制動和機(jī)械制動 ,在保證安全的同時(shí)完成更多的能量回收;二是如何分配前后車軸的總功率達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的制動效果。通常,再生制動只適用于傳動軸。為了回收盡可能多的能量,必須產(chǎn)生一定的制動控制牽引電動機(jī),同時(shí),應(yīng)控制機(jī)械制動系統(tǒng)滿足駕駛員的剎車命令。 想剎車控制策略 理想的剎車控制策略原理如圖 示。根據(jù)剎車踏板位置傳感器或剎車管道回路壓力獲得汽車制動力來減速度,當(dāng)制動減速度小于 ,制動力全部由前輪再生制動力提供,后輪不行使制動力。,對比原理圖可知,圖中的 I 曲線為后輪被施加的功率。其中 ,對前輪剎車力的影響可以分為兩個(gè)部分 :機(jī)械再生制動力和摩擦制動力 ,剎車力小于當(dāng)前輪需要電機(jī)可以產(chǎn)生最大的制動力時(shí) ,前輪制動力會提供再生制動。最大制動力由電動機(jī)提供,其余制動力由機(jī)械制動系統(tǒng)提供。 23 圖 想剎車分配控制策略 理想剎車分配控制策略的好處是能夠充分利用地面附著力,剎車時(shí)剎車距離越短,剎車時(shí)汽車的穩(wěn)定性越好,同時(shí)還能夠回收更多的制動能量。其缺點(diǎn)是需要準(zhǔn)確檢測前后橋的正常負(fù)載,以及需要相對高度智能化的智能控制器。目目前,即使是最先進(jìn)的傳統(tǒng)燃料汽車也無法實(shí)現(xiàn) 前后輪功率嚴(yán)格按照曲線分布,更不用說附加的電機(jī)制動力,使得難以協(xié)調(diào)控制。但我相信隨著汽車技術(shù)的不斷更新發(fā)展,未來該策略一定會在汽車上得到實(shí)際的應(yīng)用 [12]。 動能量回收控制策略 如何最大限度地提高制動能量回收,是最佳制動能量回收控制策略索要解決的問題。其前后輪制動力的分配方法如圖 控制思想為: 1) 當(dāng)車輛制動強(qiáng)度 z 小于路面附著系數(shù) ? 時(shí),在滿足 ? 和 — 定范圍前后輪制動力可以變化。在這種狀況下,應(yīng)該盡可能的多利用前輪的制動力來制動。如果電機(jī)的制動力所表現(xiàn)出來的值在 前輪的全部制動力都由電機(jī)再生制動制動力來提供,而后輪的機(jī)械摩擦制動力則可以根據(jù)線段 果再生制動力的值小于對應(yīng)于 前后輪功率分配值應(yīng)落在 A 一點(diǎn)上。由電機(jī)供給最大的制動力,前輪液壓制動供給欠缺部分會。 24 圖 佳制動能量回收策略 2) 如果剎車強(qiáng)度要比路面表面附著系數(shù)小得多,那么再生制動力將提供剎車所需的所有制動力,而機(jī)械制動系統(tǒng)將不會起作用 [13]。 3) 當(dāng) z =? 時(shí),前后輪制動力分配點(diǎn)落在 I 曲線上,附著系數(shù) ? 很大時(shí),再生制動力將會達(dá)到最大值,剩余的制動力會由機(jī)械制動系統(tǒng)提供 [14]。當(dāng)附著系數(shù) ? 不大的時(shí)候,會使用再生制動力進(jìn)行制動。 最好的能量回收控制策略在理論上可以最大限度的回收制動能量,但是它需要對再生的制動力和機(jī)械制制動力進(jìn)行精準(zhǔn)的控制,制動時(shí)的穩(wěn)定性比較差,實(shí)現(xiàn)上它需要擁有極高智能控制器來控制,技術(shù)難度比較大難以實(shí)現(xiàn),制造成本高昂,因此這個(gè)控制策略毫無實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,只能存在于理論研究中。 抱死制動策略 其是混合動力汽車上更是體現(xiàn)的淋漓盡致。它模仿了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的控制。在收到制動信號后,總制動裝置,牽引電機(jī)和控制律的特性,給出前后制動力矩,再生制動力矩和機(jī)械制動力矩 [15]。電機(jī)控制器將有一個(gè)適當(dāng)?shù)闹噶铖R達(dá)制動力矩,而機(jī)械制動控制器對電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令是為了在每個(gè)輪子上有適當(dāng)?shù)闹苿恿亍k妱觿x車裝置也由防抱死制動系統(tǒng)控制,以防止車輪完全被抱死 。 聯(lián)再生制動控制策略 制動系統(tǒng)有一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械制動裝置,它被分配給后輪以固定制動比。再生制動增加了前輪上的附加力,從而產(chǎn)生了總動態(tài)分布曲線。在前車軸上施加 25 的機(jī)械力與主缸的水壓成比例。電機(jī)產(chǎn)生的再生電能是主要?dú)飧椎囊簤汗δ?,因此它是降低車輛速度的函數(shù)。因?yàn)橛行У脑偕β适沁\(yùn)動速度的函數(shù),而且由于低速條件,幾乎沒有任何動能恢復(fù)。當(dāng)要求負(fù)加速度小于給定的負(fù)加速度時(shí),再生制動是有效的,當(dāng)負(fù)加速度低于給定值時(shí),就應(yīng)用再生制動,并模擬了傳統(tǒng)車輛發(fā)動機(jī)的延遲點(diǎn)火,如圖 示。 圖 并聯(lián)再生制動控制策略 與以上控制策略相比,盡管所能回收的制動能量要比它們所能回收的小很多,但是該控制策略不需要控制機(jī)械制動力的大小,僅僅只需要控制電機(jī)的再生制動力的大小,結(jié)構(gòu)簡單方便可靠,制造成本低。 當(dāng)再生制動失靈時(shí),仍能安全制動,制動安全性好,更符合 求的制動安全控制策略,因此本文采用了并聯(lián)制動的再生制動方法 [16]。 章小結(jié) 本章在對制動能量再生的過程分析中,得出了機(jī)械制動力和再生制動力之間的關(guān)系。通過分析轎車?yán)硐氲闹苿恿Ψ峙淝€的實(shí)際的制動力分配曲線,為能量回收策略提供了理論上的依據(jù)。通過對比四種典型的控制策略,深度分析,結(jié)論得到 并聯(lián)法進(jìn)行再生制動的控制策略基本符合本文所研究的主要控制策略。 26 5 總結(jié)與展望 新能源汽車是未來汽車領(lǐng)域發(fā)展之必然趨勢。新能源汽車目前是全球范圍內(nèi)都在開發(fā)的重點(diǎn)項(xiàng)目,全球汽車大國如中國、日本、美國、德國、意大利等都投入了大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行深度研究和推廣,目的是為了搶占未來能源汽車市場。在當(dāng)今世界,人們的日常生活已經(jīng)離不開汽車,這也是各大汽車廠商爭奪的一個(gè)主要點(diǎn)。發(fā)展新能源汽車來逐漸取代傳統(tǒng)汽車對解決能源緊缺和環(huán)境污染等問題,以及提高國家的形象和實(shí)力有著重要的意義。未來新能源汽車的發(fā)展趨勢將向一下發(fā)展方向發(fā)展 : 在 使用協(xié)調(diào)式制動回饋系統(tǒng) 的時(shí)候 ,為了 保證汽車行駛安全 , 要簡化有關(guān)的裝 置。將各個(gè)控制系統(tǒng)集合起來, 對制動能量 回收 與防抱死制動進(jìn)行集成設(shè)計(jì)與控制具有 積極地 意義。 一類是基于原有的 統(tǒng) , 另一類 是對原有的 制動系統(tǒng)進(jìn)行 改裝 ,在進(jìn)入調(diào)節(jié)閥之前完成 制動 。 得到 并聯(lián)法進(jìn)行再生制動的控制策略 更符合目前世界社會的發(fā)展和應(yīng)用。 如何提高再生制動的能量回收效率的策略 ,傳統(tǒng)的燃油汽車使用摩擦制動系統(tǒng)來用于制動 ,在減速的過程會損失巨大的能量。電動汽車的制動能量回收技術(shù)和系統(tǒng)控制策略通過再生制動系統(tǒng)和摩擦制動系統(tǒng)的相互合作 ,是為了得到更好的能量回收率。本文通過對比和優(yōu)化幾種制動能量再生控制策略,得出 并聯(lián)法進(jìn)行再生制動的控制策略為符合目前世界社會發(fā)展的控制策略。 27 參 考 文 獻(xiàn) [1] 曹秉剛 J]2007,41:1[2] 徐哲 J]2006. [3] 過學(xué)迅,張靖 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào) . 2005,27(1):22[4] of EV J]999[5] 陳慶棒,何仁 , 商高高 拖拉機(jī)與農(nóng)用- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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