增程/插電式電動(dòng)商用車制動(dòng)能量回收分析

王 佳

（西安蘭德新能源汽車技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，陜西 西安 710043）

增程/插電式電動(dòng)商用車制動(dòng)能量回收分析

王 佳

（西安蘭德新能源汽車技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，陜西 西安 710043）

以一款增程/插電式電動(dòng)商用車為研究對(duì)象，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。以并聯(lián)式氣電復(fù)合制動(dòng)為例，在中國(guó)典型城市工況下對(duì)該電動(dòng)商用車的制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了仿真，為制動(dòng)能量回收的進(jìn)一步優(yōu)化提高了參考。

增程/插電式商用車；制動(dòng)系統(tǒng)；能量回收；控制策略

CLC NO:U461.91Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)08-74-03

引言

現(xiàn)代工業(yè)文明對(duì)石油等能源的依賴程度與日俱增，越來(lái)越多的國(guó)家面臨著能源危機(jī)；與此同時(shí)，對(duì)石油等化石燃料的大規(guī)模消耗也成為環(huán)境污染的重要原因之一，如霧霾等極端天氣的形成與汽車尾氣排放有重要關(guān)系。面臨這樣的發(fā)展困境，應(yīng)用清潔能源、新能源已成為工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

在交通領(lǐng)域，發(fā)展新能源汽車已成為共識(shí)，已成為降低我國(guó)對(duì)石油依賴、緩解環(huán)境污染并促進(jìn)汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的必然途徑。在新能源汽車領(lǐng)域，純電動(dòng)汽車因高效、節(jié)能和零排放而受到廣泛關(guān)注，然而在現(xiàn)階段，動(dòng)力電池組尚未突破能量密度較低且成本高昂的瓶頸。而增程/插電式電動(dòng)汽車能有效克服這一缺點(diǎn)，能夠全面發(fā)揮純電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)，已受到越來(lái)越多的青睞。作為電動(dòng)汽車的顯著優(yōu)點(diǎn)，車輛在制動(dòng)的過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)制動(dòng)能量的回收，將車輛動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電池或電容的電能存儲(chǔ)起來(lái)，從而有效增加車輛的續(xù)駛里程。

本文以一款增程/插電式電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，對(duì)其制動(dòng)能量回收控制策略進(jìn)行分析，并進(jìn)行仿真，從而為制動(dòng)能量控制策略的制定提供參考。

1、制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

設(shè)計(jì)的增程/插電式電動(dòng)商用車底盤如圖1所示，整車由一臺(tái)永磁磁阻電機(jī)經(jīng)過(guò)主減速器、半軸與車輪相連驅(qū)動(dòng)車輛行駛。由一款小排量柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)構(gòu)成發(fā)電機(jī)組為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能，也可以為動(dòng)力電池組充電。

整車的制動(dòng)系統(tǒng)由雙回路氣壓制動(dòng)系統(tǒng)和電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)組成。氣壓雙回路制動(dòng)系統(tǒng)如圖2所示[1]，其動(dòng)力由空氣壓縮機(jī)提供；而電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)則利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的負(fù)力矩對(duì)制動(dòng)輪施加制動(dòng)力矩來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。對(duì)于制動(dòng)能量的回收，除了電機(jī)能夠產(chǎn)生制動(dòng)力矩外，動(dòng)力電池組還需要有容納電能的能力，同時(shí)，回收的電流也不能對(duì)電池形成較大的沖擊，損害其壽命。另外，當(dāng)電機(jī)制動(dòng)參與時(shí)，為避免駕駛?cè)艘蚋杏X(jué)不適而產(chǎn)生誤動(dòng)作，控制策略的制動(dòng)還要考慮到駕駛員和乘客的制動(dòng)感覺(jué)。

2、制動(dòng)系統(tǒng)的控制策略

對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，電機(jī)制動(dòng)和氣壓制動(dòng)同時(shí)存在。然而，它們作用在制動(dòng)輪上的方式可以不同。從電機(jī)制動(dòng)和氣壓制動(dòng)的作用方式來(lái)劃分主要包括串聯(lián)制動(dòng)方式和并聯(lián)制動(dòng)方式。對(duì)串聯(lián)制動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)制動(dòng)踏板被踩下，在一個(gè)給定的制動(dòng)踏板開(kāi)度內(nèi)如30%以內(nèi)，首先由驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的負(fù)力矩通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)施加于制動(dòng)輪，當(dāng)制動(dòng)踏板越過(guò)設(shè)定值后，電機(jī)制動(dòng)和氣壓制動(dòng)將同時(shí)作用。而當(dāng)駕駛員的制動(dòng)踏板開(kāi)度達(dá)到80%以上時(shí)，認(rèn)為駕駛員有緊急制動(dòng)需求，此時(shí)，為了不對(duì)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）產(chǎn)生影響，解除電制動(dòng)，由單純的氣壓制動(dòng)完成制動(dòng)過(guò)程[2]。而在并聯(lián)制動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，在一定的踏板開(kāi)度內(nèi)，氣壓制動(dòng)系統(tǒng)形成的機(jī)械制動(dòng)力矩和電機(jī)制動(dòng)力矩共同作用在制動(dòng)輪上，如圖3所示。

3、仿真分析

為了對(duì)增程/插電式電動(dòng)商用車的能量回收過(guò)程進(jìn)行分析，基于中國(guó)典型城市工況進(jìn)行行駛過(guò)程的仿真[3]，如圖4所示。整車質(zhì)量約17t，電池組電壓538V，驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大功率200kW，最大扭矩2500N.m，驅(qū)動(dòng)電機(jī)額度轉(zhuǎn)速800r.min-1，如圖4所示?；趫D3的電氣并聯(lián)式復(fù)合制動(dòng)控制策略進(jìn)行包含駕駛員的正向仿真。從仿真結(jié)果可以看到，電機(jī)的最大制動(dòng)功率為72kW，如圖6所示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在制動(dòng)過(guò)會(huì)中的力矩變化如圖7所示。在整個(gè)行駛過(guò)程中，回收到電池組的制動(dòng)能量不斷增長(zhǎng)，在仿真結(jié)束時(shí)回收的總能量達(dá)到約4200J。

4、結(jié)論

對(duì)一款增程/插電式電動(dòng)商用車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了分析。同時(shí)，基于中國(guó)典型城市工況進(jìn)行了行駛過(guò)程的仿真，并把氣壓和電機(jī)復(fù)合制動(dòng)嵌入到控制策略中，得到該車輛行駛過(guò)程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的制動(dòng)功率、制動(dòng)力矩和回收的電能，為其制動(dòng)能量回收的進(jìn)一步優(yōu)化提供了參考。

[1] 陳家瑞. 汽車構(gòu)造[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社.

[2] 解少博 劉璽斌 王佳. 汽車技術(shù)[J]. 增程式電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車能量管理策略仿真研究, 2014第7期.

[3] 中國(guó)汽車技術(shù)研究中心. QC/T759-2006 汽車試驗(yàn)用城市運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán). 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 2006.

Analysis of Energy Recovery for an Extended-range/Plug-in Electric Vehicle

Wang Jia
(Xi’an Lande New Energy Vehicle Technology Development Co., Ltd, Shaanxi Xi’an 710043)

The paper analyzes the structure of the hybrid braking system structure for an extended-range/plug-in electric vehicle. Then, based on the Chinese urban driving condition, the parallel mode of the air pressure brake and electric brake is simulated to indicate the useful reference for the further optimization of the hybrid braking system.

Extended-range/Plug-in electric vehicle; braking system; energy recovery; control strategy

U461.91 文獻(xiàn)標(biāo)示符：A

1671-7988(2014)08-74-03

王佳，就職于西安蘭德新能源汽車技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司。