電動(dòng)汽車(chē)再生制動(dòng)系統(tǒng)控制研究

賈春柳（衡水市工業(yè)學(xué)校,河北　衡水　053000）

電動(dòng)汽車(chē)再生制動(dòng)系統(tǒng)控制研究

賈春柳
（衡水市工業(yè)學(xué)校,河北衡水053000）

摘要:本文將重點(diǎn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)再生制動(dòng)技術(shù)的來(lái)源，分析其產(chǎn)生特點(diǎn)主要有電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩能力有限、再生制動(dòng)波動(dòng)比較大、SoC會(huì)影響再生制動(dòng)，全面分析再生制動(dòng)的制約因素，同時(shí)根據(jù)制動(dòng)力分配的研究，提出了相應(yīng)的再生制動(dòng)并行制動(dòng)力控制策略。

關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車(chē)；再生制動(dòng)；控制；策略

汽車(chē)在傳統(tǒng)的能源供應(yīng)上采用的是化石燃料，本身是不可再生能源，同時(shí)環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重也存在一定的汽車(chē)化石燃料燃燒的影響。受到能源、資源和環(huán)境多方面的要求下，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展成為汽車(chē)發(fā)展的重要方向之一。限制電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行的主要問(wèn)題是續(xù)航能力的問(wèn)題，大部分情況是200km左右，電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)過(guò)程中的重要問(wèn)題就是有效的保證能量使用效率。

在對(duì)移動(dòng)的車(chē)體進(jìn)行制動(dòng)處理時(shí)，大量的能量由機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能傳遞到大氣中，如果能夠采取一定的措施將這一部分能量進(jìn)行回收再利用，那么必然能夠?qū)﹄妱?dòng)汽車(chē)的續(xù)航能力帶來(lái)一定的作用。所謂再生制動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，控制電機(jī)制動(dòng)的效果，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)過(guò)程實(shí)現(xiàn)一定數(shù)量的能量轉(zhuǎn)化。

1　再生制動(dòng)特性概述

回收制動(dòng)系統(tǒng)能量過(guò)程中，最好的狀態(tài)是將車(chē)輛損失的動(dòng)能完全轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存于電池中等待使用。車(chē)速的變化影響電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩變化，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]有達(dá)到500rpm時(shí)，電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的反電動(dòng)式不能達(dá)到制動(dòng)要求，因此再生制動(dòng)功能基本喪失。

當(dāng)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)使用時(shí)，產(chǎn)生的電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比。再生制動(dòng)時(shí)電機(jī)向電池組充電，速度和時(shí)間必須進(jìn)行有效的控制，使得電流需要在允許條件下使用，避免對(duì)電池造成損害，綜上所述可以說(shuō)明，其實(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是有限的。由于汽車(chē)行駛必須要求汽車(chē)的平順性和安全性，而且駕駛?cè)藛T的駕駛習(xí)慣會(huì)對(duì)再生制動(dòng)產(chǎn)生較大的影響，整體分析影響再生制動(dòng)的因素比較多。

電池組的荷電狀態(tài)和溫度對(duì)于再生制動(dòng)能量回收也會(huì)造成一定的印象，當(dāng)電池組荷電狀態(tài)較低或者問(wèn)題較高時(shí)，為了保護(hù)電池組的使用，延長(zhǎng)電池組的使用時(shí)間，避免使用再生制動(dòng)能量回收功能。制動(dòng)能量回收的功率應(yīng)當(dāng)小于電池組允許充電功率和線路損耗的總和，電機(jī)的發(fā)電電流不超過(guò)電池組的允許電流，以免產(chǎn)生安全隱患。當(dāng)車(chē)速相對(duì)比較低時(shí)，傳動(dòng)系速比處于變化的狀態(tài)喜愛(ài)，但是當(dāng)電機(jī)速度在500rpm時(shí)，車(chē)輪的速度會(huì)受到能量回收作用影響，不利于駕駛的穩(wěn)定性。驅(qū)動(dòng)輪能量回收效果比較好，但是前輪荷載比較大，因此在其他條件類(lèi)似的情況下，前輪驅(qū)動(dòng)比后輪驅(qū)動(dòng)回收的能量多。

一次制動(dòng)可回收能量為k1k2k3（W-Ffs），該式中，k1為機(jī)械傳動(dòng)效率，該值的決定因素為汽車(chē)本身；k2為發(fā)電效率，發(fā)電效率的值是隨著電動(dòng)汽車(chē)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的變化而隨時(shí)發(fā)生變化的；k3是充電效率，充電效率與車(chē)輛的設(shè)計(jì)結(jié)果相同；W為汽車(chē)動(dòng)能減少量；為滾動(dòng)過(guò)程中的阻力；s為制動(dòng)路程的長(zhǎng)短，主要控制因素是制動(dòng)力和制動(dòng)時(shí)間。

2　再生制動(dòng)控制策略

在進(jìn)行再生制動(dòng)時(shí)，根據(jù)每個(gè)不同的制約條件對(duì)整體車(chē)輛的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，全面分析汽車(chē)ABS、電池組以及電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)綜合因素來(lái)考慮是否選擇再生制動(dòng)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。車(chē)輛的制動(dòng)模式由三個(gè)類(lèi)型構(gòu)成，分別是緊急制動(dòng)、中輕度制動(dòng)和下長(zhǎng)坡制動(dòng)三種模式。

制動(dòng)減速度在2m/s2以上時(shí)稱(chēng)為緊急制動(dòng)，主要應(yīng)當(dāng)從車(chē)輛的安全性考慮，選擇機(jī)械摩擦制動(dòng)為主，輔助效果是電機(jī)制動(dòng)操作，實(shí)際行駛時(shí)不會(huì)出現(xiàn)多次大量的緊急制動(dòng)，只是偶爾進(jìn)行幾次，不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間、高頻率的進(jìn)行，因此對(duì)于這一部分制動(dòng)能量可以忽略不計(jì)。

中輕度制動(dòng)指的是制動(dòng)減速度在1m/s2至2m/s2之間時(shí)，出現(xiàn)中輕度制動(dòng)的情況主要是出現(xiàn)紅燈減速、路邊停車(chē)、行駛過(guò)程中的減速操作。中輕度制動(dòng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程首先需要駕駛者將加速踏板松開(kāi)，使車(chē)輛處于滑行狀態(tài)，這是整體的制動(dòng)狀態(tài)為純電制動(dòng)，實(shí)際作用效果相當(dāng)于普通汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)，之后駕駛者踩下制動(dòng)踏板，車(chē)速控制范圍在最高轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)的運(yùn)行是按照恒定功率運(yùn)行的，這時(shí)是電機(jī)吸收能量最多的過(guò)程。轉(zhuǎn)矩和功率存在反比例關(guān)系，所以當(dāng)速度減少時(shí)，電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩變大。一旦出現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩最大值，那么電機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)采用額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。電機(jī)功率隨著速度的影響逐漸降低，再生制動(dòng)過(guò)程就會(huì)采用恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，如果即將停車(chē)，那么電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩就會(huì)趨于零，停車(chē)過(guò)程主要通過(guò)機(jī)械摩擦制動(dòng)實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有出現(xiàn)能量回收過(guò)程。

在汽車(chē)處于長(zhǎng)下坡制動(dòng)過(guò)程中，一般情況下車(chē)的運(yùn)行速度不會(huì)超過(guò)1m/s2，受到本身運(yùn)行的制動(dòng)力比較小的因素影響，能夠利用電機(jī)再生制動(dòng)發(fā)揮作用，這樣的情況下有利于再生制動(dòng)過(guò)程的能量?jī)?chǔ)存進(jìn)行。

3　制動(dòng)力分配

在保證基本的制動(dòng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，采用混合并行制動(dòng)力分配策略能夠更好的實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的安全運(yùn)行。當(dāng)踩下制動(dòng)踏板之后，出現(xiàn)的狀態(tài)時(shí)同時(shí)開(kāi)始再生制動(dòng)和機(jī)械摩擦制動(dòng)兩個(gè)過(guò)程，對(duì)其進(jìn)行定義如下，制動(dòng)強(qiáng)度Z是制動(dòng)力與汽車(chē)自重的比值。當(dāng)Z小于0.1時(shí)，只有再生制動(dòng)作用存在；當(dāng)Z位于0.1至0.7之間時(shí)，為了有效確保制動(dòng)過(guò)程中車(chē)輛行駛的穩(wěn)定性，選擇通過(guò)再生制動(dòng)與機(jī)械摩擦制動(dòng)共同完成的作用；當(dāng)Z大于0.7時(shí)，車(chē)輛為緊急制動(dòng)模式，制動(dòng)來(lái)源只通過(guò)機(jī)械摩擦力實(shí)現(xiàn)。

4　結(jié)束語(yǔ)

影響電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展重要限制因素為電動(dòng)汽車(chē)能量供應(yīng)問(wèn)題，采用再生制動(dòng)技術(shù)能夠在一定程度上提升電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程，能夠?yàn)榻鉀Q電動(dòng)汽車(chē)能量供應(yīng)提供一定積極作用。再生制動(dòng)技術(shù)在輔助制動(dòng)過(guò)程的同時(shí)來(lái)進(jìn)行發(fā)電，在一定程度節(jié)約能源的使用，具有一定的環(huán)境保護(hù)作用。本文通過(guò)對(duì)再生制動(dòng)特點(diǎn)的分析，分析整體影響因素，將汽車(chē)在行駛過(guò)程中的主要制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析，從而將機(jī)械摩擦制動(dòng)過(guò)程和再生制動(dòng)過(guò)程的關(guān)系進(jìn)行全面的分析，同時(shí)提出了并行制動(dòng)力分配的對(duì)策，以后在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以采用這一思路進(jìn)行研究，提升整體電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展速度。如果能夠有效解決電動(dòng)汽車(chē)的能源供應(yīng)問(wèn)題，電動(dòng)汽車(chē)本身清潔性、環(huán)保型特征將會(huì)被充分發(fā)揮，能夠在很大程度上代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽車(chē)，為環(huán)境保護(hù)工作提供積極影響。

參考文獻(xiàn):

[1]何仁.電動(dòng)汽車(chē)混合制動(dòng)系統(tǒng)控制策略的改進(jìn)[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào),2013(03):125-130.

[2]成龍，崔俊杰.電動(dòng)汽車(chē)再生制動(dòng)技術(shù)研究[J].河北農(nóng)機(jī),2015(02):46-50.

[3]翟志強(qiáng).電動(dòng)汽車(chē)再生制動(dòng)控制策略研究[J].計(jì)算機(jī)仿真,2013(11):160-169.

[4]余杰.基于電動(dòng)汽車(chē)再生制動(dòng)若干關(guān)鍵問(wèn)題分析[J].科技致富向?qū)?2013(14):40-40.