混合動(dòng)力制動(dòng)能量回收最大化因素分析

劉順祥 陳永康

摘 要：汽車(chē)制動(dòng)活動(dòng)中，其進(jìn)行回收制動(dòng)能量時(shí)，車(chē)輛動(dòng)能并無(wú)法完全轉(zhuǎn)化為電能而積累在儲(chǔ)能裝置中。制動(dòng)過(guò)程中相對(duì)會(huì)產(chǎn)生諸多動(dòng)能的損失，例如其空氣阻力及機(jī)械能的損失、滾動(dòng)阻力的損失、制動(dòng)效力的損失等等，而平均來(lái)說(shuō)也僅僅只回收了約50～60%的機(jī)械動(dòng)能。

關(guān)鍵詞：能量回收;最大化;再生控制

1 影響電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收最大化的主要因素

1.1 電機(jī)

電機(jī)設(shè)備的外化特性，即可決定在一定轉(zhuǎn)速下的再生制動(dòng)效能所能輸出的最大闕值[1]。而電機(jī)的功率特性，則取決于電機(jī)的最大功率與基速，外特性如圖1所示。電機(jī)在其基速標(biāo)準(zhǔn)之下輸出轉(zhuǎn)矩而保持恒定值，功率與轉(zhuǎn)速呈一定比例;而若處于基礎(chǔ)速度之上時(shí)，轉(zhuǎn)矩輸出值隨著轉(zhuǎn)速增加而相應(yīng)的持續(xù)性減小，其總功率的輸出值相對(duì)保持恒定。

1.2 蓄電池

蓄電池的工作情況，取決于輸出性能及其能量管理方式，主要體現(xiàn)在sos和最大充電功率兩個(gè)模塊。每一種電池對(duì)芯片所承受的運(yùn)行范圍都固定的限額，過(guò)充和過(guò)放超出了范圍都不利于電池的正常運(yùn)行。例如，鋰離子電池sos的運(yùn)行范圍為30%～70% ，此段為“主動(dòng)充區(qū)域”。而若是電池的芯片超過(guò)了70%，再生制動(dòng)系統(tǒng)則會(huì)產(chǎn)生中斷充電現(xiàn)象。汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程的反應(yīng)速度較快，蓄電池的芯片、溫度以及內(nèi)阻的變化相對(duì)來(lái)說(shuō)是微乎其微的，因此蓄電池的開(kāi)路電壓則相對(duì)不變，即相應(yīng)的降低蓄電池的受損耗程度。

1.3 液壓制動(dòng)系統(tǒng)

若電動(dòng)汽車(chē)處于停止運(yùn)行狀態(tài)，其電機(jī)自身在再生制動(dòng)狀態(tài)下的能力輸出持續(xù)性消減，同時(shí)我們知道汽車(chē)內(nèi)部的電氣系統(tǒng)產(chǎn)生運(yùn)行故障的幾率較大，為確保液壓制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，即需要改良液壓制動(dòng)系統(tǒng)組織機(jī)構(gòu)使其更為精確化與穩(wěn)定化，穩(wěn)定輸出其充足的制動(dòng)動(dòng)力，如此即是確保為制動(dòng)能量回收率的最大化奠定良好的基礎(chǔ)。

2 基于再生制動(dòng)控制的相關(guān)優(yōu)化策略分析

2.1 普通制動(dòng)力分配控制策略

并行制動(dòng)力分配策略。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，即是基于本原機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)，而施加電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)，兩者聯(lián)動(dòng)開(kāi)展同步制動(dòng)[2]。以機(jī)械為主、電機(jī)為輔，能量回收率有一定限定范圍。如圖2所示，此控制體系共具兩個(gè)門(mén)限額定值，當(dāng)其較低強(qiáng)度Z約等于1.0時(shí)，則交由電機(jī)阻力矩單獨(dú)輸出的制動(dòng)活動(dòng)阻力矩的現(xiàn)實(shí)需求;當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度處于正常范圍內(nèi)，驅(qū)動(dòng)軸則由電機(jī)阻力矩與機(jī)械制動(dòng)力矩聯(lián)合產(chǎn)生作用，輔動(dòng)軸仍屬于機(jī)械制動(dòng)，并且后軸的制動(dòng)力矩根據(jù)傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中的制動(dòng)力分配系數(shù)進(jìn)行精確分配所得。當(dāng)處于緊急制動(dòng)（Z處于0.6～0.7）時(shí)，電機(jī)阻力矩通常設(shè)置為零，僅機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)提供制動(dòng)阻力矩。

就期望I曲線制動(dòng)力分配控制策略來(lái)看，此控制手段對(duì)于其硬件需求的改動(dòng)影響較小，可行性較高，僅僅使用比例閥即可確保制動(dòng)力矩要求的穩(wěn)定性，因此其運(yùn)行成本較低，在現(xiàn)階段大部分混合動(dòng)力汽車(chē)以及純電動(dòng)汽車(chē)中得到了廣泛運(yùn)用，雖然其能量回收率提升程度不高，但其穩(wěn)定可靠性值得一提。

2.2 EBD控制策略

首先，判斷電機(jī)轉(zhuǎn)速是否等于即超過(guò)500R/min，若非緊急制動(dòng)，則直接轉(zhuǎn)換為機(jī)械制動(dòng)，再生制動(dòng)系統(tǒng)則不同步參與制動(dòng)。若是，對(duì)其制動(dòng)力矩的現(xiàn)實(shí)需求與再生制動(dòng)的最大程度進(jìn)行類(lèi)比分析，若再生制動(dòng)系統(tǒng)所輸出的最大阻力矩，超過(guò)了制動(dòng)活動(dòng)所需的現(xiàn)實(shí)需求，則其所有阻力矩只能取決于再生制動(dòng)系統(tǒng)的提高而此才能滿(mǎn)足再生制動(dòng)能量的最大化回收。而再生制動(dòng)系統(tǒng)所輸出的最大阻力矩比所需要的機(jī)械制動(dòng)力小時(shí)，再進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)能補(bǔ)充即可。但若是前軸的制動(dòng)力矩的現(xiàn)實(shí)需求，同樣小于再生制動(dòng)活動(dòng)的阻力矩，則前軸的制動(dòng)力矩同樣也取決于再生系統(tǒng)。若是其超過(guò)電機(jī)阻力矩，則前軸的機(jī)械制動(dòng)也同步展開(kāi)雙向制動(dòng)，其參與比例約為前軸所需現(xiàn)實(shí)力矩減去再生制動(dòng)系統(tǒng)的最大制動(dòng)力。

3 結(jié)語(yǔ)

再生制動(dòng)、防抱死制動(dòng)與電子制動(dòng)力分配的集成控制，三者聯(lián)動(dòng)工作的協(xié)調(diào)性，是研究重點(diǎn)之一。不斷進(jìn)行綜合控制程序與控制權(quán)的研發(fā)，即可相對(duì)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)制動(dòng)能量回收的最大化，又可優(yōu)化車(chē)輛制動(dòng)的安全性及其穩(wěn)定性。

再生制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，變速器的速比值，是影響電機(jī)轉(zhuǎn)速及其工作效率的主要營(yíng)因素。因此就純電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，若是自動(dòng)變速器等則可以有效且大幅度的提升制動(dòng)能量的回收程度。而如何實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中變速器與電機(jī)控制的更加協(xié)調(diào)性，即是提高整車(chē)能量回收率的關(guān)鍵點(diǎn)所在。

再生制動(dòng)系統(tǒng)控制手段的優(yōu)化。電機(jī)制動(dòng)全面退下之后，機(jī)械制動(dòng)如何精準(zhǔn)、快速的補(bǔ)位，如何才能提高其舒適度且保證車(chē)輛運(yùn)行與制動(dòng)的安全性和穩(wěn)定性，對(duì)制動(dòng)控制手段的實(shí)際效能還具有較大的上升空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]李古月，李軍.基于回收能量最大化的再生制動(dòng)系統(tǒng)分析[J].汽車(chē)工業(yè)研究，2017（07）：56-60.

[2]陳燕，貝紹軼，汪偉，蔡銀貴，朱燕燕.基于EMB與EBD的電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代制造工程，2016（12）：62-66.