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1、等比例再生制动介绍 赵长春海马轿车有限公司 汽车能量分析及制动节能 制动能量再生的意义 电动汽车 广义的 与传统汽车相比的最大优势是再生制动 再生制动技术是指在电动汽车制动时 电动机工作在发电模式 将车辆的部分动能转化为电能并储存在动力电池组中 再生制动的过程中 同样会有能量损失 主要包括空气阻力损失 滚动阻力损失 制动系统损失 电动机转换损失 充电损失等 再生制动系统是一套复杂的机 电 液控制系统 电动汽车的再生制动系统在保证制动效能和稳定性的基础上回收汽车的部分能量 对增加续驶里程和提高电动汽车的经济性 动力性有重要的作用 再生制动系统对汽车性能的影响 再生制动系统是机械摩擦制动和电机制动
2、的复合作用 增加再生制动作用后减轻了机械摩擦制动的负荷 延长了制动系使用寿命 为保证车辆的制动稳定性和安全性 再生制动系统在不同的控制策略下需要对前后轴机械制动力和驱动轴机 电制动力进行合理分配 否则 当前轴先于后轴抱死时 汽车基本上沿直线行驶 处于稳定状态 失去了转向能力 而当后轴比前轴提前一定时间抱死时 汽车就容易在轻微侧向力作用下发生侧滑 失去方向稳定性 电机在传动系统中的布置形式必须是与车轮一直连接 若电动汽车使用多档减速器 当变速器处于空挡位置时 从驱动轮到电机的动力传递路径被切断 此时电动汽车不能实现再生制动 制动能量再生方法 制动能量再生 制动能量再生形式 低 高 电力再生制动的
3、关键技术 特殊的电机制动特性特殊的电池充电特性特殊的制动力分配机构和策略 特殊的电机制动特性 新的直流无刷电机制动特性 电机特性1 电机发电能力 2 电机的机械效率和发电效率 基于滑模变结构控制方法设计了电流调节器 实现跟随转速 转矩控制 保证整车性能平稳过渡 特殊的电池充电特性 蓄电池特性电动汽车的再生制动系统对电源有高比能量 高比功率和循环寿命长的要求 需要注意 1 蓄电池的荷电状态 SOC 2 蓄电池充电功率 3 蓄电池温度 特殊的制动力分配机构和策略 日产聆风的制动力分配机构 在2010年7月举行的先进技术说明会上 日产汽车公司公开了其开发的电动制动器 其开发的电动制动器的最大特点是
4、采用了由马达直接驱动制动器主缸的倍力装置单元 工作原理是 由传感器来检测制动踏板的踩踏力度 然后根据传感器的信息 旋转马达 转动滚珠丝杠 从而控制主缸压力 在进行动能回收时 需要减少向主缸施加的压力 减少的压力等于驱动马达再生的制动力 为此 通过倍力装置的马达驱动滚珠丝杠 并向减少主缸压力的方向转动 据日产汽车介绍 此时为了不使制动踏板的反作用力发生变化 配备了用于维持反作用力的弹簧 日产聆风装备有叠层式锂 离子动力电池 输出功率超过90千瓦 而它的电马达输出功率80千瓦 280牛米 这一配置确保了驾驶者像使用传统汽油驱动的汽车的需求 满足了驾驶者的期望 切实可信的行驶范围 160公里 美国L
5、A4模态 我个人的看法 日产的制动能量回收控制策略对控制系统要求复杂 需要精确控制电机制动力和摩擦制动力 技术难度高 从160km续驶里程判断 其实用的性价比不大 等比例再生制动 等比例再生制动策略的思想是根据制动踏板的位置 按一定比例分配摩擦制动力和再生制动力的大小 再生制动力与制动踏板转角正比 当制动踏板转角变大时 电机制动力线性增加 驱动轴制动力与摩擦制动力线性叠加 此策略容易实现 成本低 等比例再生制动特点 优点 对传统制动系统的改动比较小 成本低 可靠性好 电机控制策略简单易行 缺点 等比例再生制动会使相当多的汽车动能无法回收 当电机无法回收制动能量时 会使制动强度发生变化 电机制动
6、与机械制动的比例不能太高 等比例再生制动实施 需要完成三件事 改装带有转角传感器的制动踏板总成 添加整车控制器再生制动控制策略 制动系统从新标定 使电机再生制动力保持在前轮最大制动力的10 18 对于电机吸收能力相对整车动能比较小的情况下 使用等比例再生制动措施 事半功倍 海马王子电动汽车的等比例再生制动 在MA00海马王子汽油车基础上改造成MA00 ME100海马王子电动汽车 两种车型的整车参数见下表1 表 MA00和MA00 ME100整车参数对比 后轮制动力标定 前轮制动力标定 分三种情况 1 无轮缸减压阀 2 固定压力减压阀 3 可变压力减压阀 满载与空载的I曲线与 曲线 等比例再生制
7、动标定的成果 将MA00 ME100电动车放在测功机上 根据国标B T18386 2005规定的市区工况进行模拟测试 每种控制策略测试2次 试验记录如下表 其中序号7测试是由于底盘测功机临时故障而终止 等比例再生制动标定的成果分析 MA00 ME100制动系统标定的收获 通过再生制动回收制动能量 对电动汽车提高能量利用率及增加续驶里程意义非常重要 是提升电动汽车性能的重要技术手段 为了保证制动安全 电动汽车制动系统通常是由再生制动和传统机械制动组成的复合制动 通过协调再生制动力与机械制动力的分配 在保持汽车制动稳定性的基础上 最大限度地提高制动能量的回收程度 是再生制动研究的重要内容 再生制动
8、的主要制约条件 再生制动力要受到电机系统第四象限特性制约 再生制动力要受到电池短时大电流充电特性制约 只有驱动轮才能通过再生制动实现制动能量回收 与协调复合再生制动相比 等比例再生制动降低了整车成本 MA00 ME100制动系统标定的过程 方法 滑行制动步骤 整车加速到最高车速抬起加速踏板 但不踩制动踏板控制程序指令电机产生制动力逐渐加大电机制动力到电机最大制动能力或者到电池最大接受能力为止 电机滑行制动扭矩40N m标定 电机滑行制动扭矩40N m标定 电机滑行制动扭矩60N m标定 电机滑行制动扭矩60N m标定 电机滑行制动扭矩70N m标定 电机滑行制动扭矩70N m标定 在标定试验过
9、程中 发现直流母线电流已经超过电池组快充60安培电流极限值 电机滑行制动扭矩75N m标定 数据分析 电机扭矩75N m 前段作用时间6s 电池保护6s 后段作用9 5s 电机滑行制动扭矩80N m标定 数据分析 前段电机扭矩80N m 作用时间4 9s 中段电池保护6s 后段电机扭矩80N m 作用6 2s左前轮扭矩为246N m 右前轮扭矩为211N m 制动最大功率43 2kw 电机滑行制动扭矩100N m标定 数据分析 前段电机扭矩100N m 制动功率51 3kw 作用时间0 5s 中段电池保护7 4s 后段电机执行故障策略 制动扭矩减半 为50N m 作用11 6s 整车制动标定
10、前轮电机制动与液压制动协同动作车速80km h时 制动踏板完全踏下 角度为17 1度 电机为前轮叠加60Nm制动力 整车制动标定结束 车速达到80km h时 踩下制动踏板角度为17 1度 前轮制动电机匹配60Nm制动力 当车速小于15km h时 停止电机制动 反复多次 一切正常 固定程序 整车标定结束 标定结束后 在海南试车场底盘测功机上进行了经济性测试 结果详见实验报告 未来发展 如果有零部件公司向我们开放ESP程序 未来建立在ABS硬件系统上的等比例再生制动会更好 我们这次参会 主要目的就是想寻求国内ABS供应商的合作 致谢 感谢大连理工大学周雅夫教授在制动理论方面的技术支持 感谢常州裕成电机有限公司徐志捷总工在改造直流无刷电机方面的支持 感谢浙江中昌汽车零部件股份有限公司在液压比例阀方面给予的支持 感谢海南试车场的全体员工在标定过程中的大力支持 谢谢各位
