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1、,电动汽车再生制动,主 要 内 容,电动汽车再生制动技术概述,电动汽车储能系统分析与研究,电动汽车制动过程动力学分析,电液复合再生制动协调控制策略,再生制动与ABS匹配性控制策略,1,2,3,4,5,一 电动汽车再生制动技术概述,1.1 再生制动国外研究概况,20世纪70年代，美国威斯康星大学经过数年研究，成功研制出液压式、飞轮式和蓄电池式三种制动能量再生系统。1 1979年，丹麦学者在福特公司生产的EscortVan 汽车上成功设计制造出液压储能式制动能量回收系统，使汽车燃料消耗量降低到原来的70%。2 1984年，瑞典沃尔沃公司在重达16吨的客车上装备了飞轮式储能装置，该装置的动力传递方式
2、为液压传动式，制动能量回收实验表明节省燃料可达15%20.5%。3,1 Cikanek SR, Bailey KE. Regenerative Breaking System for A Hybrid Electric Vehicle C. Proceedings of the American Control Conference, Anchorage, AK May 8-10, 2002, 3129-3134 2 Motomu Hakiai, Toshio Taichi, Masahiko Shoda, etc. Brake system of Eco-VehicleJ. The 14th
3、 International Electric Vehicle Symposium and Exposition,1997 3 Vint MK. Design and Construction of a Fuel Efficient Braking System J. SAE871233, 1987: 200-214,一 电动汽车再生制动技术概述,1.1 再生制动国外研究概况,2000年，美国Michahian大学建立了并联式混合动力电动汽车的再生制动系统模型，系统分析了其再生制动的制动作用以及能量回收的影响因素。4 韩国Sunngkyunkwan大学在再生制动力分配方面也做了大量的工作，运用
4、模糊控制等经典控制理论，对再生制动系统、ABS防抱死系统等进行了闭环硬件仿真，推动了新能源汽车的科研进展。5 比利时Flemish研制出一种名叫HEVAN的混合电动车系统，以增加电机低速时的感应电动势作为控制目标，实现能量回收。6,4 Michael Panagiotidis, George Delagrammatikas, et al. Development and use of a regenerative braking model for a parallel hybrid electric vehicle C. SAE, 2000. 5 陈虹，宫洵，胡云峰等. 汽车控制的研究现状与
5、展望J. 自动化学报, 2013, 33(04): 322-346. 6 盘朝奉，韩福强，陈燎，徐兴，陈龙基于模糊控制的增程式电动汽车能量分配策略J重庆交通大学学报(自然科学版)，2014，33(03)：140-144.,一 电动汽车再生制动技术概述,1.2 再生制动国内研究概况,1997年，由青岛大学和中国重汽公司联合研发的使用飞轮储能式蓄能器的 ZK141A型公共汽车，燃油经济性得到明显的改善，可节省35.1%的燃料。 长安大学郭金刚、叶敏等通过对电动汽车制动电气再生与机械摩擦联合制动特性进行了重点分析，提出了主辅电源能量回馈系统，使再生制动系统可同时实现升降压功能，实现回收能量对主辅电源
6、充电。 7 西安交通大学曹秉刚团队对电动汽车再生制动辅助电源系统及其再生充电系统进行详细研究，在XJTUEV-2电动车能量回收系统上应用了现代控制理论最新方法，有效的提高了能量回收效率，达到了很好的节能效果。 8,7 叶敏, 郭金刚. 电动汽车再生制动及其控制技术M. 北京: 人民交通出版社,2013:10-11 8 叶敏, 安强, 曹秉刚, 等. 电动汽车主辅电源能量回馈研究J. 系统仿真学报,2007,1004(23):4,一 电动汽车再生制动技术概述,1.2 再生制动国内研究概况,北京理工大学的王军等，基于变速器挡位影响，确保行车制动安全的前提下，提出了分段复合策略，能量回收率提高 3%
7、。 湖南大学的周云山等围绕CJY6470E电动汽车展开研究，通过重新调整分配方法，在整车仿真及控制模式方面，优化了整车控制策略。 9 比亚迪汽车公司在电动汽车再生制动技术方面的研究处于国内领先地位，其自主生产的F3DM混合动力汽车和E6纯电动汽车实现了电动汽车民用化，这两款汽车都具有再生制动功能，F3DM带有两个电动机，可以在汽车需要大动力情况下为汽车提供动力，在制动时提供再生制动力。 10,9 江王林，王瑞敏电动汽车制动过程受力分析及制动能量回收策略研究J汽车实用技术，2012，26(03)：5-9. 10 赵斌. 比亚迪新能源汽车消费的影响因素研究D. 长沙: 中南大学,2011,一 电动
8、汽车再生制动技术概述,1.2 再生制动国内研究概况,从总体来看，国外在再生制动方面都开展的相对较早，因此，其在研究和实际应用方面发展的更加成熟。国内对电动汽车的研究还尚处于初级阶段，由于产品开发起点比较高，主要是集中在再生制动性能的软件仿真和试验台的开发方面，而且对于再生制动控制策略的研究的手段与应用对象还是比较单调，大多数是针对于前驱式或后驱式的电动汽车，而在较先进的轮毂电机驱动电动汽车方面相对研究较少，有待深入探究分析。,比亚迪 E6 纯电动汽车,一 电动汽车再生制动技术概述,1.3 再生制动的基本原理,再生制动就是指汽车在一些减速制度工况下行驶时，通过能量转换装置的工作可以将部分制动能量
9、转换为其它的形式的能量储存起来，而储存的这些能量可供汽车驱动时再次利用。在现有的储能装置技术不够完善的限制下，再生制动技术的应用对于提高电动汽车能量的利用效率，解决电动汽车的续驶里程问题有着重要的意义。 电动汽车再生制动系统一般由制动系统控制器、操纵机构、电机制动系统、机械制动系统和能量储存系统等组成。11,11 杨洋. 纯电动汽车新型电液复合制动系统研究D. 重庆: 重庆大学,2012,一 电动汽车再生制动技术概述,1.3 再生制动的基本原理,在电动汽车运行时，当驾驶员给出制动命令到整车控制器，明确汽车工作在再生制动模式下，此时电机以发电机的形式工作，将生成的电量回馈到储能装置，并且反向的电
10、枢电流会产生制动性的转矩，配合机械摩擦制动降低电动汽车的车速。,再生制动原理图,Ubat：电池端电压； Ra：电枢电阻； Rb：制动限流电阻； Rc：等效电阻； I2：电机感应电流， I1：制动电流； E：感应电势； L：电机电枢的电感,一 电动汽车再生制动技术概述,1.3 再生制动的基本原理,高频开关装置接在电机的电枢两侧，让该电路能够以高频率的形式接通或断开，生成感应电势E与感应电流I2；在电动汽车制动状态下，电机与开关S构成闭合回路，感应电流即为制动电流I1； 当开关S断开后，电流的变化率 立即增大，感应电动势E也快速增大，当 EU时电流方向为从电机到蓄电池，此时电池进入充电状态，即实现
11、电流回馈，此时回馈电流大小为I2,再生制动原理图,一 电动汽车再生制动技术概述,1.4 再生制动系统构成分类,制动能量回收愈多愈好，理论上单纯的使用再生制动可以做到，让每次制动产生的能量都能被回收，事实上是不可能的，再生制动力矩受到很多条件限制，为确保制动的稳定性，还需要加上原有的机械摩擦制动系统，一起构成混合制动机构。混合制动机构按照两者作用的方式可以分为串联制动和并联制动模式。12,并联制动制动力分配图,串联制动制动力分配图,12 赵国柱电动汽车再生制动若干关键问题研究D南京航空航天大学，2012,一 电动汽车再生制动技术概述,1.4 再生制动系统构成分类,串联制动的工作方式是随整车制动力
12、的大小而变化，始终秉持着再生制动系统工作的优先性且最大限度的参与原则。当需求的制动力较小时，仅再生制动系统工作就可以满足整车制动的要求，因此电动汽车的制动力由电机提供。当需求的制动力较大时，由于再生制动系统所能提供的制动力是固定的，达不到整车对于制动力的需求，此时必须有机械制动系统参与工作，以提供不足的制动力。,串联制动制动力分配图,一 电动汽车再生制动技术概述,1.4 再生制动系统构成分类,串联制动系统一般是需要通过与ABS系统联合形成集成控制，它可以调整单个车轮的液压制动力，并能够最大限度地利用再生制动力与路面附着条件。串联制动系统的工作原则决定了在再生制动力利用上比其它方式更为彻底，因此
13、所能回收的能量相对比较高。同时，串联制动系统也有一定的局限性，结构复杂、成本相对较高而且需要集成的控制系统。,串联制动系统的控制原理,一 电动汽车再生制动技术概述,1.4 再生制动系统构成分类,并联制动系统的特点是再生制动力和机械摩擦制动力之间的比例是一固定值，即整车制动力在二者之间始终按照固定比例进行分配且在参与工作的时间上具有同时性。,并联制动制动力分配图,一 电动汽车再生制动技术概述,1.4 再生制动系统构成分类,并联制动与串联制动系统相比，再生制动系统利用方面不如串联方式充分，所能回收的能量也相对较少。但并联制动系统也具有一定的优益性，只需要对原有传统机械制动系统稍加变动即可实现，因此
14、，结构相对比较简单，制造成本低。,并联制动系统的控制原理,一 电动汽车再生制动技术概述,1.5 再生制动的影响因素,影响电动汽车再生制动的因素很多，主要包括制动安全性要求、行驶工况、电机类型及其控制系统类型、车载储能装置和再生制动控制策略等。13,14,制动安全性要求:制动系统的目的就是保证汽车在具有足够的制动效能的情况下，还应满足制动时方向稳定性等其他要求。采用再生制动系统进行制动动能回收的首要原则即为必须达到整车制动效能的要求，在当前的再生制动实现过程中，当所提供的再生制动力不能达到预期时，此时应有机械摩擦制动参与汽车的制动过程。 行驶工况:当汽车所运行的工况不同时，制动出现的频繁程度也是
15、不尽相同的。当在城市工况下行驶时，汽车需要频繁的制动，相应的制动强度也比较低，因此，再生制动系统工作频率就比较高，回收的制动能量自然就比较多。,13 黄冬冬. 四轮轮毂电机驱动电动汽车再生制动控制策略研究D. 长安大学, 2015. 14 刘新文. 分布驱动电动汽车再生制动研究D. 重庆大学, 2015.,一 电动汽车再生制动技术概述,1.5 再生制动的影响因素,电动机及其控制系统类型:对于电动汽车及其驱动控制系统而言，电动机不同，其作用效果是有非常明显差异的，如果一个电动机有较宽的恒功率工作区域，其就能够长时间处于高效率工作状态，制动能量回收效率也就越高。 车载储能装置的影响:电动汽车的车载
16、储能装置对再生制动也有很大的影响，作为电动汽车蓄能器，通常是根据电动汽车要求的不同而选择，可能是蓄电池、飞轮电池、超级电容器或者为多种方式的组合。决定再生制动能量回收的最为关键的因素就是车载储能装置的特性及其所剩余储存的能量的多少。 再生制动控制策略:再生制动控制策略决定了制动力分配方式以及参与的再生制动的比例，而再生制动力的大小是影响能量回收的最直接因素。在设计控制策略时应充分分析车载储能装置的特性、电机的特性、整车制动效能和制动法律法规等诸多约束条件。,二 电动汽车储能系统分析与研究,二 电动汽车储能系统分析与研究,2.1 利用动力蓄电池组吸收制动能量,此方案主要由驱动电机、发电机、蓄电池组、电磁离合器、控制器和小型汽车的传动系统等组成。采用蓄电池作为蓄能器，能量由执行机械能-电能之间转化的电动机（发电机）转换和传递。蓄电池的充放电状态由电子控制单元 ECU 完成，蓄电池的剩余电量的控制也由电子控制单元完成。,制动能量再生系统电储能方案,二 电动汽车
