李 巖，張 偉

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、燃料電池汽車，其主要特征在于能夠通過驅(qū)動(dòng)電機(jī) （此時(shí)以發(fā)電機(jī)模式工作）將汽車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，最終存儲(chǔ)于儲(chǔ)能裝置中以供下次的使用，即再生制動(dòng)。再生制動(dòng)技術(shù)提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，是增加純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的有效手段之一。

再生制動(dòng)系統(tǒng)由再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)組成，需要對(duì)再生制動(dòng)力與液壓制動(dòng)力進(jìn)行合理的分配，才能達(dá)到制動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與回收更多制動(dòng)能量的目的。

本文通過典型的再生制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，說明再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)解耦原理，以及實(shí)現(xiàn)最大化能量回收的控制策略基礎(chǔ)。

1 再生制動(dòng)系統(tǒng)

1.1 再生制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，該系統(tǒng)與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)主要區(qū)別在于增加了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、逆變器、電池包、液壓助力機(jī)構(gòu)、踏板行程傳感器、踏板行程模擬器。

制動(dòng)過程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于發(fā)電并產(chǎn)生制動(dòng)力矩；逆變器用于將低壓直流電逆變?yōu)楦邏褐绷麟?；電池包用于存?chǔ)電能；液壓助力系統(tǒng)作為液壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于提供液壓制動(dòng)力；踏板行程傳感器用于檢測(cè)制動(dòng)踏板的踩踏行程；踏板行程模擬器用于模擬踩踏制動(dòng)踏板時(shí)的踩踏感覺。

1.2 再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)解耦原理

1.2.1 解耦的必要性

傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)過程為:當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)踏板連接桿直接推動(dòng)制動(dòng)主缸內(nèi)的液壓油至各個(gè)制動(dòng)輪缸，從而產(chǎn)生液壓制動(dòng)力進(jìn)行制動(dòng)。若以此制動(dòng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)建再生制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)過程中其液壓制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)時(shí)參與，造成在較小的制動(dòng)強(qiáng)度區(qū)域 （0～0.15）內(nèi)，電機(jī)回收的能量減少，無法做到最大化能量的回收。所以，為做到最大化的能量回收，必須將液壓制動(dòng)與再生制動(dòng)解耦。

1.2.2 解耦的原理

根據(jù)圖1所示結(jié)構(gòu)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)踏板連接桿將主缸內(nèi)的液壓油推進(jìn)至踏板行程模擬器，用于模擬踏板感覺。液壓制動(dòng)力的大小則是由整車控制與制動(dòng)控制器根據(jù)制動(dòng)需求控制液壓助力機(jī)構(gòu)提供。即實(shí)現(xiàn)了液壓制動(dòng)與再生制動(dòng)的解耦。

2 最大化能量回收策略基礎(chǔ)

為了實(shí)現(xiàn)最大化能量的回收，除結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)液壓制動(dòng)與再生制動(dòng)結(jié)構(gòu)外，還需要對(duì)液壓制動(dòng)力與再生制動(dòng)力，以及前后軸的制動(dòng)力進(jìn)行合理的分配。以下論述中所用整車參數(shù)如表1所示。

表1 整車參數(shù)

2.1 液壓制動(dòng)力與再生制動(dòng)力的分配

液壓制動(dòng)力與再生制動(dòng)力的分配主要分為3種情況:①再生制動(dòng)提供所需制動(dòng)力；②再生制動(dòng)力與液壓制動(dòng)力共同提供所需制動(dòng)力；③液壓制動(dòng)提供所需制動(dòng)力。

2.1.1 再生制動(dòng)提供所需制動(dòng)力

為確定完全由再生制動(dòng)提供的制動(dòng)力大小，需要明確各種典型工況下的制動(dòng)能量在制動(dòng)強(qiáng)度范圍內(nèi)的分布。表2為各種典型工況下，最大制動(dòng)強(qiáng)度與制動(dòng)能量在制動(dòng)強(qiáng)度小于0.15區(qū)間內(nèi)的分布。

表2 不同工況下最大制動(dòng)強(qiáng)度與制動(dòng)能量的分布

ECE-15工況下，只需一臺(tái)能夠提供制動(dòng)強(qiáng)度為0.15的電機(jī)就足夠了，即在制動(dòng)強(qiáng)度小于0.15的情況下完全依靠再生制動(dòng)提供制動(dòng)力；New York工況下，制動(dòng)強(qiáng)度在小于0.27的區(qū)間內(nèi)完全由再生制動(dòng)提供制動(dòng)力，但這對(duì)電機(jī)性能的要求就更高。其余工況的分析類似。

2.1.2 再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)共同提供所需制動(dòng)力

在實(shí)際駕駛過程中由于路況的變化，制動(dòng)強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，例如在緊急制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)強(qiáng)度更會(huì)達(dá)到0.8。

當(dāng)制動(dòng)過程中所需制動(dòng)強(qiáng)度大于電機(jī)本身所能提供的最大制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，則需要液壓制動(dòng)與再生制動(dòng)同時(shí)工作。此時(shí)為保證最大化回收能量，液壓制動(dòng)只提供實(shí)際所需制動(dòng)強(qiáng)度與電機(jī)所能提供最大制動(dòng)強(qiáng)度的差值。

2.1.3 液壓制動(dòng)提供所需制動(dòng)力

考慮到制動(dòng)的穩(wěn)定，以及電機(jī)的工作效率特性，由液壓制動(dòng)提供所需制動(dòng)力的情況分為以下2種情況:①低速制動(dòng)；②車輛處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)制動(dòng)。

1）低速制動(dòng) 車輛以較低速度制動(dòng)時(shí)，例如15 km/h，電機(jī)的工作效率較低，可回收的能量少，提供的制動(dòng)力隨車速的繼續(xù)減小驟減。所以較低車速下，需要液壓制動(dòng)完全提供所需制動(dòng)力。

2）臨界失穩(wěn)制動(dòng) ABS起作用時(shí)，即車輛處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，為保證制動(dòng)的穩(wěn)定性與安全，此時(shí)再生制動(dòng)應(yīng)退出，所需制動(dòng)力完全由液壓制動(dòng)提供。

2.2 前后軸制動(dòng)力的分配

為保證最大化能量的回收，盡可能多地將制動(dòng)力分配到前軸 （默認(rèn)為驅(qū)動(dòng)軸），分配策略參見圖2。

圖2所示為理想制動(dòng)力分配曲線I線、f線、r線以及ECE法規(guī)規(guī)定的前后軸制動(dòng)力分配臨界線。

為滿足最大化能量回收，前后制動(dòng)力應(yīng)按ECE法規(guī)規(guī)定的前后軸制動(dòng)力分配臨界曲線分配，但該曲線使得對(duì)前后制動(dòng)力分配的控制過于復(fù)雜，因此，出于實(shí)際考慮將該曲線簡(jiǎn)化為一條直線β。

3 結(jié)束語

再生制動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用，可以改善混合動(dòng)力汽車的排放問題，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，此技術(shù)也被廣泛地應(yīng)用在純電動(dòng)汽車上，增加了整車的續(xù)駛里程。因此，再生制動(dòng)技術(shù)對(duì)混合動(dòng)力及純電動(dòng)汽車十分關(guān)鍵。

該技術(shù)在2010年與2012年成功應(yīng)用于長(zhǎng)城汽車自主研發(fā)的騰翼V80-PHEV（圖3）、騰翼C20-EV（圖4）等車型中，并將在后續(xù)新能源車型中搭載液壓助力混合動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)，來進(jìn)一步提高能量回收與安全舒適性。

由此可見，再生制動(dòng)技術(shù)具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。本文的論述也為再生制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇，以及其控制策略的制定提供了參考。

［1］BOSCH.CRBS[Z].2011.

［2］Yimin GAO， Ali Emadi， Mehrdad Ehsani.Modern Electric， Hybrid Electric， and Fuel Cell Vehicles Fundamentals， Theory， and Design （SECOND EDITION）[M].Boca raton: CRC Press， 1997.

［3］彭 棟.混合動(dòng)力汽車制動(dòng)能量回收與ABS集成控制研究[C].上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文，2007.