石玉秋 胡 波 / 廣西科技大學廣西汽車零部件與整車技術重點實驗室

電動汽車低速行駛下電能回收中視覺檢測應用的分析

石玉秋 胡 波 / 廣西科技大學廣西汽車零部件與整車技術重點實驗室

首先介紹了電動汽車低速行駛下電能回收的情況，分析了應用視覺檢測技術提高電動汽車電能回收效率的原理，提出了幾個值得注意的問題。這將有助于相關設備的開發(fā)及電動汽車電能回收效率的提高。

電動汽車；低速行駛；電能回收；視覺檢測

電動汽車能夠實現(xiàn)電能回收是電動汽車相對燃油汽車的一個重要優(yōu)勢，因此針對電動汽車電能回收的研究很多[1][2][3]。但是，在已有研究中針對電動汽車低速情況下的電能回收卻缺乏研究，其根本原因在于低速情況下，電機轉速不高，電動汽車慣性、振動等能量并不大，能量轉換效率也比較低。而根本原因，主要在于能量轉換效率較低。在低速情況下，電動汽車能量轉化效率低的一個重要因素就是響應時間過短。比如，在制動時，短時間內實現(xiàn)電動汽車的制動，其能量轉化時間較短，難以實現(xiàn)高效率的能量轉換。另一方面，隨著智能汽車或者稱為汽車智能化的發(fā)展，通過視覺檢測預估汽車的運行軌跡稱為可能。特別是在輔助駕駛系統(tǒng)中，引入視覺檢測提高電動汽車的反應提前量逐漸成為可能。綜上所述，通過引入視覺檢測技術，提高電動汽車反應提前量，借助輔助駕駛系統(tǒng)實現(xiàn)電動汽車低速行駛工況下的電能回收是提高電動汽車電能回收效率的一個有效途徑。

1.電動汽車低速行駛情況下的電能回收

電動汽車的能量回收包括制動能量和振動能量等，在電動汽車低速行駛的情況下，一般電動汽車較為平穩(wěn)，其能量回收主要是制動能量的回收。在實際行駛中，所謂的低速情況主要包括停車入庫、側方位停車、掉頭轉彎、調整車輛姿態(tài)等，在這些低速情況下制動是較為頻繁和常見的。由電動汽車自身的重量和車輛運行的速度構成的動能在制動過程中需要全部釋放，傳統(tǒng)燃油汽車通過制動裝置實現(xiàn)，而在電動汽車中可以考慮采用電能回收的方式。采用電能回收，與傳統(tǒng)燃油汽車相比，可以在減輕傳統(tǒng)制動器磨損的前提下提高能量的使用效率。

低速行駛情況下，電動汽車制動能量回收根本原理是將電動汽車低速運行的動能在較短時間能經過再生系統(tǒng)轉換為其他行駛的能量并存儲在儲能器中，同時產生制動力矩，使電動機快速停止慣性轉動。在低速情況下，一般制動的過程較快，制動時間較短，雖然車輛速度較慢，但是其能量轉換也是非常迅速的，因此也要求高倍率的能量轉換。

在已有的制動能量回收方式中主要分為三種方式，機械儲能、液壓儲能、電化學儲能。機械儲能主要形式是飛輪，主要將動能轉化為高速旋轉的飛輪進行能量儲存。液壓儲能主要利用液壓器轉化為液體壓縮后的液壓能。電化學儲能主要通過對電子元器件的充放電實現(xiàn)能量的儲存。電動汽車低速行駛情況下，制動的時間較短，根據動量定律和動能定律所需的制動力也較大。但是在機械儲能、液壓儲能、電化學儲能過程中，能量轉化的效率受技術條件限制存在一個上限，因此一般需要根據制動效果分配能量，并不是所有能量都能夠回收的。超過能量轉換上限的部分還是需要通過制動系統(tǒng)進行制動的。比如，在機械儲能中，當制動時間確定后，電動汽車的動能轉化為飛輪的動能單位時間內的轉化量是有上限的，超過這一上限的能量必須依靠制動系統(tǒng)消除。所以，制動時間較短是電動汽車低速行駛情況下電能回收的瓶頸。

2.視覺檢測技術在電動汽車低速行駛情況下電能回收中的應用

根據電動汽車低速行駛情況下電能回收的特點，延長制動時間成為提高回收效率的有效途徑。隨著智能汽車技術的不斷發(fā)展，特別是現(xiàn)有輔助駕駛系統(tǒng)智能化程度的提高，利用視覺檢測進行低速行駛情況下電動汽車軌跡的估計，從而延長制動時間成為提高電能回收效率的有效途徑。

以側方位停車為例，側方位停車過程中，電動汽車的運動軌跡可以分為若干步驟，每一步驟電動汽車的位姿確定以后制動點是可以預測的。比如向后倒車入停車位時，根據車輛與車位的夾角就能估計制動時間點，可以在電動汽車沒有到達制動時間點時就開始啟動電能回收系統(tǒng)，從而延長電能回收時間。

視覺檢測技術在輔助駕駛系統(tǒng)中與其他檢測方式一同構建了汽車位姿的檢測系統(tǒng)，能夠在汽車行駛過程中較為精確的獲得汽車的位置信息。根據已有的研究成果，可以得出利用視覺檢測系統(tǒng)可以得到側方位停車、車輛掉頭等電動汽車低速行駛時的位置和姿態(tài)信息。在這些信息的基礎上，側方位停車、車輛掉頭等低速行駛過程按制動分解為若干階段，從而據此提前啟動電能回收系統(tǒng)，延長制動時間。

3.開發(fā)實用設備中值得注意的問題

在電動汽車低速行駛中電能回收系統(tǒng)的開發(fā)研究中，以下幾個問題值得注意：

（1）現(xiàn)有技術條件下，相關電能回收元器件仍有極大提升空間。比如機械制動所采用的飛輪，目前多用于公交車等大型車輛，用于小型汽車仍有待提高。而對于電化學儲能方式，由于需要高倍率充放電和迅速轉換充放電模式，目前只有超級電容滿足要求。因此，利用用視覺測量技術進行電能回收相關理論研究需要圍繞相關制動元器件進行，特別需要關注相關電子元器件的發(fā)展。

（2）能量分配也是需要注意的問題。由于駕駛人習慣和駕駛熟練程度存在較大差異，在低速行駛情況下電動汽車有可能出現(xiàn)快速停車的現(xiàn)象，考慮到現(xiàn)有技術條件下視覺測量的精度，汽車能量的分配就顯得至關重要。這一方面保證制動效果，另一方面也保證電能回收系統(tǒng)不受到過大的能量沖擊。

（3）智能汽車與電能回收系統(tǒng)的銜接。利用視覺測量技術延長制動時間，本質上是汽車輔助駕駛系統(tǒng)與電能回收系統(tǒng)的銜接，是未來智能汽車的發(fā)展方向。無論是在燃油汽車還是在電動汽車中都有較為重大的現(xiàn)實意義。

（4）在特殊電動汽車中相關理論的應用。在一些作業(yè)環(huán)境下電動車輛低速行駛成為一種常態(tài)，如何發(fā)展相關電能回收系統(tǒng)成為低速行駛下電動汽車電能回收設備開發(fā)的突破點。這一點在電動農機中表現(xiàn)得最為突出，農業(yè)機械作業(yè)環(huán)境較為惡劣，其動能轉換存在較大空間，特別是電動農機的提出，使得相關系統(tǒng)的開發(fā)成為可能。

[1]黃智奇, 姚棟偉, 楊國青等.電動汽車復合能源系統(tǒng)再生制動分段控制策略研究[J].機電工程,2016(3).

[2]梁新成, 李云伍.電動汽車的振動能量回收研究[J].西南大學學報（自然科學版）,2017(8).

[3]趙國柱, 孫瓊瓊, 唐驚幽等.基于載荷率的電動公交車再生制動控制策略[J].中國機械工程,2017(19).

廣西重點實驗室建設項目(14-0145-44)、廣西汽車零部件與整車技術重點實驗室建設項目基金( 14-A-03-03)。

石玉秋，（1977-），副教授，主要從事圖像處理、模式識別的研究。