石玉秋 胡 波 / 廣西科技大學(xué)廣西汽車零部件與整車技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

電動(dòng)汽車低速行駛下電能回收中視覺檢測(cè)應(yīng)用的分析

石玉秋 胡 波 / 廣西科技大學(xué)廣西汽車零部件與整車技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

首先介紹了電動(dòng)汽車低速行駛下電能回收的情況，分析了應(yīng)用視覺檢測(cè)技術(shù)提高電動(dòng)汽車電能回收效率的原理，提出了幾個(gè)值得注意的問(wèn)題。這將有助于相關(guān)設(shè)備的開發(fā)及電動(dòng)汽車電能回收效率的提高。

電動(dòng)汽車；低速行駛；電能回收；視覺檢測(cè)

電動(dòng)汽車能夠?qū)崿F(xiàn)電能回收是電動(dòng)汽車相對(duì)燃油汽車的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，因此針對(duì)電動(dòng)汽車電能回收的研究很多[1][2][3]。但是，在已有研究中針對(duì)電動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)速不高，電動(dòng)汽車慣性、振動(dòng)等能量并不大，能量轉(zhuǎn)換效率也比較低。而根本原因，主要在于能量轉(zhuǎn)換效率較低。在低速情況下，電動(dòng)汽車能量轉(zhuǎn)化效率低的一個(gè)重要因素就是響應(yīng)時(shí)間過(guò)短。比如，在制動(dòng)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的制動(dòng)，其能量轉(zhuǎn)化時(shí)間較短，難以實(shí)現(xiàn)高效率的能量轉(zhuǎn)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(guò)視覺檢測(cè)預(yù)估汽車的運(yùn)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(cè)提高電動(dòng)汽車的反應(yīng)提前量逐漸成為可能。綜上所述，通過(guò)引入視覺檢測(cè)技術(shù)，提高電動(dòng)汽車反應(yīng)提前量，借助輔助駕駛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車低速行駛工況下的電能回收是提高電動(dòng)汽車電能回收效率的一個(gè)有效途徑。

1.電動(dòng)汽車低速行駛情況下的電能回收

電動(dòng)汽車的能量回收包括制動(dòng)能量和振動(dòng)能量等，在電動(dòng)汽車低速行駛的情況下，一般電動(dòng)汽車較為平穩(wěn)，其能量回收主要是制動(dòng)能量的回收。在實(shí)際行駛中，所謂的低速情況主要包括停車入庫(kù)、側(cè)方位停車、掉頭轉(zhuǎn)彎、調(diào)整車輛姿態(tài)等，在這些低速情況下制動(dòng)是較為頻繁和常見的。由電動(dòng)汽車自身的重量和車輛運(yùn)行的速度構(gòu)成的動(dòng)能在制動(dòng)過(guò)程中需要全部釋放，傳統(tǒng)燃油汽車通過(guò)制動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)，而在電動(dòng)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(dòng)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(dòng)汽車制動(dòng)能量回收根本原理是將電動(dòng)汽車低速運(yùn)行的動(dòng)能在較短時(shí)間能經(jīng)過(guò)再生系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為其他行駛的能量并存儲(chǔ)在儲(chǔ)能器中，同時(shí)產(chǎn)生制動(dòng)力矩，使電動(dòng)機(jī)快速停止慣性轉(zhuǎn)動(dòng)。在低速情況下，一般制動(dòng)的過(guò)程較快，制動(dòng)時(shí)間較短，雖然車輛速度較慢，但是其能量轉(zhuǎn)換也是非常迅速的，因此也要求高倍率的能量轉(zhuǎn)換。

在已有的制動(dòng)能量回收方式中主要分為三種方式，機(jī)械儲(chǔ)能、液壓儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能。機(jī)械儲(chǔ)能主要形式是飛輪，主要將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為高速旋轉(zhuǎn)的飛輪進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存。液壓儲(chǔ)能主要利用液壓器轉(zhuǎn)化為液體壓縮后的液壓能。電化學(xué)儲(chǔ)能主要通過(guò)對(duì)電子元器件的充放電實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存。電動(dòng)汽車低速行駛情況下，制動(dòng)的時(shí)間較短，根據(jù)動(dòng)量定律和動(dòng)能定律所需的制動(dòng)力也較大。但是在機(jī)械儲(chǔ)能、液壓儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能過(guò)程中，能量轉(zhuǎn)化的效率受技術(shù)條件限制存在一個(gè)上限，因此一般需要根據(jù)制動(dòng)效果分配能量，并不是所有能量都能夠回收的。超過(guò)能量轉(zhuǎn)換上限的部分還是需要通過(guò)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)的。比如，在機(jī)械儲(chǔ)能中，當(dāng)制動(dòng)時(shí)間確定后，電動(dòng)汽車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為飛輪的動(dòng)能單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)化量是有上限的，超過(guò)這一上限的能量必須依靠制動(dòng)系統(tǒng)消除。所以，制動(dòng)時(shí)間較短是電動(dòng)汽車低速行駛情況下電能回收的瓶頸。

2.視覺檢測(cè)技術(shù)在電動(dòng)汽車低速行駛情況下電能回收中的應(yīng)用

根據(jù)電動(dòng)汽車低速行駛情況下電能回收的特點(diǎn)，延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間成為提高回收效率的有效途徑。隨著智能汽車技術(shù)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(cè)進(jìn)行低速行駛情況下電動(dòng)汽車軌跡的估計(jì)，從而延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間成為提高電能回收效率的有效途徑。

以側(cè)方位停車為例，側(cè)方位停車過(guò)程中，電動(dòng)汽車的運(yùn)動(dòng)軌跡可以分為若干步驟，每一步驟電動(dòng)汽車的位姿確定以后制動(dòng)點(diǎn)是可以預(yù)測(cè)的。比如向后倒車入停車位時(shí)，根據(jù)車輛與車位的夾角就能估計(jì)制動(dòng)時(shí)間點(diǎn)，可以在電動(dòng)汽車沒(méi)有到達(dá)制動(dòng)時(shí)間點(diǎn)時(shí)就開始啟動(dòng)電能回收系統(tǒng)，從而延長(zhǎng)電能回收時(shí)間。

視覺檢測(cè)技術(shù)在輔助駕駛系統(tǒng)中與其他檢測(cè)方式一同構(gòu)建了汽車位姿的檢測(cè)系統(tǒng)，能夠在汽車行駛過(guò)程中較為精確的獲得汽車的位置信息。根據(jù)已有的研究成果，可以得出利用視覺檢測(cè)系統(tǒng)可以得到側(cè)方位停車、車輛掉頭等電動(dòng)汽車低速行駛時(shí)的位置和姿態(tài)信息。在這些信息的基礎(chǔ)上，側(cè)方位停車、車輛掉頭等低速行駛過(guò)程按制動(dòng)分解為若干階段，從而據(jù)此提前啟動(dòng)電能回收系統(tǒng)，延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間。

3.開發(fā)實(shí)用設(shè)備中值得注意的問(wèn)題

在電動(dòng)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(gè)問(wèn)題值得注意：

（1）現(xiàn)有技術(shù)條件下，相關(guān)電能回收元器件仍有極大提升空間。比如機(jī)械制動(dòng)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(duì)于電化學(xué)儲(chǔ)能方式，由于需要高倍率充放電和迅速轉(zhuǎn)換充放電模式，目前只有超級(jí)電容滿足要求。因此，利用用視覺測(cè)量技術(shù)進(jìn)行電能回收相關(guān)理論研究需要圍繞相關(guān)制動(dòng)元器件進(jìn)行，特別需要關(guān)注相關(guān)電子元器件的發(fā)展。

（2）能量分配也是需要注意的問(wèn)題。由于駕駛?cè)肆?xí)慣和駕駛熟練程度存在較大差異，在低速行駛情況下電動(dòng)汽車有可能出現(xiàn)快速停車的現(xiàn)象，考慮到現(xiàn)有技術(shù)條件下視覺測(cè)量的精度，汽車能量的分配就顯得至關(guān)重要。這一方面保證制動(dòng)效果，另一方面也保證電能回收系統(tǒng)不受到過(guò)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(cè)量技術(shù)延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間，本質(zhì)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(lái)智能汽車的發(fā)展方向。無(wú)論是在燃油汽車還是在電動(dòng)汽車中都有較為重大的現(xiàn)實(shí)意義。

（4）在特殊電動(dòng)汽車中相關(guān)理論的應(yīng)用。在一些作業(yè)環(huán)境下電動(dòng)車輛低速行駛成為一種常態(tài)，如何發(fā)展相關(guān)電能回收系統(tǒng)成為低速行駛下電動(dòng)汽車電能回收設(shè)備開發(fā)的突破點(diǎn)。這一點(diǎn)在電動(dòng)農(nóng)機(jī)中表現(xiàn)得最為突出，農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)環(huán)境較為惡劣，其動(dòng)能轉(zhuǎn)換存在較大空間，特別是電動(dòng)農(nóng)機(jī)的提出，使得相關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)成為可能。

[1]黃智奇, 姚棟偉, 楊國(guó)青等.電動(dòng)汽車復(fù)合能源系統(tǒng)再生制動(dòng)分段控制策略研究[J].機(jī)電工程,2016(3).

[2]梁新成, 李云伍.電動(dòng)汽車的振動(dòng)能量回收研究[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2017(8).

[3]趙國(guó)柱, 孫瓊瓊, 唐驚幽等.基于載荷率的電動(dòng)公交車再生制動(dòng)控制策略[J].中國(guó)機(jī)械工程,2017(19).

廣西重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目(14-0145-44)、廣西汽車零部件與整車技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)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(shí)別的研究。