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        電動(dòng)汽車復(fù)合再生制動(dòng)研究

        2018-06-07 05:04:53朱布博孫少杰賈永峰
        汽車電器 2018年5期
        關(guān)鍵詞:汽車系統(tǒng)

        朱布博,羅 明,孫少杰,賈永峰

        (陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 西安 710018)

        隨著石油資源的日益枯竭和環(huán)境污染的不斷加劇,發(fā)展新能源汽車已成為必然的趨勢(shì)。電動(dòng)汽車具有零排放、能量利用率高、驅(qū)動(dòng)形式靈活、電子控制集成度高等特點(diǎn),已成為各個(gè)國(guó)家汽車工業(yè)的發(fā)展方向和汽車企業(yè)研究的熱點(diǎn)。

        目前,動(dòng)力電池由于受到能量密度等因素的限制,電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程短是阻礙其發(fā)展的原因之一。汽車在城市道路行駛過(guò)程中,主要受到空氣阻力、滾動(dòng)阻力以及制動(dòng)力3種行駛阻力,由于路況的限制,車速較低,需要頻繁起動(dòng)和停止,在制動(dòng)的過(guò)程中,大量能量以摩擦生熱的形式被浪費(fèi)掉,而制動(dòng)力消耗的能量約占車輛行駛阻力消耗能量的90%,因此,在城市工況下電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量回收對(duì)節(jié)能、增加續(xù)駛里程有著重要意義[1-2]。所示[3]?,F(xiàn)行復(fù)合再生制動(dòng)指由摩擦制動(dòng)和電機(jī)再生制動(dòng)聯(lián)合制動(dòng),其中摩擦制動(dòng)時(shí)摩擦力做功,將汽車行駛的動(dòng)能通過(guò)摩擦轉(zhuǎn)化為熱能,這些能量傳遞到空氣中無(wú)法進(jìn)行回收,主要包括液壓制動(dòng)、氣壓制動(dòng)、EHB、EMB和EWB等形式[4];而再生制動(dòng)時(shí)電機(jī)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能,存儲(chǔ)在儲(chǔ)能裝置中,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)能量的回收再利用。

        圖1 電機(jī)再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)

        1 復(fù)合再生制動(dòng)系統(tǒng)

        1.1 復(fù)合再生制動(dòng)原理

        制動(dòng)系統(tǒng)作為車輛底盤中的重要組成部分,是保證車輛行駛安全的關(guān)鍵,其按制動(dòng)能量來(lái)源可分為機(jī)械式、液壓式、電磁式和氣壓式等。復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)是指同時(shí)具有兩種或兩種以上形式的制動(dòng)系統(tǒng),通過(guò)協(xié)調(diào)分配制動(dòng)力,發(fā)揮不同制動(dòng)形式的優(yōu)點(diǎn),達(dá)到回收制動(dòng)能量并延長(zhǎng)制動(dòng)器使用壽命的目的。

        新能源汽車中,電機(jī)(發(fā)電機(jī))可以作為制動(dòng)能量的收集裝置,能夠補(bǔ)充車輛動(dòng)力電池的電能,成為新能源汽車領(lǐng)域研究的方向之一。電機(jī)再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)如圖1

        1.2 復(fù)合再生制動(dòng)實(shí)現(xiàn)方式

        復(fù)合再生制動(dòng)系統(tǒng)包括并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種[5],并聯(lián)式是在原有機(jī)械制動(dòng)的基礎(chǔ)上按照固定的比例疊加再生制動(dòng),它無(wú)需改動(dòng)原有的摩擦制動(dòng)系統(tǒng),僅需在總制動(dòng)系統(tǒng)中加入再生制動(dòng)系統(tǒng),這將改變?cè)械闹苿?dòng)特性和制動(dòng)感覺(jué),如圖2a所示。

        串聯(lián)式需要改變?cè)械臋C(jī)械制動(dòng)系統(tǒng),它可靈活調(diào)整機(jī)械制動(dòng)力和再生制動(dòng)力在總制動(dòng)力中所占的比重,以滿足駕駛員需求的目標(biāo)制動(dòng)力,能大幅提高制動(dòng)能量回收率,但要求機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的控制精度高、響應(yīng)速度快,并且兩種制動(dòng)力在協(xié)調(diào)的過(guò)程中要保持車輛原有的制動(dòng)特性,滿足駕駛員的制動(dòng)需求,因而實(shí)現(xiàn)起來(lái)更為復(fù)雜,如圖2b所示。

        圖2 復(fù)合再生制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式

        1.3 復(fù)合再生制動(dòng)結(jié)構(gòu)

        前輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車復(fù)合再生制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示,摩擦制動(dòng)為雙管路前后布置液壓制動(dòng)系統(tǒng),采用4通道4傳感器ABS。后軸的制動(dòng)力僅由液壓制動(dòng)完成,前軸的制動(dòng)力由摩擦制動(dòng)和電機(jī)再生制動(dòng)共同提供。

        當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板需要對(duì)車輛減速時(shí),制動(dòng)控制器依據(jù)制動(dòng)踏板信號(hào)傳感器傳來(lái)的信號(hào)計(jì)算出制動(dòng)要求,同時(shí)對(duì)車速、輪速、電池狀態(tài)、電機(jī)功率、管路壓力等信號(hào)綜合處理,依據(jù)制動(dòng)控制策略分配摩擦制動(dòng)力與電機(jī)再生制動(dòng)力大小,此時(shí)電機(jī)為制動(dòng)狀態(tài),并通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器為動(dòng)力電池充電,實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的回收。

        圖3 復(fù)合再生制動(dòng)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

        2 仿真計(jì)算

        圖4為本文在Cruise軟件中建立的整車仿真模型[6]。車輛部分參數(shù)為:質(zhì)量1 209 kg;軸距2.5 m;質(zhì)心至前軸距離1.2 m;質(zhì)心高度0.5 m;車輪半徑0.301 m。電機(jī)基本參數(shù)為:額定功率75 kW;最大轉(zhuǎn)矩240Nm;額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min;最大轉(zhuǎn)速10 000 r/min。采用串聯(lián)式復(fù)合再生制動(dòng),優(yōu)先使用電制動(dòng),在其產(chǎn)生的制動(dòng)扭矩不足時(shí),使用摩擦制動(dòng)彌補(bǔ)。

        圖4 整車仿真模型

        3 仿真結(jié)果分析

        在NEDC工況下,從圖5中的仿真結(jié)果可以看出,在電池初始SOC值為0.8的情況下,有制動(dòng)能量回收車輛的電池SOC值衰減速度明顯低于無(wú)制動(dòng)能量回收的車輛。說(shuō)明制動(dòng)能量在很大程度上得到了回收利用,能夠有效延長(zhǎng)車輛續(xù)駛里程。

        圖5 電池SOC曲線

        4 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)與無(wú)制動(dòng)能量回收車輛的電池SOC進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果證明采用串聯(lián)式復(fù)合再生制動(dòng),選取NEDC工況進(jìn)行制動(dòng)仿真,可以有效提高能量的利用率和整車?yán)m(xù)駛里程。

        [1] 朱雅君.混合動(dòng)力商用車再生制動(dòng)及防抱死集成控制系統(tǒng)的研究[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2007.

        [2] 陳全世.先進(jìn)電動(dòng)車技術(shù)[M].北京:化工工業(yè)出版社,2007.

        [3] 何仁.汽車制動(dòng)能量再生方法的探討[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,24(6):1-4.

        [4] 趙國(guó)柱.電動(dòng)汽車再生制動(dòng)若干關(guān)鍵問(wèn)題研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2012.

        [5] Mehrdad Ehsani,Yimin Gao,Ali Emadi.現(xiàn)代電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和燃料電池車-基本原理、理論和設(shè)計(jì)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

        [6] 王保華,羅永革.基于CRUISE的汽車建模與仿真[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2005,19(2):5-8.

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