張瑞軍
(九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程學(xué)院,江西 九江 332007)
隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,交通運(yùn)輸工具的尾氣排放逐漸成為影響環(huán)境污染的一個(gè)關(guān)鍵因素,節(jié)能減排技術(shù)日益得到大眾的重視[1],汽車再生制動(dòng)技術(shù)能夠很好地降低尾氣排放,極大地減少尾氣對(duì)于環(huán)境的污染,逐漸成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的焦點(diǎn)。
再生制動(dòng)系統(tǒng)又稱制動(dòng)能量回收系統(tǒng)[2],其核心部件之一是既可以作為電動(dòng)機(jī)又可以作為發(fā)電機(jī)的電機(jī),再生制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
從圖1中可以看出,電機(jī)/發(fā)電機(jī)接收電機(jī)ECU的控制信號(hào),與變速器相連,實(shí)現(xiàn)變速器變速變矩的功能;制動(dòng)系統(tǒng)ECU是再生制動(dòng)系統(tǒng)的核心部件,通過接收輪速傳感器、檔位傳感器、制動(dòng)踏板單元等傳遞過來的信號(hào),計(jì)算出駕駛員所需要的制動(dòng)強(qiáng)度和制動(dòng)力,然后根據(jù)變速箱擋位信號(hào)、輪速信號(hào)、電機(jī)功率信號(hào)以及電池充電功率信號(hào)燈,與事先設(shè)定的控制策略進(jìn)行對(duì)比,決定前后輪制動(dòng)力的大小和再生制動(dòng)力。
圖1 再生制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
電機(jī)ECU接收制動(dòng)系統(tǒng)ECU傳遞過來的信號(hào),按照信號(hào)指令,控制電機(jī)輸出的電流大小來控制輸出的再生制動(dòng)力矩,再生制動(dòng)力矩與摩擦制動(dòng)力協(xié)調(diào)配合,以滿足駕駛員所需求的制動(dòng)力大小。
當(dāng)前還沒有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)價(jià)純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收的好壞。文獻(xiàn)[3]提出根據(jù)有無制動(dòng)能量回收時(shí)的耗電量的比值作為評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車能量回收好壞的評(píng)價(jià)指標(biāo),建立了整車耗電量與工況、整車參數(shù)、部件效率以及制動(dòng)能量回收比例之間的函數(shù)關(guān)系,通過求解基于工況的特征權(quán)值,研究不同車型在各工況中的節(jié)能潛力,但是整車節(jié)能度這個(gè)評(píng)價(jià)方法復(fù)雜,實(shí)際運(yùn)用評(píng)價(jià)難度較大,很難實(shí)現(xiàn);文獻(xiàn)[4]提出把電動(dòng)汽車中電機(jī)回收的能量與總制動(dòng)能量的比值,即電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率作為評(píng)價(jià)指標(biāo),開發(fā)出了一種新的道路測(cè)試系統(tǒng),重點(diǎn)研究不同控制策略下的車輛經(jīng)濟(jì)性,該評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠明確地評(píng)價(jià)制動(dòng)能量回收的好壞,同時(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達(dá)式也比較簡(jiǎn)單,容易表達(dá)。
這里我們采用文獻(xiàn)[4]提出的評(píng)價(jià)方法,建立數(shù)學(xué)表達(dá)式,用電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率來評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收的好壞。
其中:Pbat為蓄電池充電功率,Pmot為電機(jī)發(fā)電功率,?mot為電機(jī)發(fā)電效率,?bat為蓄電池充電效率,E1為制動(dòng)過程中的總能量,?為制動(dòng)能量回收率。
根據(jù)前面提出的電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率的計(jì)算公式,可以得到影響純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率的因素有以下幾個(gè)方面。
電池對(duì)于純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率的影響非常大,電池的SOC值作為是否需要對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行回收的評(píng)價(jià)指標(biāo)。當(dāng)電池的SOC值很高時(shí),表明蓄電池電量已經(jīng)接近飽和狀態(tài),此時(shí)即使處于制動(dòng)狀態(tài),但是為了保護(hù)蓄電池的安全,防止蓄電池過量充電,電機(jī)不能處于發(fā)電狀態(tài),也不能進(jìn)行制動(dòng)能量回收。并且,電機(jī)的發(fā)電能力還受到電池充電能力的影響。一般來說,電池的充電功率越大,吸收電機(jī)發(fā)出的電能的能力就越強(qiáng)。但是普通電動(dòng)汽車電池的充電功率需要受到成本、安放位置的影響,不可能做得過大,因此受電池充電功率的影響,限制了電機(jī)的允許發(fā)電功率,影響制動(dòng)能量的回收效果。
電機(jī)是電動(dòng)汽車的核心部件之一,電機(jī)的發(fā)電功率越大,電池的充電功率越大,回收的能量也就越多。但是電機(jī)的發(fā)電功率也受到成本、技術(shù)、尺寸的限制,不可能一味地增大,因此,電機(jī)能夠提供的再生制動(dòng)力矩是很有限的,當(dāng)駕駛員需要的制動(dòng)力矩很大時(shí),僅僅依靠電機(jī)的再生制動(dòng)力矩?zé)o法滿足制動(dòng)需求,往往需要通過與摩擦制動(dòng)協(xié)調(diào)配合,才能達(dá)到必要的制動(dòng)力矩。
行駛工況也是影響電動(dòng)汽車能量回收效率好壞的關(guān)鍵因素之一。行駛工況不同,汽車制動(dòng)的頻率就不一樣。在高速公路行駛工況下,行駛車輛狀況單一、道路通暢,汽車可以以較高速度長(zhǎng)時(shí)間行駛,制動(dòng)頻率相對(duì)較低,可以回收的制動(dòng)能量就較少。而在城市行駛工況中,道路、車況相對(duì)比較復(fù)雜,需要頻繁起步與踩剎車,可以回收的制動(dòng)能量相對(duì)比較多。
本研究主要運(yùn)用advisor軟件討論電機(jī)功率、行駛工況對(duì)純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率的影響。advisor純電動(dòng)汽車的輸入模型如圖2所示[5]。
圖2 advisor純電動(dòng)汽車輸入界面
在advisor軟件中,mc_pwr_in_r為電機(jī)發(fā)電功率;mot_as_gen_eff為電機(jī)發(fā)電效率;eta_ess_chg為蓄電池充電效率。通過對(duì)不同的設(shè)定參數(shù)輸入到advisor軟件中,得到電機(jī)功率為75 kW和90 kW的制動(dòng)能量回收率仿真結(jié)果,在Matlab中輸入相關(guān)表達(dá)式對(duì)兩者相減,即得到圖3的仿真結(jié)果;圖4為不同的行駛工況對(duì)制動(dòng)能量回收率的影響。
圖3 75 kW與90 kW兩種電機(jī)的制動(dòng)能量回收率的差值
圖4 UDDS和ECE_UDC工況的制動(dòng)能量回收率的對(duì)比
本研究分析了傳動(dòng)裝置效率,電機(jī)功率,蓄電池功率以及行駛工況對(duì)純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率的影響,根據(jù)仿真分析結(jié)果可以看出:(1)傳動(dòng)裝置效率,電機(jī)功率,蓄電池功率以及行駛工況等都是影響汽車制動(dòng)能量回收率的關(guān)鍵因素。當(dāng)考慮提高純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收率時(shí),需要具體考慮上述因素的影響。(2)行駛工況對(duì)汽車制動(dòng)能量回收率有很大的影響,根據(jù)仿真分析結(jié)果可以看出,ECE_UDC工況比UDDC工況制動(dòng)能量回收率高。