王哲

（上海汽車集團股份有限公司培訓中心，上海 200086）

隨著社會的不斷發(fā)展進步，汽車這種交通工具已越來越廣泛地運用于人們日常生活的提高。汽車的普及標志著科學技術的發(fā)展水平和人民生活水平的提高。汽車產(chǎn)業(yè)幾乎成為世界各工業(yè)發(fā)達國家的國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)。如果將車輛在減速制動過程中的動能進行回收并儲存，而在車輛起步加速時，再把儲存的能量釋放出來，作為驅動車輛行駛的動力，那么可使發(fā)動機在經(jīng)濟工況下運轉更長時間。這樣不僅有效降低汽車油耗，提高動力性，減少尾氣排放，還可延長制動器的壽命，具有重要的實用價值。因此，制動能量的回收既節(jié)約了能源又改善了城市環(huán)境。

1 再生制動技術理論

1.1 再生制動技術的概念及特點

再生制動技術是一種特定的制動方式，也稱為回饋制動技術。它的工作過程原理：在汽車制動或減速過程中將設備的部分動能經(jīng)過能量回收系統(tǒng)吸收并存儲起來，設備在啟動或加速時再把儲存的能量釋放出來，形成驅動動力。這種裝置是帶有制動能量再生系統(tǒng)的緩速器，這個能量回收系統(tǒng)只能使設備減速，并不能使設備停止運行，所以它必須和傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)共同作用，才能實現(xiàn)設備的正常運作，所以能量回收系統(tǒng)又稱輔助制動裝置。

再生制動技術具有以下特點：①節(jié)能。它可以實現(xiàn)制動能量回收。②環(huán)保。制動能量再生裝置改善了尾氣排放，減少了制動時噪聲和粉塵污染，增強了汽車環(huán)保性。③經(jīng)濟。減少車輪制動器熱衰退、輪胎過熱爆胎現(xiàn)象的發(fā)生，節(jié)約了燃油，提高了汽車的行駛安全性；同時制動器的使用時間相對減少，延長了制動部件的使用壽命，降低了運營成本。

1.2 再生制動過程中的能量分析

再生制動是要把傳統(tǒng)制動器中浪費的能量回收起來，制動能量分為可回收能量和不可回收能量?？苫厥漳芰渴球寗虞S上的制動能量，不可回收的能量主要是汽車克服滾動阻力和空氣阻力所消耗的能量以及在傳遞過程中損失的能量。汽車在平坦的路面行駛時（可忽略道路坡度的影響），當切斷動力后，在初始車速0?減速至車速a?過程中，其能量變化關系為：

式（1）中：ΔW為制動時衰減的動能，J；m為汽車質量，kg；Wf為滾動阻力所做的功，J；Wa為空氣阻力所做的功，J；Wb為制動力所做的功，J；Wc為汽車內部傳動系統(tǒng)阻力所做的功。

Wf，Wc和Wa不可回收，只有Wb可回收再利用。滾動阻力、傳動系阻力和空氣阻力所做的功將汽車的動能轉變?yōu)闊崮埽萆⒂诖髿庵?，這種能量轉換過程是單向不可逆的，因此無法加以利用，只有制動裝置通過再生制動產(chǎn)生的制動力做到功才能被回收利用。

一次剎車可能被回收利用的能量為：

式（2）中：K1為汽車的機械傳動效率；K2為制動能量回收效率，在制動過程中它隨轉速和轉矩變化；K3為制動能量利用效率大小；Ff為滾動摩擦力，N；S為制動距離，m，取決于制動力的大小和制動時間的長短。

1.3 再生制動過程的影響因素

從前面的分析可以看出，再生制動的影響因素有以下幾個方面：①電機是影響再生制動的主要因素之一，電機的制動能力越強，在分配再生制動和摩擦制動之間的比例關系時，可使再生制動的比例增大，從而增加回收的再生制動能量。②儲能裝置主要是各種蓄電池，能否將電機所發(fā)出的電能全部、快速吸收是研究和設計再生制動系統(tǒng)最重要和急需解決的問題之一。③使用環(huán)境包括路況、環(huán)境溫度和車輛的行駛狀態(tài)、制動工況等。④控制策略規(guī)定了前后輪制動力及再生制動和摩擦制動的比例關系，決定了制動系統(tǒng)的工作方式和制動回收能量的多少，是再生制動的核心部分。

2 再生制動控制策略

2.1 制動力的分配

混合動力汽車的再生制動控制策略在進行動力分配的時候，首先要保證制動的安全性，其次再生制動控制策略對整車能量的回收率、制動方向穩(wěn)定性和駕駛員的制動感覺也有著直接影響。從安全性出發(fā)，本研究采用的是首次分配滿足理想制動力分配的要求。這樣在緊急制動的時候，前后輪的總制動力盡可能地大，以使車輛能在最短時間內停車，保證安全。前后軸制動力分配好后，再對前后軸（本研究中主要是前軸）的再生和摩擦制動進行二次分配，如圖1所示。初次分配按理想制動力分配，制動時安全有保障，二次分配時，主要考慮再生功率，因為只有再生功率才決定了回收的能量多少。二次分配的過程中，如果制動強度小，則可全部使用再生制動力進行制動；如果制動強度中等，優(yōu)先分配給再生制動力，如果再生制動力達到最大則使用機械制動力進行補充；如果制動強度大，即緊急制動時，全部制動力由機械制動力提供，以保證安全。

圖1 制動力分配原則

2.2 車速和電池SOC的影響

在整車制動過程中，希望電機在任意車速下都能以很高的能量回收效率提供需求的制動轉矩，但這一需求常受到電機自身特性和電池吸能功率等的制約。假定電池充電功率一定時，電機的再生自動力矩和車速有很大的關系，在較高的車速時所能產(chǎn)生的制動力矩有限，較低車速時產(chǎn)生的制動功率也很有限，只有在額定轉速附近才能產(chǎn)生較大的制動功率和制動力矩。同時，電池的SOC（Stateof Charge，充放電狀態(tài)）對再生制動產(chǎn)生很大影響，當SOC很高時，對電池充電將大大縮短電池的使用壽命。

車速低于10 km/h時，電機所發(fā)出的功率相當小，加上在充電過程中的消耗，最終充給電池的能量幾乎沒有，所以這一期間不啟動再生制動。

隨車速提升到電機穩(wěn)定功率區(qū)前，電機的轉矩是一個線性增大過程。到達穩(wěn)定功率后，電動機工作正常，可以回收較多的能量。此時，則要考慮電池SOC，如果SOC低于一定值，由于電池還不是處于很飽和的狀態(tài)，則可以進行制動力回收，對電池進行充電。如果當SOC大于一定值時，不再采取再生制動，以免損傷電池。

2.3 再生制動具體控制策略

根據(jù)上面所敘述到的幾個影響因素，本文提出了如圖2所示的控制策略。該策略考慮到了幾個重要因素，如車速、電池SOC值和制動強度等的影響。制動力分配首次分配以安全為前提，按理想制動力分配曲線分配，二次分配注重能量的回收。

圖2 再生制動控制流程圖

3 結論

本文研究了在前驅并聯(lián)式混合動力汽車中的再生制動技術，可以讓汽車在保證制動安全的前提下，盡可能多回收制動能量，從而可以降低廢氣的排放和延長混合動力汽車的續(xù)駛里程。在分析了影響再生制動的一些關鍵因素后，嘗試提出了制動力分配的大原則和再生制動控制策略的基本流程框圖，為以后的研究提供了一種思路。