摘 要：自19世紀末以來，汽車作為一種革命性的交通工具開始進入人們的生活，并迅速普及開來；伴隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，礦物燃料等非再生能源的消耗量也顯著增加，隨之而來的環(huán)境污染問題日益嚴重。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，制動能量回收技術(shù)應(yīng)運而生，該技術(shù)通過合理分配制動功率，降低系統(tǒng)熱衰減和能量損失，并在制動過程中回收部分能量，從而提高汽車的續(xù)駛能力。本研究將從多輪轂電機電動汽車制動能量回收的基本理論，詳細介紹其工作原理和技術(shù)背景。對制動能量回收的控制方法進行了深入研究，探討不同制動強度級別的劃分及其在實際應(yīng)用中的有效性。通過理論分析和實證研究，本研究為提升多輪轂電機電動汽車能效提供了新的思路和方法，對推動汽車工業(yè)的環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：多輪轂電機 電動汽車 制動能量回收

0 引言

汽車工業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著舉足輕重的作用。隨著新能源汽車的發(fā)展，再加上政府對新能源汽車的補貼力度不斷增加，國內(nèi)新能源汽車的需求量也在不斷增加。純電動汽車是一種新型的以電池為能源的新型車輛，它的傳動部件以電動機為主，它在向車輪輸送功率的過程中損耗很小，并且無噪音、無振動。電動汽車具有能源潔凈、動力效率高、行駛環(huán)境智能化等優(yōu)勢，但由于動力電池的研發(fā)、電池管理等方面的限制，在實際應(yīng)用中仍面臨續(xù)航里程低、電池壽命短、更換成本高、中小城市充電樁普及困難等問題。

多輪轂電機電動汽車是一種新型的電動汽車，并且有更高的能源利用率[1]。另外，與傳統(tǒng)的前驅(qū)和后驅(qū)車型相比，多輪轂電機電動汽車具有更豐富的整車操控手段。由于輪轂與輪轂電機的獨立控制，使得該方法更適合于能量回饋制動、線性控制等先進控制方法的實用化，對其控制方法的研究與應(yīng)用也有較大需求。

1 制動能量回收

1.1 基本原理

圖1是制動能量回收能量流的簡化原理圖，在電動車執(zhí)行制動的時候，可以將驅(qū)動電機切換成發(fā)電機模式，將一部分動能轉(zhuǎn)化為電能，并將其儲存起來，并且通過提供制動扭矩來輔助制動[2]。在制動完成后，能量儲存單元持續(xù)將電力傳送給驅(qū)動馬達，并將其轉(zhuǎn)換成機械能，再傳送至車輪或車橋，以維持車輛的正常行駛。

在常規(guī)駕駛模式下，電動汽車以電機為動力，在制動過程中，通過改變電動機的電磁扭矩，使機械能轉(zhuǎn)換成電能，產(chǎn)生剎車扭矩。在此過程中，電動勢與機械能之間的相互轉(zhuǎn)化，即在電機起動過程中通過交流電流形成交流磁場，從而產(chǎn)生電動機的輸出扭矩。

在圖2中展示出了電動汽車的制動能量恢復(fù)原理。

當車輛發(fā)生制動反應(yīng)時，開關(guān)S斷開，電路中的電流會出現(xiàn)突然的變化，因此，使感應(yīng)電動勢迅速增加，當其值增加到或等于供電電動勢時，電動機將反轉(zhuǎn)起動，產(chǎn)生一種再生制動反饋電流，將部分機械能轉(zhuǎn)化為電能，為動力電池等儲能裝置充電，實現(xiàn)制動能量的回收。

式中，E為逆電動勢（V），U為電源電壓（V）;R1為電樞的電阻（Ω）R3為等效電阻（Ω）。

當車輛通過剎車起動后，電動機就會進入發(fā)電機模式，此時仍有剩余磁場，即“剩磁”。轉(zhuǎn)子在電動機的驅(qū)動下發(fā)生再生制動，并在定子兩端形成感應(yīng)電位，當電池上的電壓降至感應(yīng)電位以下時，通過定子對電池進行充電，以獲得可再生的充電電流[3]。隨著車輛制動過程的繼續(xù)，轉(zhuǎn)子線圈的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率等都會減小，因此，回送到電池的電流幅度也會減小，因此，通過制動收集的機械能轉(zhuǎn)化為電能的速度也會減小。

1.2 制動能量回收系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

圖3是一種利用CAN總線技術(shù)實現(xiàn)整車控制器與輪轂電機、蓄電池、液壓系統(tǒng)、剎車踏板等系統(tǒng)間的信息傳輸和交互的系統(tǒng)。整車控制器主要負責對各子系統(tǒng)的運行狀況進行協(xié)調(diào)，從而保證汽車安全運行。多輪轂電動汽車的制動系統(tǒng)可以劃分為兩個部分：一是液壓制動，二是電動機負反饋?；谠撃Ｐ?，對電液復(fù)合制動系統(tǒng)進行了仿真研究。剎車踏板所生成的液壓通過諸如液壓管路之類的串聯(lián)機構(gòu)傳遞到制動器，由此生成由輪轂電機再生制動系統(tǒng)生成的再生制動轉(zhuǎn)矩和摩擦制動轉(zhuǎn)矩動態(tài)耦合的摩擦制動轉(zhuǎn)矩，以幫助電動車完成制動。在剎車時，中心馬達起到發(fā)電機的作用。將輸出的電能反饋給蓄電池，從而提升蓄電池的儲能能力，提高蓄電池的能源利用率，延長續(xù)航里程。

1.3 制動能量回收影響因素

對電動汽車進行制動能量回收，可以有效地降低能耗，延長續(xù)航時間，提高其實用性。然而，在實際運行中，由于制動能量在傳輸過程中會產(chǎn)生各種損失，導(dǎo)致制動能量回收的理論效率較低[4]。因此，為了使制動能量回收達到最大值，應(yīng)從多個方面對制動能量的回收進行綜合考慮。

制動能量回收的效果受如下四個因素的影響：

1.3.1 駕駛條件

汽車的運行狀態(tài)是影響其能量回饋效率的重要因素，在城市道路交通擁擠環(huán)境中，由于制動次數(shù)多，制動功率低，制動能有效回收。汽車在路況良好的公路上行駛時，制動次數(shù)很少，運行狀態(tài)平穩(wěn)，制動能回收效率低。

1.3.2 電機

電機的工作狀態(tài)受到扭矩、速度等因素的限制，使得電機在不同的扭矩、速度下表現(xiàn)出不同的特性。為改善制動效能，需增加馬達的介入時間，并避免因高負荷運行及過充而造成的損失。

1.3.3 能量存儲設(shè)備

儲能器件作為電動車的主要能源，其本身性能對其能量回收效果有很大的影響。以動力電池的充電狀況為例，在 SOC非常高的情況下，蓄電池的充電狀態(tài)幾乎達到飽和，這時應(yīng)該立即切斷生閘，以避免蓄電池過度充電造成的損害；在車輛荷電狀態(tài)較低的情況下，可以通過增大回收制動的比率來對蓄電池進行充電，從而增加續(xù)航里程。

1.3.4 運載工具的構(gòu)造參數(shù)

汽車本身的一些關(guān)鍵參數(shù)，例如整備質(zhì)量、質(zhì)心高度、空氣阻力系數(shù)等，都會影響到制動能量回收的效果。如果對汽車的結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計，能夠有效降低汽車在行駛過程中所受的空氣阻力和摩擦阻力，將有助于提高汽車制動的能量回收效率。此外，車輛的行駛方式、控制方式等都會對車輛的能量回饋造成一定的影響。

2 能量回收控制策略

2.1 并行制動能量回收策略

并行制動能量回收控制方法將制動力和液壓制動力按一定比例進行分配，其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、易于實施，但其制動能量回收效率一般，僅能回收有限的制動能量。在多輪轂電機電動汽車制動力總量不大的情況下，利用單純的輪轂式回饋制動使制動能量最大化；在多輪轂電機電動汽車的制動力總量很大的情況下，采用電動機與液壓控制相結(jié)合的方式對制動能量進行回收；在多輪轂電機電動汽車緊急制動狀態(tài)下，為確保汽車的安全性，必須關(guān)閉再生制動，只能使用機械式摩擦煞車。在圖4中可以看到。

2.2 最大制動能量回收策略

最大制動能量回饋控制技術(shù)優(yōu)勢在于能夠最大限度地提高能量回收效率，但同時也會以安全與穩(wěn)定為代價，難以在工程中推廣。

若多輪轂電動汽車的最大恢復(fù)制動力大于車輛傳動軸所能承載的最大制動力，則在剎車時，由馬達提供全部的制動力；如果電機的最大反饋制動力比驅(qū)動軸允許的最大制動力小，應(yīng)當分兩種情形進行論述：如果在該圖中，在同樣的制動強度下，多輪轂電機的最大制動力（點C）比它在同樣的制動強度下（點B）的多輪轂電機電動汽車傳動軸制動力大，那么電動機提供所有的制動力；反之，當電動機的最大回饋制動力在圖中A點處表示，且比傳動軸的制動力小時，則前、后兩軸的制動力都要按照點 B來分配，而這一差異，將通過機械摩擦力進行補償。若圖中的連接系數(shù)（E點）大于所需制動強度（點D），則在制動過程中，多輪轂電機電動汽車會受到粘著因子的限制，此時，制動強度等于粘著因子的幅值，并且沿理想的制動力分布曲線來分布，并且根據(jù)電動機的再生制動力來判定機械摩擦制動力的大小。

3 基于模糊控制的制動力回收策略

模糊控制具有良好的魯棒性和適應(yīng)性，特別適合于復(fù)雜的系統(tǒng)建模困難的場合，常被用來求解非線性問題[5]。

（1）模糊化界面：模糊化界面提供給模糊控制系統(tǒng)的一個輸入變量，并把輸入變量的具體數(shù)值轉(zhuǎn)化成模糊向量。模糊程度一般為2～7個，級別越高，計算、推理的復(fù)雜度就越高，控制難度也就越大。

（2）模糊知識庫：這個知識庫是在長期的過程中，由專家或技術(shù)人員積累起來的一套知識與經(jīng)驗，構(gòu)成了一個用于進行數(shù)據(jù)管理的知識庫。通過對各輸入、輸出變量的模糊化和模糊化，得到其隸屬度矢量，并將其存入數(shù)據(jù)庫的模糊子集中。

（3）模糊推理引擎：該引擎以模糊推理引擎為主體，依據(jù)知識庫內(nèi)的模糊控制法則，對該模型進行求解，并進行模糊推理，最后輸出一個模糊控制量。

（4）去模糊化：通過模糊控制器對輸入變量進行處理，產(chǎn)生了一個不能直接成為被控目標的模糊集量，去模糊化的關(guān)鍵就是把這些特定的輸出信號轉(zhuǎn)換成可以被分析的具體數(shù)量，從而保證了模糊控制的實現(xiàn)。對電動機制動力和機械制動力進行了模糊控制，以確保汽車制動過程中的穩(wěn)定與安全，提高制動能量的回收效率。

對前后軸制動力進行優(yōu)化，將該反饋制動力分配因子轉(zhuǎn)換成基于模糊準則的反饋制動力分配因子，對整車施加分配好的電機和機械制動力，實現(xiàn)制動功能和制動能量回收。

4 結(jié)語

在介紹制動能量反饋基本原理的基礎(chǔ)上，簡要介紹了多輪轂電機電動汽車的制動能量回收系統(tǒng)，分析了各因素對其的影響。研究復(fù)合制動系統(tǒng)中的反饋式制動力分配方法，以確保電機及蓄電池的使用壽命。本文的研究成果將為解決當前多輪轂電機電動汽車儲能能力低的問題提供一種新的思路。多輪轂電機電動汽車的輪轂電機都具有制動功能，制動時對制動能進行回收，能夠最大限度地回收多輪轂電機電動汽車的動能，達到能源轉(zhuǎn)換的目的，從而提升電動車的能量回收效率。

參考文獻：

[1]楊冬根，高洋洋，劉志軍.電動汽車制動能量回收策略研究[J].汽車測試報告，2023（14）：152-154.

[2]劉剛.輪轂電驅(qū)動汽車制動能量回收控制策略研究[J].交通節(jié)能與環(huán)保，2023，19（01）：66-69.

[3]馬曉楠，吉春宇，許恩永，等.后驅(qū)式純電動汽車制動能量回收策略研究[J].機械設(shè)計與制造，2023（05）：113-116.

[4]王維強，余天賜，嚴運兵.電動客車再生制動能量回收策略研究[J].機械設(shè)計與制造，2023（02）：127-131.

[5]張慶永，朱志亮.純電動汽車機電復(fù)合制動控制策略分析[J].福建工程學院學報，2022，20（03）：232-238+243.