混合动力电动汽车制动能量回馈系统分析

【前言】混合动力电动汽车制动能量回馈系统分析由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。制动就是汽车在行驶过程中通过制动系以适当的减速度降速行驶直至停车；在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠的停在原地或者坡道上。行业中研究HEV的制动能量回馈中汽车的运行模式，主要包括三种： （一）急刹车 急刹车是指制动加速度大于2m/s2的制动过...

摘要：制动能量回收是混合动力电动汽车提高能量利用率的关键，而且有效的制动能量回收能够延长电动汽车的行驶里程。文章从HEV的制动模式的种类入手，在阐述了制动能量回收的约束条件之后，就混合电动汽车利用ABS进行有效制动实现防抱死现象分析HEV的制动能量回馈系统，希望能够给混合动力电动汽车制动能量回馈的研究提供相关参考。

关键词：混合动力电动汽车；制动能量回收；HEV制动；制动力D时间曲线

中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）36-0043-03

混合电动汽车（HEV）是同时燃油和用电以供正常运行的汽车，并且以电能提供主要动力。随着对环境要求的提高和汽油价格的攀升，HEV一直是目前汽车领域研究的热点，其环保性和节能性相比于传统的燃油汽车而言已经有了很大的改善。它已经摆脱了传统汽车的完全靠汽油行驶的弊端，对目前国家背景下汽油价格不断攀升的汽车用户的经济状况有很大的缓解。虽然目前国内外对混合电动汽车都有些研究，可普遍都比较关注HEV的能量利用率的问题。而制动能量回收对于HEV的能量利用率有着十分重要的意义，不但能够对蓄电池适当充电，更重要的是能够延长汽车的行驶距离，提高整个汽车的性能。

一、制动模式

制动就是汽车在行驶过程中通过制动系以适当的减速度降速行驶直至停车；在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠的停在原地或者坡道上。行业中研究HEV的制动能量回馈中汽车的运行模式，主要包括三种：

（一）急刹车

急刹车是指制动加速度大于2m/s2的制动过程，其往往是由于突然的状况而采取的制动行为。而且，在实际的制动操作中，这类刹车往往以机械为主，同时辅助以电刹车。目前，普遍的中高档汽车都配备ABS装置来防止车轮在急刹车的状况下抱死，出现

危险。

（二）中轻度刹车

中轻度刹车是介于正常刹车和急刹车之间的制动过程，其制动全过程通过电刹和手刹相结合的方式来实现平稳刹车，保证行人和车辆刹车过程中的平稳。

（三）下长坡过程中的刹车

汽车下长坡的过程中一定要限制车速，保证汽车行驶的安全性。在制动力不是很大的时候可以适当采用电刹，如果是制动力比较大的话，就可以通过电刹和手刹相结合的方式来实现汽车平稳下坡。其制动过程中的能量回收表现为回馈电流小，时间长，不满足电池的最大充电时间。

二、制动能量回收的约束条件

混合电动汽车如果要实现制动能量回收，必须要满足几个要求：

（一）符合安全要求，满足驾驶者的习惯

制动过程中的安全问题是首要的，离开了安全，一切分析都变得毫无意义。在安全制动的前提下，我们应该尽可能的按照驾驶者应该有的习惯操作进行合理设置，符合人机工程设计要求。尽量避免大范围的、不符合驾驶员操作的行为习惯的设计，在充分考虑了HEV的驾驶员和乘客的感受之后，能够实现能量回收的混合电动汽车在使用特别是制动过程中应该尽量和传统汽车保持一致，这样，才能为大众所接受。

（二）考虑成本和市场

混合电动汽车的制动能量回收是为了更好的展现汽车行驶功能的，在设计能量回馈体系的时候一定要充分考虑设计的成本和市场。同时在基础之上，要尽可能将混合电动汽车的控制体系做成一个人机交互的整体，实现能量回馈的充分性和最优化。而且，制动回馈的能量也要适应市场需要，与时展的大局相吻合，赢得市场和大众的认可。

（三）能量回收过程中要保证充电的安全

HEV中常采用的电池为蓄电池、锂电池、镍氢电池。在制动能量反馈系统设计的过程中要考虑不同电池能量回收的差异和充放电特性，尽可能快速的、高效地进行电量回收。避免充电时间过长而造成过充，对电池造成损伤。例如，要考虑电池的充放电深度，电池的可接受最长充电时间和最大充电电流，同时也要保证能量回馈过程能够有效的停止，结合各方面的因素综合分析，制定切实可行的制动能量回收策略，实现能量的最大限度回收。

三、制动能量回馈系统

（一）制动系统的构成原理

目前，中、高档汽车上都安装有ABS装置，由于ABS是防止侧滑的，作为汽车遇到紧急状况而出现一脚踩死制动器踏板而出现的转向失灵等状况。通过不断的实验和总结发现，侧向滑移率和纵向附着力有着很重要的关系，具体如图1所示：

由图1可知，当路面附着系数比较小时，滑移率比较小，车轮的滑移率是呈递增的趋势，只要保证在一定的范围内，就能合理的抑制汽车纵向滑动，实现汽车的平顺转向等。

（二）制动系统的组成

汽车制动系统作为汽车制动时的重要部件，是汽车实现制动的依据。在不同的汽车中，汽车的制动系统有着细微的差别，但是汽车制动系统却都有些不可或缺的部分，例如ABS系统、电子控制元件和液压调节器。

ABS是制动系统实现有效制动、防止车轮抱死的重要装置。目前市场上有许多种不同的形式，但是其控制原理大致相同，实现的依据大体相似。液压调节器是ABS的主体元件，是保证ABS正常运转的核心部件，主要有电磁阀、蓄能器、回油泵和辅助液压阀

组成。

在防止车轮抱死的过程中，通过液压调节阀的开关动作实现制动轮缸压力的调节。例如，当控制单元芯片检查并判断出当前的状态是增压时，常开阀和常闭阀都处于断电状态，通过调节，实现常开阀打开，常闭阀关闭，主缸的高压制动液经常开阀进入轮缸而实现油压的升高；同理，当ECU检查出当前状态是减压状态，就会执行相反操作，使得常开阀关闭，常闭阀打开，使得轮缸内的制动液进入低压蓄能器，实现回油泵中制动液的回流。

（三）制动能量回馈的控制系统

目前，HEV的能量回馈有许多种，例如有模糊逻辑的制动能量回馈控制系统、基于DSP的制动能量回馈系统、基于比例的制动能量回馈控制系统。但他们主要核心结构都大体相同，制动能量回馈结构如图2所示：

对于HEV而言，制动时的能量回收主要体现在制动力矩和液压力矩同时工作时，制动系统必须控制好电机转矩的平衡性，使得电机能够有效的产生反馈能量之外，也能够尽可能早的实现汽车的停车。

制动前，可以根据汽车理论中的行驶功率平衡方程式来解释：

P1=P2+P3+P4（不考虑加速阻力）

其中：P1――汽车行驶功率，P2――滚动阻力功率，P3――空气阻力功率，P4――坡度阻力功率。当开始制动时，主要的阻力功率由电机产生，电机转矩转化产生一定的电量，通过一定的线路储存在能量管理系中，实现能量的回馈。

由图2可知，制动开始之后，整车控制器会通过自己本身自带的控制算法，结合踏板下行的幅度，考虑汽车行驶车速和加速度来判断汽车行驶状态：汽车此时处于紧急制动状态、正常制动状态还是下长坡制动状态。在确定汽车所处状态之后，根据电池电压、电流和电量的多少等参数的具体情况进行分析计算，将计算所得的数据分别向电机控制器和ABS同时发送指令，而且控制器也会向能量管理系统发送充电准备状态。然后将电机的电动状态转变为发点状态，在能量管理系统的允许下开始给能量管理系统进行充电实现电量的储存。制动控制器也开始将制动系统的硬件设备进行合理的调整以准备执行液压制动过程，方便汽车的平稳停车。在制动的整个过程中，控制器可以根据车速的不断变化，整车控制器不断改变发出的制动控制指令和制动力矩调节指令。

在实际的设计中，可以采用基于CAN总线的设计控制器，通过西门子公司生产的嵌入式的CAN总线的制动能量回馈控制器，通过适当的初始化，就能满足相关的使用要求。

（四）系统仿真分析

对于制动系统的仿真分析可以采用合适的工具，参考相应的数据进行合理的控制分析，在整体上实现整个制动过程的模拟。在电动汽车制动仿真分析的过程中，运用MATLAB中的Simulink插件进行仿真，假设以130km/h的车速，制动压力设定为80MPa，从而得出模拟曲线如图3：

由图3中可以看出，如果HEV电动汽车在制动过程中采用能量回馈，就能有效地缩短制动距离和减少制动时间，这些无疑都会提高汽车的行驶安全性。

四、结语

混合动力电动汽车的制动能量回馈一直是电动汽车研究的重点，如果能够采用合适的仿真工具，进行合理的分析，确定电机的转矩，实现汽车制动过程中能量回馈的最大化，必然会提高电动汽车能量使用率，延长汽车的行驶里程。

在实际的制动能量回馈研究过程中，要能够结合具体的研究实例，采用合理的系统分析方法，建立科学的分析模型。在整个分析过程中要严格按照相关操作，合理、科学的分析，必然会促进HEV电动汽车的能量研究。

参考文献

[1] 刘博，杜继宏．电动汽车制动能量回收控制策略[J]．自动化与仪器仪表，2004，（1）．

[2] 娄洁，戴龙泉．电动汽车制动能量回收控制策略研究[J]．安徽科技学院学报，2010，（3）．

[3] 殷承良，彭栋．混合动力电动汽车制动能量回馈系统分析[J]．中国电动汽车研究与开发，2002，（4）．

[4] 张健，王耀南，曹松波．基于模糊逻辑的电动汽车制动能量回馈系统[J]．交通与计算机，2005，（23）．

[5] 程杰，胡迪．电动汽车能量回收系统及控制方案的研究

[J]．动力与电气工程，2010，（18）．

[6] 巩养宁，杨海波，杨竞．电动汽车制动能量回收与利用[J]．客车技术与研究，2006，（3）．

[7] 余志生．汽车理论（第2版）[M]．北京：机械工业出版社，1996．

作者简介：蒋永琛，武汉理工大学汽车工程学院车辆工程专业学生，研究方向：电动汽车。