电动汽车复合再生制动研究

朱布博，罗 明，孙少杰，贾永峰

（陕西交通职业技术学院，陕西 西安 710018）

随着石油资源的日益枯竭和环境污染的不断加剧，发展新能源汽车已成为必然的趋势。电动汽车具有零排放、能量利用率高、驱动形式灵活、电子控制集成度高等特点，已成为各个国家汽车工业的发展方向和汽车企业研究的热点。

目前，动力电池由于受到能量密度等因素的限制，电动汽车的续驶里程短是阻碍其发展的原因之一。汽车在城市道路行驶过程中，主要受到空气阻力、滚动阻力以及制动力3种行驶阻力，由于路况的限制，车速较低，需要频繁起动和停止，在制动的过程中，大量能量以摩擦生热的形式被浪费掉，而制动力消耗的能量约占车辆行驶阻力消耗能量的90%，因此，在城市工况下电动汽车的制动能量回收对节能、增加续驶里程有着重要意义［1-2］。所示［3］。现行复合再生制动指由摩擦制动和电机再生制动联合制动，其中摩擦制动时摩擦力做功，将汽车行驶的动能通过摩擦转化为热能，这些能量传递到空气中无法进行回收，主要包括液压制动、气压制动、EHB、EMB和EWB等形式［4］；而再生制动时电机将动能转化为电能，存储在储能装置中，从而实现对制动能量的回收再利用。

图1 电机再生制动能量回收系统

1 复合再生制动系统

1.1 复合再生制动原理

制动系统作为车辆底盘中的重要组成部分，是保证车辆行驶安全的关键，其按制动能量来源可分为机械式、液压式、电磁式和气压式等。复合制动系统是指同时具有两种或两种以上形式的制动系统，通过协调分配制动力，发挥不同制动形式的优点，达到回收制动能量并延长制动器使用寿命的目的。

新能源汽车中，电机（发电机）可以作为制动能量的收集装置，能够补充车辆动力电池的电能，成为新能源汽车领域研究的方向之一。电机再生制动能量回收系统如图1

1.2 复合再生制动实现方式

复合再生制动系统包括并联式和串联式两种［5］，并联式是在原有机械制动的基础上按照固定的比例叠加再生制动，它无需改动原有的摩擦制动系统，仅需在总制动系统中加入再生制动系统，这将改变原有的制动特性和制动感觉，如图2a所示。

串联式需要改变原有的机械制动系统，它可灵活调整机械制动力和再生制动力在总制动力中所占的比重，以满足驾驶员需求的目标制动力，能大幅提高制动能量回收率，但要求机械制动系统的控制精度高、响应速度快，并且两种制动力在协调的过程中要保持车辆原有的制动特性，满足驾驶员的制动需求，因而实现起来更为复杂，如图2b所示。

图2 复合再生制动系统实现方式

1.3 复合再生制动结构

前轮驱动电动汽车复合再生制动系统结构如图3所示，摩擦制动为双管路前后布置液压制动系统，采用4通道4传感器ABS。后轴的制动力仅由液压制动完成，前轴的制动力由摩擦制动和电机再生制动共同提供。

当驾驶员踩下制动踏板需要对车辆减速时，制动控制器依据制动踏板信号传感器传来的信号计算出制动要求，同时对车速、轮速、电池状态、电机功率、管路压力等信号综合处理，依据制动控制策略分配摩擦制动力与电机再生制动力大小，此时电机为制动状态，并通过功率转换器为动力电池充电，实现制动能量的回收。

图3 复合再生制动系统基本结构

2 仿真计算

图4为本文在Cruise软件中建立的整车仿真模型［6］。车辆部分参数为：质量1 209 kg；轴距2.5 m；质心至前轴距离1.2 m；质心高度0.5 m；车轮半径0.301 m。电机基本参数为：额定功率75 kW；最大转矩240Nm；额定转速3 000 r/min；最大转速10 000 r/min。采用串联式复合再生制动，优先使用电制动，在其产生的制动扭矩不足时，使用摩擦制动弥补。

图4 整车仿真模型

3 仿真结果分析

在NEDC工况下，从图5中的仿真结果可以看出，在电池初始SOC值为0.8的情况下，有制动能量回收车辆的电池SOC值衰减速度明显低于无制动能量回收的车辆。说明制动能量在很大程度上得到了回收利用，能够有效延长车辆续驶里程。

图5 电池SOC曲线

4 结语

通过与无制动能量回收车辆的电池SOC进行对比，结果证明采用串联式复合再生制动，选取NEDC工况进行制动仿真，可以有效提高能量的利用率和整车续驶里程。

［1］ 朱雅君.混合动力商用车再生制动及防抱死集成控制系统的研究［D］.长春：吉林大学，2007.

［2］ 陈全世.先进电动车技术［M］.北京：化工工业出版社，2007.

［3］ 何仁.汽车制动能量再生方法的探讨［J］.江苏大学学报（自然科学版），2003，24（6）：1-4.

［4］ 赵国柱.电动汽车再生制动若干关键问题研究［D］.南京：南京航空航天大学，2012.

［5］ Mehrdad Ehsani，Yimin Gao，Ali Emadi．现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车-基本原理、理论和设计［M］．北京： 机械工业出版社，2010．

［6］ 王保华，罗永革.基于CRUISE的汽车建模与仿真［J］.湖北汽车工业学院学报，2005，19（2）：5-8.