某新能源汽车协调式能量回收标定研究

晏金美

（东风柳州汽车有限公司，柳州 545005）

0 引言

随着环境污染问题及能源短缺问题日益严重，新能源汽车越来越受到人们的重视[1]。相关研究表明，在城市道路行驶工况下，车辆频繁加减速，大约有50%以上的驱动能量在行车制动过程中损失，即使在郊区行驶，车辆也有大约20%的驱动能量损失[2]。制动能量回收可提高整车续航里程，提高能量利用率，有效降低用户的续航焦虑，提高客户的用车满意度。

通常，在车辆非紧急制动的普通制动场合，大约20%的能量是可以通过制动回收的。但在实际情况下，能量回收受到制动安全法规、制动系统类型、驾驶舒适性以及电池系统和电机类型的限制，实际回收效果和理论值有较大差别。本文以某款新能源汽车为基础，对新能源汽车协调式制动能量回收系统的标定策略进行研究分析，在保证车辆行驶的安全性和舒适性的同时，提高制动时的能量回收效率，提高整车续航里程。

1 协调式制动能量回收系统介绍

制动能量回收系统就是在车辆制动过程中，控制电机产生负扭矩用于发电，将汽车行驶的部分动能转化成电能，并储存在动力电池中，实现制动能量的回收。电机发电的同时产生反向制动力矩，通过传动系统传递给车轮，从而实现车辆的减速或停车[3-4]。

协调式制动能量回收系统（CRBS）在不改变液压制动系统结构的基础上，匹配了线控制动系统（EHB），做到了与制动卡钳的制动力解耦。实现方案是，机械制动力是由一个线控制动的控制器单元，依据目标制动力输入信号执行的[5-6]。

EHB基于制动踏板位移传感器检测当前制动踏板角度和角速度，推测驾驶员的制动需求，并计算满足该需求所需的制动力矩，再把制动力分配给能量回收系统和线控制动系统。再生制动力不足的部分，再由控制器单元控制EHB进行液压制动补足，从而提高电制动的占比，进而提升能量回收（图1）。由于EHB的制动力与制动踏板开度解耦，也就是当驾驶员踩了制动踏板，需求制动力不大时，EHB并未执行制动卡钳制动力，先尽可能地使用再生制动力，不足的部分再由机械制动提供。

图1 协调式能量回收系统工作原理

CRBS组成结构如图2所示。EHB电机3建立压力并不依赖驾驶员，而是能根据制动需求快速补充制动压力，也可以避免制动能量回收退出时的制动力丢失。基于此，可实现0.3g减速度的再生制动，满足95%以上的日常制动工况，降低整车能耗，提升车辆续航里程。

图2 解耦式EHB线控制动系统

2 协调式制动能量回收标定策略

2.1 整车进入制动能量回收的条件

协调式制动能量回收涉及EHB与整车控制器（VCM）、电池管理系统（BMS）及电机控制系统（MCU）的交互。VCM被唤醒后，根据制动踏板状态信号、加速踏板状态信号以及车速和电池荷电状态（SOC）等信息确定整车是否进行能量回收。当整车满足进入能量回收条件时，VCM计算当前允许最大回馈扭矩，并将允许最大回馈扭矩状态信号和允许最大回馈的扭矩值发送给EHB。EHB根据用户的制动需求，判断当前是否需要由电机提供回馈制动扭矩，如需要，则分配制动回收扭矩值反馈给整车控制器，再由VCM控制电机提供制动扭矩。整车是否进入或退出制动能量回收的条件如表1所示。

表1 某车型整车进入制动能量回收的条件

协调式能量回收的标定需考虑电机的响应时间、精度及扭矩跟随能力，VCM允许能量回收扭矩上限值、介入及退出时机协调标定，以及EHB分配给驱动电机制动的扭矩上限。同时，还要精细化标定需求扭矩-实际扭矩-液压补偿扭矩软件参数（图3）。

图3 能量回收的影响要素

2.2 标定注意事项

协调式制动能量回收标定需注意以下几点。

（1）标定工作开始前，需要进行试验车辆磨合。车辆磨合后应达到如下状态：轮胎表面花纹磨合均匀，无轮胎分模线；制动盘表面光滑，无锈迹，制动时摩擦片应完全贴合；鼓式制动器的领蹄摩擦片完全贴合，从蹄摩擦片贴合面积大于80%。若经过磨合后仍未能达到如上要求，则应再进行磨合，以保证整车发挥最佳制动效能。

（2）检查EHB功能是否正常，压力响应控制是否稳定，整车动力回收扭矩控制是否稳定。

2.3 协调式制动能量回收进入及退出门限值标定

当整车满足制动能量进入的条件后，协调式制动能量回收功能进入条件是，EHB通过调整制动能量回收进入车速门限及松开加速踏板后，制动能量回收进入的延迟时间进行标定（表2）。

表2 某车型EHB进入或退出能量回收门限

在实际标定过程中，试验车辆需加速至30 km/h以上（仪表车速）。驾驶员松开加速踏板，记录加速踏板开度信号及电机扭矩信号，通过观测实际电机轮端扭矩的变化情况，测量加速踏板开度0.8%以下到实际轮端扭矩小于20 N·m的时间。如果EHB在自身系统能力值范围内激活协调式制动能量回收功能并请求制动回收扭矩时，电机动力扭矩还未降低到合适的扭矩范围，不可以执行EHB请求的负扭矩，导致电机扭矩响应时间明显延迟或者响应抖动，从而致使协调式制动能量回收进入过程整车抖动、不平顺。为避免该现象的发生，需调整松开加速踏板后制动能量回收进入的延迟时间。同时，还要避免协调式制动能量回收功能激活过慢导致液压制动介入，制动能量回收值变少，影响整车续航里程。

2.4 EHB分配的电制动比值确认

EHB的制动能量回收公式如下：

式中：E为回收总能量；m为整车质量；f为运行阻力；v为车速。

本研究基于某款纯电新能源出租车，实车采集连续多天共285次制动结果，并绘制了能量可回收曲线（图4）。在实际用车中，驾驶员驾驶过程会有不同的制动需求，但属于不可控因素，影响暂不加入统计。根据图4可以看出，在城市道路日常行车过程中，制动最大减速度超过0.3g以上的情况极少，0.3g以内的制动减速度满足绝大部分城市路况的制动需求。因此，在协调式能量回收标定过程中，需提高电机制动减速的上限值。

图4 某款车型能量可回收曲线

在协调式制动能量回收标定过程中，需驾驶试验车辆加速至85 km/h（仪表车速），滑行至80 km/h，踩下制动踏板并保持稳定状态，观测目标制动回收扭矩与制动回收实际扭矩响应情况。在整车动力扭矩允许情况下，通过调整制动能量回收扭矩请求变化斜率上限值来调整制动目标扭矩请求值。同时，通过调整制动能量回收目标压力与电机回收扭矩转换系数，合理分配液压制动力和电制动力，保证在电液交互下的整车减速度平顺性，防止减速度波动造成的制动信心不足。此外，还应使整车减速度在0.3g以内优先使用电制动，从而提高整车续航里程。

对相关参数进行调整后，需对影响制动能量回收的因素进行实车确认，如对液压制动与电制动分配进行确认（图5）。通过实车测试，液压制动力和电制动力分配合理，整车正常制动过程优先采用电制动，则该参数标定符合要求。

图5 正常制动过程电制动与液压制动分配确认

当标定完成后整车实际续航测试仍无法满足要求，则需要通过图3所示能量回收的影响要素进行排查分析，确定影响整车续航的关键要素，再进行标定参数的优化调整。例如可通过对EHB协调式能量回收请求的降扭斜率、MCU扭矩的响应精度以及VCM的请求降扭斜率等优化，改善VCM的能量回收响应的跟随性（图6）。

图6 能量回收过程VCM扭矩跟随性确认

3 实车续航测试结果

通过对某新能源车型协调式制动能量回收系统的精细化标定，经实车测试评价，制动能量回收进入或退出过程中，整车减速度平顺，无不安全感；减速度变化平缓，无异常扭矩变化，主观感受良好。按照GB/T 18386.1—2021《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法 第1部分：轻型汽车》的测试要求，在转毂上采用CLCT工况进行了整车续航比对测试，结果协调式制动能量回收系统的精细化标定对整车实际续航提升效果显著，同一车辆在CLCT工况下，能量回收提升40%左右（表3）。

表3 车辆CLCT工况转毂测试结果

4 结束语

文章对某新能源汽车的协调式制动能量回收的系统组成、工作原理、标定策略及标定方法进行分析研究，对标定后的车辆进行CLCT工况续航测试验证。数据表明，协调式制动能量回收相关参数的合理标定，在保证整车能量回收过程平顺性的前提下，可以有效提高新能源汽车的续驶里程。