制动能量回馈系统协调控制
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回馈制动工作原理
回馈制动是一种电机制动方式,适用于直流电机。
其工作原理如下:
1.当直流电动机开始制动时,制动器通电,使电流流入电机的
转子绕组。
2.制动器会产生一个与电机运行方向相反的转矩,将电机转子
阻止转动,同时将转子转动的动能转化为电能。
3.电能通过电机的绕组回馈到电机的电源端,形成一个闭合的
回路。
4.由于转子阻止转动,转子与磁场之间产生了一个电势差,这
个电势差将导致电流流向电源端。
5.在电机运行反向时,电源端的电流会趋向于减小,直至达到
零点,然后反向流动,形成一个周期性变化的电流。
6.这个周期性变化的电流将继续流过电机的绕组,继续产生转
速反向,并将转子动能转化为电能。
7.这个电能不断回馈到电源端,直到电机完全停止。
通过这种方式,回馈制动不仅实现了对电机的制动,还将转子动能转化为电能并回馈到电源端,从而有效减少了能量的损耗。
在实际应用中,回馈制动可以使电机制动更加均匀、平稳,同时还能够抑制制动产生的电磁干扰。
电动汽车制动模式与能量回收的约束条件对电动汽车进行制动能量回收是目前条件下提高能量利用率,增加汽车行驶里程的有效手段。
但是从汽车的安全性角度考虑,需要传统的机械摩擦制动作为补充,保证整车的制动性能良好。
也就是说,电动汽车的整车制动是机械制动与电机再生制动协同工作的过程。
(1)制动模式根据电动汽车的行驶特点,将制动或减速可分为以下五种工况:1)紧急制动,此时制动减速度往往大于3m/s2,某些情况下,甚至能达到8m/s2。
为了保证制动安全性,此时以传统的机械摩擦制动为主,再生制动为辅,这种紧急制动过程非常短,能够回收的动能比较少。
2)中度制动,即一般制动,指制动减速度小于3m/s2,且大于滑行减速。
此工况可以分为减速过程与停车过程两部分,再生制动系统负责减速过程,机械制动完成停车过程。
3)汽车下坡时的制动,此时制动力很小,能量回收系统负责全制动过程。
4)滑行减速,是指汽车切断动力后依靠惯性滑行的减速模式,其制动减速度就是滑行减速度,该过程中消耗的能量无法回收利用。
5)缓慢减速过程,是指汽车以小于滑行减速度的减速度缓慢减速的运行情况,此时仍然需要动力装置输出少量的动力,该过程中消耗的能量也无法回收利用。
汽车制动或减速时,只有在2)、3)、4)三种工况下可以较多地回收整车的能量。
因此,为了提高制动过程中电动汽车的能量回收利用率,在制动过程中应尽可能地让电机再生制动力发挥作用,在保证汽车制动安全性的条件下,尽量回收所有除空气阻力和滚动阻力以外的能量。
若采用四轮驱动的形式,与采用单轴驱动的车辆相比,将大大提高能量回收的潜力。
(2)制动能量回收的约束条件在制动过程中,希望能够通过再生制动的形式最大限度地回收制动能量,但是在实际的制动过程中,可回收的制动能量的多少受多个因素的制约。
1)驱动轮限制。
只有驱动轮上由能量回收系统负责的那一部分制动能量可以进行回收。
采用四车轮同时驱动,可以较好地实现制动能量的回收。
2)受电池状态SOC值的限制。
新能源汽车制动能量回收工作原理一、概述新能源汽车制动能量回收工作原理是一种能够将汽车制动时产生的能量回收利用的技术。
传统的汽车在制动过程中,制动器通过摩擦将汽车动能转化为热量散发出去,造成能量的浪费。
而新能源汽车制动能量回收工作原理通过电机控制器将制动过程中的动能转化为电能,并存储在电池中,以供后续使用,实现能量的再利用,提高了能源利用效率。
二、制动能量回收原理制动能量回收主要是通过电动机反向工作的方式将制动过程中的动能转化为电能。
具体实现过程如下:1.踩下制动踏板后,汽车的制动器开始工作,制动器的摩擦将汽车动能转化为热量。
2.同时,电机控制器感知到制动信号,通过控制电动机改变工作模式,使电动机从驱动模式切换为发电模式。
3.在发电模式下,电动机转子的运动将汽车的动能转化为电能,并输出到电池中进行储存。
4.电池将储存的电能进行管理,以供后续使用,如驱动电机运行、提供车载电子设备电力等。
三、制动能量回收系统组成新能源汽车制动能量回收系统主要由以下几个部分组成:1. 制动器制动器是将汽车动能转化为热能的装置,通过摩擦使汽车减速停下。
常见的制动器包括盘式制动器和鼓式制动器。
2. 电动机控制器电动机控制器是实现制动能量回收的核心装置,通过感知制动信号,控制电动机工作模式的切换。
同时,电动机控制器还负责监测电池状态,保证回收电能的安全和有效性。
3. 电池电池是回收电能的储存装置,通常采用高性能的锂离子电池。
电池能够储存回收的电能,并在后续需要时释放出来供电。
4. 电能管理系统电能管理系统对电池进行管理,包括充放电控制、电池状态监测、电池寿命预测等功能。
电能管理系统的合理设计能够提高电池的使用寿命和能效。
四、制动能量回收的优势新能源汽车制动能量回收具有以下几个优势:1.能源利用效率高:通过回收制动能量,实现了能源的再利用,提高了能源利用效率,减少能源的浪费。
2.减少环境污染:制动能量回收减少了汽车制动时产生的热量,降低了排放的废热,减少了对环境的污染。
纯电动公交车制动策略纯电动公交车的制动策略与传统内燃机公交车有一些不同。
由于电动汽车采用的是电动机进行驱动,因此其制动方式也有所差异。
下面将介绍纯电动公交车常见的制动策略。
1.回馈制动回馈制动是纯电动公交车最常见的制动方式之一。
当驾驶员松开加速踏板时,电动车辆会利用电动机的反电动势来制动,将动能转化为电能储存到电池中。
这种制动方式可以实现能量的回收再利用,提高整车的能效。
同时,回馈制动也能够减少制动磨损和噪音,提高制动的平稳性。
2.电子控制制动电子控制制动是纯电动公交车的另一种常见制动策略。
该制动方式通过控制电动机的工作模式和输出扭矩来实现制动效果。
电子控制制动可以更精确地控制制动力度和制动距离,提高制动的平稳性和可靠性。
此外,电子控制制动还可以通过与车辆其他系统的协同控制,优化整车的能量管理,提高整车的综合性能。
3.再生制动再生制动是纯电动公交车特有的制动策略。
再生制动的原理是利用电动机的发电功能将制动过程中产生的动能转化为电能,并将其存储到电池中。
再生制动可以有效降低制动时的能量损失,提高能量利用效率。
此外,再生制动还可以减少制动磨损和噪音,提高整车的制动稳定性和舒适性。
4.摩擦制动纯电动公交车的制动策略是在综合考虑能量利用、制动性能和驾驶舒适性的前提下制定的。
以上介绍的几种制动策略是比较常见的,不同厂家和车型会有一些细微的差异。
随着电动车技术的不断发展,纯电动公交车的制动策略也会进一步优化,以提高能源利用率和行驶的安全性。
汽车文摘马什鹏张刘锋马永娟黄学江张鑫新(重庆交通大学机电与车辆工程学院,重庆400074)【摘要】制动能量回收技术可以有效地降低整车的油耗,而制动能量回收过程的制动意图识别、制动力分配控制和制动动态协调控制决定着制动的安全性、能量回收效率以及平顺性。
针对再生制动过程中如何准备识别驾驶员制动意图和电液制动力矩如何合理的分配以及制动过程中动态协调的问题,总结分析了大量国内外文献的研究方法,并对未来制动能量回收的发展做出了展望。
主题词:制动意图制动力分配动态协调中图分类号:U463.51;U469.72文献标识码:ADOI:10.19822/ki.1671-6329.20210073Review on Regenerative Braking Energy RecoveryMa Shenpeng,Zhang Liufeng,Ma Yongjuan,Huang Xuejiang,Zhang Xinxin(School of Mechatronics &Vehicle Engineering,Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074)【Abstract 】Braking energy recovery technology can effectively reduce the fuel consumption of the vehicle,and the braking intention recognition,braking force distribution control and braking dynamic coordinated control in the braking energy recovery process determine the safety of braking,energy recovery efficiency and ride comfort .This article focuses on how to prepare to recognize the driver ’s braking intention and how to properly distribute the electro-hydraulic braking torque during the regenerative braking process,as well as the problem of dynamic coordination during the braking process.It summarizes and analyzes the research methods of a large number of domestic and foreign literatures,and has a great impact on the future.The development of braking energy recovery has made a prospect.Key words:Braking intention,Braking force distribution,Braking dynamic coordinated再生制动能量回收研究综述【欢迎引用】马什鹏,张刘锋,马永娟,等.再生制动能量回收研究综述[J].汽车文摘,2021(08):19-26.【Cite this paper 】Ma S,Zhang L,Ma Y,et al.Review on Regenerative Braking Energy Recovery[J].Automotive Digest (Chinese),2021(08):19-26.缩略语EEG Electroencephalographic X-B-WireDrive-By-Wire SOC State Of ChargeGA Genetic AlgorithmEHBElectronic Hydraulic Brake1前言目前,世界各大汽车企业都致力于开发电动汽车来实现节能减排,在当前电动汽车电池储能技术没有重大突破的情况下,通过再生制动系统回收电动汽车的制动能量可以提高电动汽车的能量利用率,实现汽车的节能减排[1]。
电机回馈制动的原理
电机回馈制动(也称为再生制动)是指利用电机在制动过程中产生的反向电动势,将电能反馈到电源网络中或储存到储能装置中,实现能量回收和再利用的一种制动方式。
其原理如下:
1. 在制动过程中,电机被动转动,此时电机的转子相对于磁场发生相对运动,通过法拉第电磁感应定律,在电机绕组中会产生反向电动势。
2. 反向电动势与电机的转速成正比,电流成反比。
当电机转速较高时,反向电动势较大,电流较小;当电机转速较低时,反向电动势较小,电流较大。
3. 当电机的转速超过设定值时,电机控制系统会通过调整电机的电磁场和绕组电流来控制制动力矩,将多余的能量以反向电动势的形式回馈到电源网络中或储存到储能装置中。
4. 通过回馈电能,可以减少整个制动系统的能耗,并且提高系统的能量利用效率。
同时,电机回馈制动也可以减少制动过程中产生的热量,延长制动器的使用寿命。
需要注意的是,电机回馈制动的实现需要配合逆变器等电力电子器件和电控系统,通过控制电机的电流、电压和功率等参数来实现能量的回馈和再利用。
整车驱动能量管理方案
随着新能源汽车行业的快速发展,能量管理系统已成为电动汽车的核心技术之一。
整车驱动的能量管理方案可以实现对电池组、电机、变速箱等关键部件的协调控制,从而优化能量流动,提高整车能量利用效率。
1. 电池组状态监测与评估
通过对电池组的电压、电流、温度等参数的实时监测,评估电池组的剩余电量(SOC)、功率(SOP)和健康状态(SOH),为能量管理策略制定提供依据。
2. 驱动电机控制策略
根据驾驶需求和电池工作状态,优化电机的工作点,实现高效率运转;同时兼顾电机的动力性和经济性,满足不同驾驶场景的需求。
3. 能量回收与分配
在制动回馈时,控制电机工作在发电机模式,将机械能量转化为电能并存储在电池中;同时根据驾驶需求合理分配电池输出功率,避免电池过度放电。
4. 整车能量流管理
构建整车能量流模型,实时监测各部件的能量输入输出,优化能量在发动机、电机、电池之间的流动,提高整车能源利用效率。
5. 智能能量管理策略
结合车辆工况、驾驶习惯、交通状况等因素,通过机器学习算法持续优化能量管理策略,实现自适应控制,进一步降低能耗。
整车驱动的能量管理方案将各子系统融合协调,实现了对整车能量流的集中管理和优化控制,是提高新能源汽车续航里程和节能减排的关键技术。
摘要:随着能源和污染问题日益引起人们广泛的注意,越来越多的人将研究重点转移到电动车上。
目前对电动车的探索日益成熟,在技术研究方面已经发展成为一套完整的体系。
在阅读了大量文献的基础上,本文总结了国内外电动车制动能量回馈与防抱死控制协调策略。
关键字:电动车能量回收防抱死控制协调策略Abstract:With the problems of energy and pollution cause widespread concern increasingly,more and more people distract their attention to EV.Now the study of EV was matured day by day,the factor of technology has developed to be a whole system.After reading a number of papers,the electrical regenerative braking and anti-locked control coordination strategy were summarized in this paper.Key words:EV electrical regenerative braking anti-locked control coordination strategy1 引言目前车辆使用的制动装置主要形式有机械式、气压式、液压式和气液混合式等。
它们的工作原理基本相同,都是利用制动装置把车辆行驶过程中的动能通过机械摩擦的方式转化为热能而消耗掉,以达到车辆制动或者减速的目的。
这些制动装置工作时,都存在着如下的缺点:①制动过程中不能将车辆行驶时所具有的能量(动能)回收,而使这部分动能通过车轮与路面、制动装置与刹车毅之间的摩擦转换成热能的形式损失掉,因而制动装置增加了车辆行驶过程中的能量损失,降低了车辆的能量利用率。
技术与市场技术应用2019年第26卷第4期地铁能量回馈的无功补偿控制策略赵 凯(比亚迪汽车工业有限公司,广东深圳518000)摘 要:随着社会经济的发展,我国人民的生活水平日益提高,城市对轨道交通的需求越来越大,地铁以其通勤时间短、载客量大、不占地面空间的优势,成为城市交通的主力军。
但是,由于地铁站间距离短,频繁地停止和启动会产生非常多的制动能量,为响应可持续发展的时代主题,围绕地铁的能量回馈无功补偿进行探讨,研究其控制策略,使地铁在夜间停运时仍能保持一定的功率,将地铁再生制动回馈装置的利用率提高。
关键词:地铁再生制动回馈装置;无功补偿;策略doi:10.3969/j.issn.1006-8554.2019.04.036 地铁能量回馈的无功补偿控制策略的技术要点1.1 晶闸管有源逆变晶匣管具有较强的耐流、耐压、抗浪涌冲击能力,能够保护电路,价格比较低廉等特性。
通常晶匣管逆变器是通过另外一个变压器连接到交流电网,由于需要抑制整流器和逆变器之间的环流问题,需要使逆变器工作电压大于整流的空载直流侧电压,但逆变器工作电压也不能过大,否则会影响逆变器的工作电压范围,进而影响回馈给电网的能量容量[1]。
1.2 PWM逆变由于高频开关器件实现的变换器由于其具有灵活的控制方法、较小的谐波含量和动态性能好的特点,成为应用非常频繁的器件。
基于PWM并网逆变器的再生制动能量吸收方案不仅能够在机车再生制动时稳定直流侧电网,而且相比于晶匣管有源逆变器,还有如下优势。
①采用电杆滤波,没有换向电压畸变,电流谐波含量小,对电网谐波污染小。
②有较高的入网功率因数,不随回馈功率变化而改变,能够减少投资。
③因为功率管开关的频率较高,滤波器的体积容量可以设计得小一些,这样滤波器消耗低,且动态响应快。
在采用6脉波整流或12脉波整流时,输入的电流谐波含量比较多,PWM逆变器同时可以实现牵引供电系统对谐波的治理[2]。
1.3 PWM可逆整流器在吸收轨道交通车辆的再生制动产生的能量时,可以采用PWM可逆整流器,该仪器中能量能双向流动,其能够避免车辆在再生制动时所产生的直流电网电压不稳定的问题。
电动汽车能量回收系统简介及标定策略介绍本文以某纯电动轻型商用车为基础,对纯电动汽车的能量回收标定策略进行分析研究。
能量回收系统简介能量回收,又称回馈制动或再生制动,是指在滑行或制动减速过程中,驱动电机工作于发电状态,将车辆部分动能转化为电能储存于动力电池中,同时施加电机回馈转矩于驱动轴,对车辆进行制动。
该技术应用一方面增加了电动车辆一次充电续驶里程,另一方面减少传统制动器磨损,同时还改善了整车动力学控制性能。
在不改动液压制动系统结构的基础上,开发基于制动踏板行程检测的并行制动能量回收系统方案,如图1所示。
图1 制动能量回收系统总体结构方案并行制动能量回收系统主要由驱动电机及控制器、动力电池(含电池管理系统)、ABS系统、制动踏板、整车控制器(VCU)及CAN网络组成,其中,整车控制器(VCU)通过CAN网络与电机控制器、电池管理系统、ABS控制器通讯,实现驾驶员意图识别及制动能量回收控制功能。
并行制动能量回收系统方案的典型特征是:符合驾驶员传统的驾驶习惯,保持整车的制动性能和制动稳定性,电机制动力的变化不会影响驱动轮制动力的大小,电机制动力和驱动轮制动器制动力并行产生,并叠加在一起,共同组成了驱动轮上的总制动力,通过在汽车减速和制动过程中实施电机制动,把汽车减速和制动过程中的部分动能转化成电能回馈给动力电池,从而提高整车经济性,延长续驶里程。
能量回收标定策略整车控制器(VCU)根据踏板信号、车速、蓄电池荷电状态(SOC)、电池电压、温度等信息确定是否进行能量回收,并将其传送到相应的控制模块中执行,模块之间的信息传递通过CAN总线进行。
对进入能量回收模式的车辆状态条件进行标定,如表1所示。
表1 进入能量回收的车辆状态条件VCU检测加速踏板传感器信号和制动踏板传感器信号,判断汽车是否处于滑行或制动减速阶段,若是的话则向,MCU发送扭矩指令,MCU控制驱动电机产生滑行阶段所需的制动力。
对能量回收扭矩进行标定,如表2所示。
128科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N工 业 技 术1 电梯工作原理我们可以把电梯简单理解成一个两端分别悬挂轿厢和配重的定滑轮组,起滑轮作用的曳引机实际上就是一部电动机。
当电动机正向或者反向旋转时,轿厢会相应的上行或者下行,实现了电梯运送乘客或者货物的目的。
位于电梯控制系统中的变频器是驱动电动机运行的装置。
一般来讲,电梯平衡系数为45%左右,即轿厢内放置45%左右载重时,轿厢与电梯配重的重量相当。
我们可以将电梯的运行分为以下几种工况:(1)轿箱或配重较轻的一边上升,比如空车上行和满载下行,这是系统释放势能的过程,此时曳引机工作在发电状态。
(2)轿箱或配重较轻的一边下降,比如空车下行与满载上行,此时系统势能在不断增加,曳引机工作在电动状态。
(3)当电梯到达所在楼层减速制动时,系统释放动能,此时曳引机也工作在发电状态[1]。
当电梯运行在(1)、(3)工况时,曳引机工作在发电状态,所产生的能量通过电动机和变频器转化为变频器直流母线上的直流电能。
这些能量被临时存储在变频器直流回路的大电容中,随着电梯工作时间的持续,电容中的电能和电压会逐渐升高,导致过压故障,使电梯停止工作。
2 能量回馈原理及系统设计方案能量回馈系统是将电梯变频器直流侧大电容中储存的直流电能转换为交流电,并回送到电网,系统的主回路结构,主要由滤波电容、三相IGBT全桥、串联电感及一些外围电路组成。
电梯能量回馈系统的输入端与电梯变频器的直流母线侧相连,输出端与电网侧相连。
电梯能量回馈的本质是将直流电能转换为交流电能的有源逆变,其目的是将曳引机在发电状态下产生的直流电能通过逆变回馈交流电网,实现节能并尽量避免逆变输出电能对电网的污染。
根据以上要求,本文设计了以A V R 单片机为控制核心的电梯能量回馈系统。
该系统主要由中央处理单元(AVR单片机)、同步信号检测单元、逻辑保护控制单元及功率逆变单元(IP M模块)组成,外加直流母线电流检测单元、直流母线电压检测单元等多种保护功能,只要任何一种保护起作用,都将封锁逆变控制信号的输出,及时对I P M 驱动电路进行封锁,保护I P M 模块及其他电路不致损坏,提高能量回馈系统的安全性[3]。
电动汽车上的制动能量回收的约束条件电动汽车制动能量再生系统主要包括两个部分:电机再生制动部分和传统液压摩擦制动部分。
再生制动虽然可以回收制动能量并向车轮提供部分制动力,但是电机再生制动效果受电机特性、电池、车速等诸多条件的限制,在紧急制动和高强度制动时不能独立完成制动要求,为了保证整车制动的安全性,在采用再生制动的同时,还要采用传统的液压摩擦制动作为辅助。
从国内外研究现状可看出,汽车制动能量回收系统研究主要集中在回收制动能量方法、回收制动能量的效率、驱动电机与功率转换器的控制技术、再生制动控制策略、机电复合制动的协调等方面。
目前急需解决的制动能量回收系统关键技术问题主要有四个方面:制动稳定性问题、制动能量回收的充分性问题、制动踏板平稳性问题、复合制动协调兼容问题。
可回收制动能量是电动汽车最重要的特性之一,但是电动汽车对制动能量的回收要受诸多因素的制约。
电动汽车制动能量回收的约束条件主要包括以下五个方面。
(1)行驶工况。
行驶工况不同,汽车的制动频率不一样,从而可回收的制动能量多少不同。
(2)蓄电池。
蓄电池的充电效率要受到蓄电池的SOC值、蓄电池温度以及充电电流的限制。
蓄电池SOC值很高或者温度过高时都无法回收制动能量。
充电电流过大会使蓄电池温度快速升高,也不能回收制动能量。
(3)电机因素。
电机提供的制动转矩越大,能够回收的制动能量越多。
电机的再生制动转矩受到发电功率和转速的制约,当制动强度过大时,电机不能满足制动要求。
(4)控制策略。
为了保证在制动安全的条件下实现能量充分回收,需要合理地设计再生制动与机械制动的分配关系。
(5)驱动形式。
再生制动系统只能回收驱动轮上的制动能量。
NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车纯电动汽车制动能量回收系统关键技术现状分析王静怡 吴涛 吉麒麟西华大学 四川省成都市 610039摘 要: 文章以制动能量回收控制策略为核心,展开制动能量回收系统关键技术现状分析。
首先重点阐述制动能量回收前后轴制动力与电-液制动力分配原则与技术要点。
其后提出电机性能、储能装置性能状态、再生制动系统结构、行驶工况四类关键因素对制动能量回收的影响,并对其关键技术的研究现状进行综合分析。
最后提出制动能量回收系统未来的研究方向。
关键词:制动能量回收 制动力分配 控制策略 影响因素1 引言纯电动汽车在排放、结构、技术上的巨大优势让其成为汽车发展的重要方向,但其续航里程短的问题是制约纯电动汽车发展的主要因素。
因此制动能量回收系统的研究对提高能量利用率,延长车辆续航里程十分重要。
研究表明由于电机参与制动,电机通过内部转子切割定子绕组磁场产生反电动势回收电能,并产生制动扭矩。
然而制动总能量中具体能有多少能量作为电能回收还受多方面制约因素的影响。
如制动系统结构、制动力分配策略、电动机和电池工作特性、传动系统特性、各部件及传递线路损耗和控制器损耗等[1]。
本文将这些制约因素进行分类,并综合阐述各制约因素对制动能量回收系统的影响以及为提高能量回收效率针对各类因素进行优化研究的研究现状。
2 制动力分配策略模式再生制动控制策略是制动能量回收技术的核心,策略在满足制动安全法规的要求下,解决前后轮上制动力的分配问题及电机制动力与机械制动力在驱动轴上的分配问题。
一方面实现制动稳定性,另一方面改善再生制动控制效果,提高能量回收率。
制动能量回收系统的研究都是基于控制策略的优化与拓展。
2.1 前后轴制动力分配由于电机的参与,电动汽车在制动时前后轴的制动分配不再按照燃油车以固定制动力分配系数分配,此时的分配系数将是一个变动的值。
所以从提高制动稳定性及能量回收率考虑,制动器制动力分配系数变动范围必须要合理。
电动汽车的再生制动能量回收系统的组成
电动汽车的再生制动能量回收系统通常由以下组成部分构成:
1. 发电机/发电机:这是再生制动系统的核心组成部分。
它通常安装在车轮附近,通过车轮的运动来驱动发电机/发电机工作。
2. 能量转换装置:这是将机械能转化为电能的装置。
它利用发电机/发电机产生的机械能,并将其转换为电能,储存在电池或超级电容器中。
3. 电池/超级电容器:这是能量存储装置,用于储存再生制动系统产生的电能。
电池通常用于长期储存,而超级电容器则更适合短期储存,能够快速充电和放电。
4. 控制器:这是控制再生制动系统的电子设备。
它负责监测车轮的运动状态,并根据需要实时控制发电机/发电机的输出功率。
它还负责将发电机产生的电能供给电池/超级电容器,并将其转化为适合电动汽车使用的电压和电流。
5. 制动力管理系统:这是负责管理再生制动系统与传统制动系统之间的切换和协调的系统。
它可以根据驾驶员的需求和道路条件,自动调整再生制动和传统制动之间的分配比例,以实现最佳的能量回收和制动性能。
需要注意的是,不同的电动汽车制造商可能会采用略有不同的再生制动能量回收系统配置。
此外,未来还可能出现更加先进
的技术和组件来提高再生制动效率,并进一步提升电动汽车的能源利用率。
制动能量回馈系统协调控制张俊智,张鹏君,陆欣,陈鑫清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京,100084【摘要】本文为混合动力电动汽车设计了分层控制的制动能量回馈系统,该分层结构主要包括驾驶员意图识别、能量管理和元件协调控制三个部分。
分层控制结构的采用,将复杂的制动能量回馈系统简化为若干部分,降低了控制难度,为研究提供了便利。
所设计的系统已在一款串联混合动力客车上实现,并根据中国城市公交循环工况进行了道路测试。
【关键词】混合动力电动汽车,制动能量回馈系统,分层控制结构,协调控制Coordinated Control for RegenerativeBraking SystemZhang Junzhi, Zhang Pengjun, Luxin, Chen XinState Key Lab. of Automotive Energy and Safety, Tsinghua University, Beijing, China, 100084Abstract: This paper presents a design of regenerative braking system(RBS) for hybrid electric vehicles using hierarchical control structure and method. The hierarchical model is mainly composed of three modules for driver intent identification, energy management and coordinated control based on components control. As a consequence, RBS, a complicated hybrid dynamic system, is successfully decomposed by several simple modules. The control system and strategies are carried out on a typical serial HEV bus, and tested on road based china typical urban cycle..Key words: hybrid electric vehicles, regenerative braking system, hierarchical control structure, coordinated control1 介绍车辆的动能通过制动能量回馈系统可转化为其它形式能量储存起来,并进一步用于车辆驱动。
研究显示,在城市驾驶循环中,发动机发出能量的大约1/3至1/2被制动过程所消耗[1,2]。
因此,回馈制动是车辆提高燃油经济性并降低排放的有效方法,有助于缓解能源危机和环境污染。
然而,回馈制动受到动力系统结构、电池电机特性等的限制,控制较为复杂。
很多学者对此问题进行了研究和讨论。
针对不同类型车辆,已经有多种控制策略与硬件结构被设计出来[3,4],为进一步的研究提供了基础,同时也增加了深入研究此问题的难度。
由汽车理论可知,制动能量回馈系统的控制问题可归结为三个目标:(1)辨识驾驶员的制动强度需求;(2)在车辆部件承受范围内以提高燃油经济性为目标分配制动功率,满足驾驶员制动需求;(3)根据制动功率分配命令协调控制制动系统元件,实现良好的驾驶感觉并施加合适的制动力。
本文采用分层控制结构研究制动能量回馈系统,以清晰的层次满足上述三个目标。
所设计的控制系统,包括驾驶员意图识别、能量管理和制动元件控制等功能,制动能量回馈系统被分解为若干功能单一的子模块。
其中,在驾驶员意图识别、基线式能量管理策略方面相对以往有了新的发展。
制动力切换过程控制算法及其他算法与策略已在一款串联混合动力电动客车上被调试、分析、优化和验证。
控制系统与控制策略在该串联混合动力电动客车上的测试,基于中国城市公交循环工况。
测试结果表明,分层协调是回馈制动控制的有效方法,可有效回收能量、实现较好制动感觉并保证制动安全。
所提出的结构、方法与策略,经过细微修改就可适用于其他结构的混合动力电动汽车。
2 动力系统结构制动能量回馈系统研究的目标车型,其动力系统结构如图1所示。
动力系统主要包括燃料转化器、电池、电机和整车控制器等。
图1 串联式混合动力电动汽车动力系统结构制动时,原制动系统与动力系统共同组成制动能量回馈系统。
这时,电机处于发电状态,将车辆动能转化为电能储存于电池中或直接被车载用电器,如空调等消耗。
合理的能量分配策略应在满足制动力需求的同时保护电池、电机等电力和机械部件。
而最根本的意图,还是在保证上述条件的情况下回收尽可能多的制动能量。
因此,能量的分配与流动不仅需要在制动过程中调整,还要在整个驾驶循环中调整。
例如,燃料转化器,通常为燃料电池或内燃机,在制动时应控制在一定输出功率之内,并使电池保持在较高充电效率的SOC下,以增强能量回馈效果。
3 分层控制结构为清晰地研究制动能量回馈系统结构,系统选用了分层控制结构。
系统各部分的功能与结构各不相同,每个部分的复杂程度较低,便于调试与改进,并有利于保证程序的可靠性与安全性。
如上所述,系统的控制策略包括驾驶员意图识别、能量管理和制动元件控制三个部分。
每一部分有各自的控制目标并根据驾驶员、车辆等的反馈进行控制。
输入、输出信号都经过信号处理系统的处理。
图2展示了制动能量回馈系统的控制系统结构。
图2 制动能量回馈系统分层结构3.1 驾驶员意图识别这一部分通过驾驶模式、加速踏板位置及变化速度、制动踏板位置及变化速度识别驾驶员的驱动或制动需求。
对制动能量回馈系统而言,驾驶员意图识别的逻辑如图3所示。
为了保证安全,在逻辑之中加入了判断程序,例如在档位为空档或加速、制动踏板同时踩下时,不进行回馈制动而只进行摩擦制动。
图3 驾驶员意图识别在这一部分中,根据加速踏板与制动踏板的位置,制动过程被分为两类,正常制动与紧急制动,ABS的状态也被用于判断制动过程的类型。
当进行紧急制动时,电机的回馈制动被禁止,避免摩擦制动系统及其防抱死制动功能受到干扰。
3.2 能量管理策略在确定驾驶员意图之后,应采用合理的能量管理策略,在保证不损坏车辆元件的基础上实现最佳的燃油消耗。
在制动时,电机工作在发电状态,将车辆动能转化为电能储存于电池或用于车载附件。
能量转化器,如内燃机、燃料电池的功率应该受到限制,且电池SOC应被维持在充电效率较高的范围内。
在本文所述的设计中,控制系统考虑车速、电池SOC、总线电压与电流、电机状态等对回馈制动与摩擦制动进行协调控制。
其目的是在不损失制动性能的前提下尽可能回收制动能量。
在后面的实验中,电池SOC分别调整到不同水平(30%和60%)进行对比,以寻找更好的燃油利用效率。
燃料转化器在制动时也受到功率的限制,使电池能够更多地吸收制动能量。
一种基线式能量管理策略被建立起来,如图4。
图APU ,由燃料转化器和发电机组APU 目标功率。
若APU 目全。
3.3元件控制策略在控制策略中,电机、调节阀(用于调节摩擦制动)、辅助功率单元和防抱死制动系统之间都应进行协调。
基本的逻辑是将总的制动力根据能量管理的目标进行分配。
其关键技术是利用响应较快的电机补偿摩擦制动力。
前、后轮制动力之间的分配也应合理,避免后轮先于前轮抱死的情况。
当车轮有抱死趋势时,防抱死制动系统可有效控制摩擦制动力,防止危险发生。
当电池SOC 低于最佳充电效率区时,辅助功率单元也可通过为电池充电升高SOC 。
在制动力分配方面有三种策略,本文采用基于策略的规则进行描述。
图5展示了这种策略在一款后轮电机驱动车辆上的实现。
两种主要的回馈制动策略,串联策略和并联策略[6,7],在本文中被详细设计以研究前述的控制系统。
图5 制动力分配在串联策略中,制动力分配曲线跟随图5中的粗实线。
在OA段,减速度很小,电机回馈制动力足以满足制动需求。
这时仅有后轮施加了制动力。
在AB段,电机回馈制动力无法满足制动需求,需要前轮恢复摩擦制动力。
在B点,前、后轮的制动力分配关系恢复到原摩擦制动系统的状态,故B点以后前后轮摩擦制动力随制动强度需求的增加而同时增加。
另外一种串联策略,则完全按照理想的前后制动力分配曲线调节前后轮摩擦制动力和后轮回馈制动力。
并联回馈策略,则如图5中的O-P曲线。
回馈制动力直接施加在原摩擦制动力之上,不对摩擦制动力进行调节。
回馈制动强度随着摩擦制动强度一起增长。
4 道路实验采用上述方法,为目标车型设计了控制策略。
车辆在不同控制策略下根据中国城市公交循环工况进行了测试。
中国城市公交循环工况用于测试实验车的燃料消耗,其目标车速如图6所示。
其主要参数见表1。
图6同时还展示了一组测试结果,目标车速与实际车速的差在3%以内。
表1中国城市公交循环工况参数图6 中国城市公交循环工况及测试结果表2中的结果表明,串联回馈制动策略在这类车上有更好的表现。
在制动阶段,串联策略相比并联策略使用了更多的回馈制动。
相比较而言,较低的电池SOC可使回馈效率提高,因为较低的SOC将使电池可充电的容积更大。
表2中国城市公交循环工况测试结果串联回馈制动策略的驾驶感觉也较好。
如图7所示,车辆减速度根据制动踏板位置而变化。
制动踏板力随着踏板位置变化而没有明显冲击,减速过程中车速(驱动电机转速)平稳下降。
图7 串联回馈制动策略下的测试结果5 结论本文将制动能量回馈系统按照分层控制结构分解成若干部分,简化了研究的难度。
提出的回馈制动策略与方法可在保证安全的前提下尽可能地回收制动能量,并有较好的制动感觉。
下一步的研究之中,可以考虑全驾驶循环下的驱动与制动一体化策略,并研究制动能量回馈系统与防抱死制动系统、电子稳定程序的结合。
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