制动能量回馈系统协调控制
回馈制动工作原理
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
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
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。
再生制动能量回收研究综述
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
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。
制动能量回收策略及方法
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。
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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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