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 strategy
1 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。
②在路况较复杂的情况下,车辆往往需要频繁制动,或连续较长时间的制动,因而在有关的制动表面将会产生大量热量,使制动装置摩擦表面的温度升高许多,这将导致制动装置制动效果减弱,甚至失效,使车辆行驶的安全性大大降低。
③由于车辆行驶过程中制动装置的频繁工作,加剧了车轮的磨损和制动装置中摩擦片的磨损,因而需要经常更换车轮和刹车片,由此增加了车辆的维修保养费用。车辆上采用制动能量再生技术,有助于提高车辆能源的利用率,减少排气污染和燃料消耗,同时也可以减轻制动器的热负荷,减少磨损,提高车辆行使的安全性和使用的经济性。
车辆的制动能量至今还是一种没有被很好地开发利用的能量,特别是在市区行驶的公共汽车、地铁车辆和轻轨车辆等,它们需要频繁起动和制动,这部分制动能量回收有着很大的潜力。在用于检测汽车燃油消耗量和经济性的几个典型城市工况中,我国采用的是ECE15工况,日本采用的是1015工况,而美国采用的是UEDS工况。文献给出了相同条件下,这3种不同工况下制动能量与总能量的对比关系,如表1一1所示。
工况ECE15 UDDS 1015 驱动能力/KJ 395 28241 1814
制动能量/KJ 207 13432 938
制动能量所占百分比52.3 47.6 51.7
表1一1各种工况下制动消耗能量与总能量的对比关系
2 能量回收
能量回收是新能源汽车的重要节能方法。有分析表明，一辆紧凑型汽车在NEDC循环中，如果制动能量能全部回收，在考虑电机系统和动力电池的前提下，可以节能17%左右。但在实际情况下，能量回收受制动系统类型、制动安全法规、驾驶舒适性以及电机系统和
电池系统的限值，实际效果和理论值有很大差别。
传统汽车上采用普遍的制动系统，在电动车上节能有限，因为普通制动系统是并联式的，即电制动与机械制动是按某种比例分配，而实际中由于安全性和驾驶舒适性等需要，电制动比例小。近年来国外新能源汽车逐渐普及的串联式能量回收系统，按照先电制动，制动需求不足的部分再由机械制动补充，由此可以提高能量回收效率。但由于串联式能量回收系统的结构和控制复杂，成本高；并且过度的电制动可能导致轮胎打滑，大电流充电对电池的寿命不利，以上因素导致能量回收实际效率远达不到理论值。在NEDC循环中，一辆紧凑型汽车的能量回收率为5%~7%。
某典型制动过程中电机扭矩曲线如图2-1所示：
①由于电机外特性在高速去通常呈现恒功率特点，所以图中显示为扭矩和转速的双曲线，即电机功率限制区；
②电机外特性在较低转速为恒扭矩区；
③当车速点电机转速很低时，因车辆可供回收的动能已经很有限，加上低速区电机效率不佳，电机扭矩快速减小。
图2-1 典型制动过程电机扭矩变化
下面分别介绍并联式能量回收与串联式能量回收。
2.1并联式能量回收
并联式系统的制动踏板开度与制动力矩之间的关系如图2-2所示。
图2-2 制动踏板开度与制动力矩
图中虚线表示传统机械制动力矩。在制动踏板开度很小时，机械制动力矩存在一段死区，作为踏板自由行程，之后随踏板开度增加而加速增大。这与传统汽车的制动方式是一致的。而电制动力矩一直随踏板开度增加而缓慢增大，而且可以看到，与机械制动不同的是，在踏板开度为零的情况下，也存在一定的电制动力，这时存在制动能量回收，即滑行
能量回收。除这种情况，机械制动力与电制动力同时变化，即并联式能量回收。总制动力矩为图上实线所示。
在此有几点要说明：
①滑行能量回收虽然有利于经济性，但从驾驶舒适性角度来说，扭矩要小一点，避免由于滑行能量回收导致速度降低太快，而让驾驶员踩油门踏板，得不偿失。
②图2-2中的制动扭矩未考虑车速变化带来的影响。在实际中，车速较高可增大电制动扭矩；车速较低时可减小电制动扭矩，但总趋势不变。
2.2串联式能量回收
而串联式制动能量回收系统的前、后液压制动器制动力可调在串联式制动力分配方式下,作用到驱动轮的制动力由电机制动力与液压制动力共同组成,制动强度低时电机制动力可占主要地位,>1、足部分由液压制动力来提供,和传统液压制动的汽车相比,驾驶员制动感觉基本相同,且提供了实现最大能量回收的条件,但电制动力、前后液压制动力要可调,增加了结构的复杂性,而且要与ABS系统协调,对控制系统实时性要求高。
图2-3 串联系统制动力分配简图
3 能量回收方式与摩擦制动力
串联式制动能量回馈策略主要包括两个方面：回馈制动力与摩擦制动力的分配和前后轮制动力的分配。为了提高制动能量回收率，应该尽量增大回馈制动力占总制动力的比例，但对于前轮驱动或后轮驱动汽车来说，回馈制动力只能加在前轮或后轮上，因此回馈制动力与摩擦制动力的分配受前后轮制动力分配的限制。
对于前后轮制动力的分配，文献中提到的制动力分配策略各有不同，但基本原则都是在理想制动力分配曲线的基础上进行设计的。Yimin Gao、MehrdadEhsani和Hongwei Gao 等设计的两种前后轮制动力分配策略如图2-1所示。
a.前后轮制动力分配方案一
b.前后轮制动力分配方案二
图3-1Yimin Gao、Hongwei Gao 等人的前后轮制动力分配策略图中所示的I曲线为理想制动力分配曲线，I′曲线为ECE R13制动法规要求的前轮抱死时，后轮必须提供的最小制动力，f线和f′线分别为路面附着系数为φ和φ′的道路上前轮抱死时的前后轮制动力分配线。两种前后轮制动力分配策略都是基于前轮驱动汽车设计的。图3-1 (a)所示的制动力分配曲线为C曲线，优点是远离后轮抱死区域，制动性能靠，
图3-2李蓬提出的制动力分配策略
缺点是前轮制动力没有得到充分的利用，不能充分发挥电机在制动过程中的作用。图3-1(b)所示的制动力分配曲线为OABC曲线，C点以后沿I曲线分配，优点是在路面附着系数为φ的道路上前轮制动力得到充分的利用，电机可以发挥更大的制动作用，缺点是路面适性差，例如在f′线对应的路面附着系数为φ′的道路上就不能充分发挥电机作用。在此基础上，清华大学的李蓬等人提出了如图3-2所示的前后轮制动分配策略。在不同路面附着系数的道路上采用不同的前后轮制动力分配策略。
3.1制动能量回馈与防抱死控制协调策略
从控制算法上看，摩擦制动与回馈制动在车轮需要防抱死干预时的协调控制策略对于制动安全同样是十分关键的。在以传统摩擦制动系统为基础使用制动回馈策略方案的相关文献中，制动能量回馈与防抱死制动的一体化控制策略涉及的比较少，无论是国内还是国外对于这方面的研究都处于起步阶段。由于防抱死摩擦制动系统经过多年的研究，已经可以满足车辆制动时安全方面的需求。因此在大多数的文献和专利中，往往将控制策略设定为在进入防抱死控制的瞬间撤销回馈制动力，同时恢复摩擦制动力进行防抱死制动。
国外的几大汽车厂商在这方面也有一些研究成果发表，多是以专利的形式出现的。例如，美国的通用公司和日本丰田旗下的爱德克斯不约而同地采用在进入防抱死控制的初期立即切断回馈制动转矩的方式，这样做毫无疑问能够保证防抱死制动时的安全性。为了排
除防抱死控制中回馈转矩带来的不利影响，这是比较稳妥的控制方式。不过，福特公司也在该方面做了一些其他新颖的尝试，比如在防抱死制动的初期不立即撤销回馈转矩，而是将回馈转矩保持一段时间。随后以一个固定的速率减小回馈转矩。另外一种是，在进入防抱死控制后实时地计算路面的附着状况，结合驾驶员此时的制动需求计算出能够施加在车轮上的最大回馈转矩值。随后将该值分配给电机，而防抱死控制部分则不去干预让其自由控制，即按照初始的防抱死控制策略加以调节。
3.2国内协调策略
例如吉林大学初亮等人提出的“混合动力轿车再生制动与防抱死集成控制系统”中，在进入防抱死控制时首先保持当时的回馈制动力稳定，同时利用传统的门限值法调节摩擦制动力，待对车轮角加减速度信号和滑移率信号做出进一步判断再继续控制。具体做法是针对回馈制动设定更严格的滑移率和角加减速度门限，进入防抱死控制逻辑后，一旦车轮滑移率和角加减速度达到回馈门限，立即开始减小回馈制动的强度，也即降低回馈制动转矩，一直到退出门限。退出门限后，回馈制动强度又进入保持恒定的阶段。由于整个过程中，ABS始终采用的是传统的门限值控制方法。所以对于受控车轮而言，一般来说必定会在下个控制循环再一次触发回馈门限。触发后采取同样的做法减小回馈制动强度，如此往复，直到制动回馈强度减小为零，即完全撤去回馈制动。
江苏大学的陈庆樟、何仁等提出了“基于ABS 的汽车能量再生集成制动控制”，将制动回馈融合到ABS 制动系统中，在防抱死控制中同时施加回馈电机的作用。在保证制动安全的前提下，优先使用制动回馈，在紧急制动和车速很低时撤销制动回馈。车上原有的液压防抱死制动系统仍然采用逻辑门限值控制策略，同时对电机控制器从外部安装一个额外的控制电压来控制防抱死制动时的回馈转矩。譬如，在车轮滑移率低于某个预先设定的参考滑移率时保持回馈制动力矩；当滑移率超过这个值时增大减小回馈制动力矩，防止受控车轮抱死。这种控制方法和初亮教授等人提出的方法没有本质区别，都是在防抱死控过程中对回馈转矩进行“减小—保持—减小—保持”的循环控制，仍然是一种比较被动的控制方式，即在防抱死控制过程中没有去主动地利用回馈转矩，而是逐步地削弱它的作用他们采用的再生制动与ＡＢＳ系统集成控制模型结构如图2-3所示。
图3-3 再生制动与ＡＢＳ系统集成控制模型结构
山东大学的杨福广、李贻斌等人提出了“基于自抗扰控制的具有回馈制动功能的电动车辆防抱死制动系统”，并对此进行了仿真研究。文中较有新意地将电机的回馈制动转矩看作是传统液压制动系统的内部扰动，基于自抗扰控制这一新的设计理念设计了单轮防抱死
控制系统，以期望的滑移率作为控制目标，同时兼具回馈制动的功能。自抗扰控制不依赖于系统的物理模型，实时估计并且补偿系统运行时受到的各种干扰。从原理上说，自抗扰控制结合了特殊的非线性反馈结构，控制品质是十分良好的。文献中基于单轮的动力学模型，得出了不同制动工况下的自抗扰控制参数并应用到控制中。文献中将有回馈制动的ABS 系统与无回馈制动的ABS 系统进行了对比仿真。该控制方式从仿真效果上来说可以说是比较理想的，但是算法稍显复杂，不利于移植到实车上的实时控制器中使用，且相比于传统的ABS 控制算法在制动效能方面的改善并不明显。清华大学的周磊、罗禹贡等在“电动汽车回馈制动与防抱死制动集成控制”中提出了将制动能量回馈与防抱死制动进行优化分层控制的控制方法。整个控制分为上中下三层：上层控制根据驾驶员的制动踏板作判断制动意图，同时还肩负识别实时路状的责任；中层控制根据理想制动力分配曲线I 曲线在前后轮之间进行所谓的滑移率分配，同时得到前后轮的摩擦制动转矩和回馈制动转矩；下层控制用现代控制理论中的滑模控制方法对前后轮滑移率进行具体的控制，同时使用模糊调节器动态调节滑模控制参数，减少滑模控制中产生的抖振。
3.3国外协调策略
土耳其伊斯坦布尔大学的Okan TUR 和Ozgur USTUN 在2007 年就提出了在防抱死控制过程中完全利用电机的回馈转矩来实现控制，因为这样可以非常迅速地调节制动转矩，使得整个防抱死控制的响应变快。文中他们使用了PID控制调节防抱死回馈转矩，这种控制方法确实利用了电机响应迅速的优点，可以优化制动效能。不过，针对不同的车辆而言该种控制方式并不是完全适用的。例如一辆较重的卡车或者客车，电机回馈转矩的范围并不能完全满足制动的总需求。在大部分的制动过程中，总是需要传统的摩擦制动系统助力的。所以该种控制方式目前只是留在仿真中，并未见到实际应用。
日本东京大学Yoichi Hori 教授领导的微型电动车小组提出了混合ABS 的概念。这是目前唯一一个见到的利用回馈转矩配合防抱死控制，并有实际试验数据的控制方法。Hori 等人在设计中的目标是，将回馈转矩和摩擦转矩同时加以协调控制。方法的核心是将总的制动转矩需求分成高频和低频两个部分：高频部分利用响应较快的电机回馈转矩实现，低频部分利用响应较慢的液压制动系统实现，以达到改善制动效能的目的。具体到控制策略方面，由于与电脑硬盘控制中所面临的问题类似，研究人员学习采用了三种在硬盘控制中常见的控制方法：“PQ-Method”、“滤波控制”和“模型跟随控制”来协调分配制动过程中两种不同制动转矩。随后进行了实车试验，轮速控制效果如图3-4所示。
图3-4 制动回馈与防抱死的分频控制效果
从试验结果上看，该方法控制效果表现优异。对于车轮滑移率的控制比较适当，电机的回馈转矩也在整个制动过程中发挥了作用。相比于其他科研人员仅能提供的仿真结果，该结果距离实车应用是最近的。
3 总结
总结目前国内外在回馈制动和防抱死制动协调控制方面发表的论文和专利，可以看出汽车生产厂商和研究机构的研究人员所走的是两条完全不同的道路。汽车生产厂商由于需要向用户提供放心的产品，所以在这方面比较保守。采取的方式都是保持原有的门限值控制方法，对回馈制动转矩单独控制。对回馈转矩采取的手段也相对单一，不是立即撤去就是缓慢撤去。总而言之是尽量削弱回馈制动在防抱死控制中的作用，使之不会对成熟的ABS 系统产生不利影响。而科研机构在这方面具有的自由度较大，所以基本上是全盘采取新的控制方法和理论来协调控制防抱死制动和回馈制动。好处是从根本上可以深入思考两者耦合的关系，有可能发展出从根本上解决问题的思路。不足就是对于传统的已存在的防抱死控制系统利用不够，而这种控制方法是经过许多实车试验验证过的，在安全性上要好于一些新的控制方法。因此，如何在实际控制中利用好原有的成熟的门限值防抱死控制方法，又能够比较全面地利用回馈转矩，使之能够改善制动效能是值得研究的。
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制动能量回收技术现状及发展趋势
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再生制动技术现状及发展趋势 摘要 随着新能源危机的加剧，混合动力汽车和纯电动汽车已经成为新一代汽车的发展方向，而再生制动技术作为混合动力汽车和电动汽车的一向重要节能技术，已经得到越来越大的重视。再生制动技术使汽车在制动过程中将一部分动能转化为电能并储存在储能装置中，实现了制动减速时的能量再利用。本文对再生制动的工作原理、技术发展现状进行了详细的阐述，并提出日后的发展趋势。 关键词：制动能量；制动能量回收；发展现状 Regenerative Braking Technology Status and Development Trends ABSTRACT With the new energy crisis intensifies, hybrid vehicles and pure electric vehicles has become the new direction of next generation car, and regenerative brakingtechnology as an important energy-saving technology for hybrid vehicles and electric cars has been paid more and more attention.During braking, part of the kinetic energywill be turn into electrical energy by regenerative braking technology so that we can achieve the energy re-use when the car speed is brakingdeceleration .In this paper, regenerative braking technology works and research status has been elaborated in detail and proposed the future development trend. Key words:Braking energy; Energy regeneration and use; Research status
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As a large capacity, fast speed, less pollution and comfortable transportation, urban rail transit effectively alleviate the transportation pressure of the large and medium-sized city, environmental pollution and traffic congestion . In recent years, China began to develop the light rail transit and subway. The subway stations has shorter distance and locomotive has haig density running. During locomotive frequently braking, it produced considerable regeneration energy. Reasonable utilization of the regeneration energy not only save energy, protect environment but also reduce the regeneration energy not only save energy, protect environment but also reduce the voltage grade for the locomotive’s safety operation. This paper is the focus on utilization of the regeneration energy, and The inverter-resistance hybrid method is propose. This topic is purposed to build Metreo regenerative braking and inverter-resistance hybrid energy absorption model by simulation software. Firstly, the urban rail transit power supply system has been introduced. Several vehicle braking scheme has been summarized and analyzed for their advantages and disadvantages. The inverter-resistance hybrid of regenerative braking energy absorption solution has been purposed. Secondly, combined with inver and resistance braking scheme, the model was built analyze and the power and current ofregenerative braking was computd.
电动汽车制动能量回收控制策略的研究
摘要：电动汽车的驱动电机运行在再生发电状态时，既可以提供制动力，又可以给电池充电回收车体动能，从而延长电动车续驶里程。对制动模式进行了分类，并详细探讨了中轻度刹车时制动能量回收的机制和影响因素。提出了制动能量回收的最优控制策略，给出了仿真模型及结果，最后基于仿真模型及ＸＬ型纯电动车对控制算法的效果进行了评价。关键词：制动能量回收电动汽车镍氢电池Simulink模型电动汽车（ＥＶ）的研究是在环境保护问题及能源问题日益受到关注的情况下兴起的。在ＥＶ性能提高并逐步迈向产业化的过程中，提高能量的储备与利用率是迫切需要解决的两个问题。尽管蓄电池技术有了长足进步，但由于受安全性、经济性等因素的制约，近期不会有大的突破。因此如何提高ＥＶ能量利用率是一个非常关键的问题。制动能量回收问题对于提高ＥＶ的能量利用率具有重要意义。电动汽车采用电制动时，驱动电机运行在发电状态，将汽车的部分动能回馈给蓄电池以对其充电，对延长电动汽车的行驶距离是至关重要的。国外有关研究表明，在存在较频繁的制动与起动的城市工况运行条件下，有效地回收制动能量，可使电动汽车的行驶距离延长百分之十到百分之三十。目前国内关于制动能量回收的研究还处在初级阶段。制动能量回收要综合考虑汽车动力学特性、电机发电特性、电池安全保证与充电特性等多方面的问题。研制一种既具有实际效用、又符合司机操作习惯的系统是有一定难度的。本文对上述问题作了一些积极的探索，并得出了一些有益的结论。１制动模式电动汽车制动可分为以下三种模式，对不同情况应采用不同的控制策略。１.１急刹车急刹车对应于制动加速度大于２ｍ／ｓ２的过程。出于安全性方面的考虑，急刹车应以机械为主，电刹车同时作用。在急刹车时，可根据初始速度的不同，由车上ＡＢＳ控制提供相应的机械制动力。１.２中轻度刹车中轻度刹车对应于汽车在正常工况下的制动过程，可分为减速过程与停止过程。电刹车负责减速过程，停止过程由机械刹车完成。两种刹车的切换点由电机发电特性确定。１.３汽车长下坡时的刹车汽车长下坡一般发生在盘山公路下缓坡时。在制动力要求不大时，可完全由电刹车提供。其充电特点表现为回馈电流较小但充电时间较长。限制因素主要为电池的最大可充电时间。由于电动汽车主要工作在城市工况下，所以本文将研究重点放在中轻度电刹车上。２制动能量回收的约束条件实用的能量回收系统应满足以下要求：(１)满足刹车的安全要求，符合驾驶员的刹车习惯。刹车过程中，对安全的要求是第一位的。需要找到电刹车和机械刹车的最佳覆盖区间，在确保安全的前提下，尽可能多地回收能量。具有能量回收系统的电动汽车的刹车过程应尽可能地与传统的刹车过程近似，这将保证在实际应用中，系统有吸引力，可以为大众所接受。（２）考虑驱动电机的发电工作特性和输出能力。电动汽车中常用的是永磁直流电机或感应异步电机，应针对不同的电机的发电效率特性，采取相应的控制手段。（３）确保电池组在充电过程中的安全，防止过充。电动汽车中常用的电池为镍氢电池、锂电池和铅酸电池。充电时，避免因充电电流过大或充电时间过长而损害电池。由以上分析可得能量回收的约束条件：（１）根据电池放电深度的不同，电池可接受的最大充电电流。（２）电池可接受的最大充电时间。（３）能量回收停止时电机的转速及与此相对应的充电电流值。本项目原型车为ＸＬ型纯电动车，驱动采用异步交流电机，额定功率为２０ｋＷ，峰值功率为６０ｋＷ，额定转矩为５３Ｎｍ，峰值转矩为２９０Ｎｍ，持续输出三倍额定转矩时间不小于３０ｓ，额定转速为３６００ｒ／ｍｉｎ，最高转速为９０００ｒ／ｍｉｎ。蓄电池采用２４节１００Ａｈ镍氢电池，其瞬时充电电流可达１．５Ｃ（Ｃ为电池放电倍率），即１５０Ａ。在充电电流为０．５Ｃ时，可持续安全充电。实验表明，在电机转速为５００ｒ／ｍｉｎ时，充电电流小于６Ａ。可设此点为电刹车与机械刹车的切换点。３制动能量回收控制算法３．１制动过程分析经推导可得，一次刹车回收能量Ｅ＝Ｋ１Ｋ２Ｋ３（ΔＷ－ＦｆＳ）。特定刹车过程中，车体动能衰减ΔＷ为定值。特定车型的机械传动效率Ｋ１和滚动摩擦力Ｆｆ基本上是固定的。对蓄电池来说，制动能量回收对应于短时间（不超过２０ｓ）、大电流（可达１００Ａ）充电，因此能量回收约束条件（２）可忽略，充电效率Ｋ３也可认为恒定。对于电机来说，在制动过程
车辆制动能量回收
低碳世博，能源再利用—— 基于超级电容的城市轨道车辆制动能量回收 1 概述 由于城市轨道车辆具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点，世界各国普遍认识到，解决城市交通问题的根本出路在于优先发展以轨道交通为骨干的城市公共交通系统。随着我国经济的高速发展、城市化进程的不断加快，城市轨道交通将在我国城市公共交通运输中占有越来越越重要的地位。到目前为止我国已有北京、上海、广州、深圳、武汉等城市已经运行，截至2009年9月，我国有27个城市正在筹备建设城市轨道交通，其中22个城市的轨道交通建设规划已经获得国务院批复。至2015年，北京、上海、广州、深圳等22个城市将建设79条轨道交通线路，总长度为2259.84公里，计划总投资8820.03亿元。 城市轨道交通列车的特点就是线路的站间距短，列车运行时频繁地起动、制动，基本上在列车达到最高速时很快就会制动。目前,我国地铁列车大都采用接触网/轨直流供电, 牵引系统大都是变压变频的交流传动系统。列车牵引时从电网吸收能量，制动时采用反馈制动把制动能量反馈回电网, 根据经验，地铁再生制动产生的能量除了一定比例（一般为20%～80%，根据列车运行密度和区间距离的不同而异）被其他相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被列车的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。当列车发车密度较低时，再生能量被其他车辆吸收的概率将大大降低。资料表明，当列车发车间隔大于10 min 时，再生制动能量被吸收的概率几乎为零，此时绝大部分制动能量将被车辆吸收电阻吸收，变成热能并向四外散发，这必将使隧道和站内的温度升高。目前国内城市轨道交通在地面采用电阻能耗吸收装置处理列车运行过程中的再生能量，这不仅浪费能量，而且也增加了站内空调通风装置的负担，并使城轨建设费用和运行费用增加。如能将这部分能量储存再利用，这些问题将迎刃而解。 2 可行性分析 城市轨道交通车辆制动能量是否具有回收的可行性，需要对制动能量进行合理计算，并根据其大小确定制动能量是否具有实际回收价值。现以一列上海轨道交通2号线6节车辆编组为例（4节动车，2节拖车），设轨道车辆的制动初速度为70km/h (V1) ，制动末速度为8km/h (V2），M为车辆和载客质量，则利用公式（1）计算电制动能量。（1）
列车再生制动能量回收的方法及分析
列车再生制动能量回收的方法及分析 城市轨道交通是耗电大户。而如何高效利用电能是目前城市轨道交通节能技术的关键问题。车辆在运行过程中，由于站间距一般较短，因此要求起动加速度和制动减速度比较大，并具有良好的起动和制动性能。城轨交通供电系统一直采用二极管整流技术实现交流电源到直流牵引电源的转换，特别是采取24脉波整流技术后，与电网的谐波兼容问题得到较好地解决。该技术虽然可以较好地满足车辆牵引取流的需求，但是此类系统存在以下问题： （1）只能实现能量的单向流动，对于需要频繁起动和制动的地铁、轻轨等交通工具，制动能量的回收有着很大的潜力。车辆再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的30％甚至更多。而这些再生能量除了按一定比例(一般为20％～80％，根据列车运行密度和区间距离的不同而异)被其它相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被车辆的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。如果在一列地铁列车刹车时附近没有其他列车加速运行，那它所回馈的电能中只有30％～50％能被再次利用(尤其是在低电压、高电流的网络系统里)。如果当列车发车的间隔大于10 min时，再生制动能量被相邻列车吸收重新利用的概率几乎为零。 （2）由于制动电阻的发热引发站台和地下隧道热量积累、温度上升，某些城轨系统隧道温度高达50℃，不得不加大通风设备的容量，造成严重的二次能耗； （3）对于车载制动电阻模式制动电阻增加车体自重造成的电能消耗十分可观； （4）牵引网上同时在线运行的车辆有十几对甚至几十对，负荷的变化造成牵引网压波动严重，不利于车辆平稳、可靠运行。可见车辆的制动能量至今还是一种没有被很好地开发利用的能量。 目前,在我国大力提倡节能降耗的形势下，城轨供电系统的发展进度已滞后列车车辆技术的发展，多个待建的城市轨道线路，如无锡、苏州、长沙、西安、深圳和广州等多条线路，都提出了对现有牵引供电系统进行技术改造的需求或者是寻求更好的储能装置去回收这些多余的再生能量。再生制动能量循环利用主要有储能和逆变两种方式:储能所采用的技术主要有蓄电池储能、电容储能、飞轮储能3种;而能量回馈所采用的技术主要是逆变至中压网络和低压网络两类。 首先介绍储能型回收装置 (1)蓄电池储能 蓄电池储能系统如图所示，该装置是将制动能量吸收到电池介质中，当供电区间有列车需要取流时，再将所储存的能量释放出去，由于蓄电池本身的特点充放电电流小，瞬间不能大功率充放电，所以该装置体积较大电池处于频繁充放电状态将影响其使用寿命，储能容量相对较少。
制动工况对对电动汽车制动回收能量影响的分析3
制动工况对电动汽车制动能量回收影响分析 前言 随着能源和环境问题日益突出，电动汽车已成为替代传统内燃机汽车的最佳选择。受限于当前技术条件，电动汽车续驶里程普遍较短，电动汽车节能技术成为电动汽车研究的重要方面，其中再生制动作为电动汽车节能主要手段，受到国内外学者广泛关注[1-2]。设计阶段的电动汽车结构和动力系统设计、运行阶段的控制策略和制动工况等都是影响再生制动能量回收效果的因素[3]。 目前，制动工况方面的分析研究，多集中对制动工况进行解耦，分别研究制动初速度和制动强度对制动回收能量效果的影响[4-6]，并未综合分析制动工况各因素影响能量回收效果之间的耦合关系，或分析制动强度与制动初始速度对能量回收效果贡献大小。 制动工况分为两种，单次制动工况和循环制动工况[7]，循环制动工况多用在试验条件下对电动车性能测试，日常驾驶中更多应用的是单次制动工况。单次制动工况为本文研究工况，其影响因素包含两个方面：制动强度(z )和制动初速度。 本文以较为普遍的集中电机前轴驱动电动汽车为研究对象，采用制动稳定性较好的理想制动力分配策略，利用Matlab/Simulink 与Isight 建立联合仿真平台，对由制动初速度和制动强度组成的连续设计空间进行试验设计(DOE)。采用最优拉丁超立方设计(Optimal latin hypercube design ，OptLHD)对连续设计空间进行采样，分析制动回收能量与制动初速度和制动强度之间的关系，分析制动工况对制动能量回收的主效应和交互效应，和影响制动能量回收的主次因素。 1制动能量回收影响因素分析 再生制动时受各种阻力损耗、摩擦制动器消耗、电机和电池工作特性和效率、相关部件工作效率等方面的影响，未能将制动动能完全转化为电能存储在蓄电池中。综上各方面将主要因素分为一下三类： (1)影响制动总能量的因素，制动总能量计算公式为()222 1e s v v m E -=（式中，E 为制动总能量，kJ ；m 为电动车整备质量，kg ；s v 和e v 分别为为车辆制动初始和终止速度，1s m -?），得出影响因素主要是制动初速度、电动汽车整备质量等。 (2)影响可回收能量的因素，如制动强度、车辆结构（滚动阻力消耗、空气阻力消耗等）、制动力分配策略（摩擦制动损耗）等。 (3)影响再生制动回收能量的因素，如驱动系统布置、电机和电池工作特性、传动系统特性、各部件及传递线路损耗、控制器损耗等。 以上影响因素主要归为四个方面：车辆结构、动力系统结构、制动工况、制动控制策略，在设计阶段车辆结构、动力系统结构和控制策略确定后，制动工况成为可根据驾驶员主观操纵的影响再生制动能量回收效果的唯一因素。 2仿真模型与验证 2.1理想再生制动力分配策略 本文采用文献[8]中制定的理想制动力分配策略。理想再生制动力分配策略可以保证前后轴制动力得到合理分配，制动稳定性好，该策略包含制动力在前后轴的分配及在电机制动力与摩擦制动力之间的分配两部分。分配电机制动力和摩擦制动力时要优先利用电机制动力，不足部分再由摩擦制动力补充。 2.2建立仿真模型 使用MATLAB/Simulink 建立整车、电机、电池和控制策略等模型，整车参数如表1所示。
关于制动能量回收
第一篇章：制动能量回收系统简介 制动能量回收系统定义 制动能量回收系统是指一种应用在汽车或者轨道交通上的系统，能够将制动时产生的热能转换成机器能、并将其存储在电容器内，在使用时可迅速将能量释放，又名MINI Clubman。MINI Clubman从一开始就凭借独特的概念，外向的设计以及别具魅力的发动机脱颖而出，为新一代MINI开发的三款高技术发动机确保了无时不在的运动驾驶乐趣和非凡的高效。而且MINI Clubman的所有发动机当然也标准装备了2008年车型为最大降低燃油消耗量而推出的全部新技术。 制动能量回收系统的优点 这些智能技术提高了发动机的效率，适度降低了耗油量，同时也进一步提高了驾驶乐趣。这里一个很好的例子就是制动能量回收系统，能源管理系统确保发动机的输出功率主要被转化成为驱动力，只有在应用制动时或发动机处于超速状态时才会转化成电能供车载系统使用。为了达到这个效果，发电机会在发动机输出功率，即加速或牵引汽车时自动与发动机脱离。因此，传统模式下发电机消耗和从汽车那里获得的动力现在全部用以实现更快更具动态的加速。因为在MINI回到超速状态或驾驶者应用制动时，发电机就会再次启动，从而确保车载系统能够得到充足的电力供应。 制动能量回收问题解决方案 可以通过在发动机与电机之间设置在车辆减速时，使发动机停止输出功率而得以解决。但制动能量回收还涉及到混合动力车的液压制动与制动能量回收的复杂平衡或条件优化的协调控制。那么，为什么可以通过驱动电机能够回收车辆的运动能量呢？概要地说，其原因就是电机工作的逆过程就是发电机工作状态。一般电学基础理论早已阐明，表示电机驱动的工作原理是Fleming（英籍工程师佛莱明）的左手定则，而表示发电原理的则
电动车制动能量回收.
电控制动是趋势谈电动车制动解决方案 [汽车之家技术] 围绕电动车的话题更多的集中在续航里程、电池类型、充电方式及时间等一些使用的问题上，今天我们来聊聊别的话题，电动技术在代替了传统动力技术后，引发的变革确实是巨大的，这也影响到了车辆的技术开发，制动系统就是要谋变的其中一环。 图中所示为传统制动系统，驾驶员控制踏板，与踏板相连的是真空助力器，它负责将驾驶员施予踏板的力放大并推动主泵活塞进行制动压力，最后，制动分泵由活塞推动制动片夹紧制动盘，从而实现制动力。 这里面涉及到一个很重要的部件——真空助力器，如果它的工作状态不好，驾驶员踩制动踏板时就会觉得很硬，没有经验的驾驶员就会误以为没有制动功能了。而真空助力器的真空环境是由发动机提供的，较为传统的方式是从进气歧管处引出一根气管通向真空助力器，为了确保真空环境的稳定性，有些发动机还专门为
真空助力器设计了一个由凸轮轴驱动的机械真空泵，在此之前，还有厂商用电子真空泵来弥补“真空”。 传统动力汽车，制动系统可以从发动机处获得真空源从而让真空助力器为驾驶员提供辅助作用，那电动车的动力系统不具备制造真空的能力，制动助力的问题将如何解决？ 解决这个问题现在有两种模式，一种是在现有的结构基础上去解决真空 源的问题，另一种则是采用新的技术原理，彻底舍弃真空在制动系统中的用途，重新设计制动系统技术结构。不仅是汽车行业，在各行各业面临新老更替时都少不了这样的做事逻辑。 ● 利用现有基础进行技术改进 利用现有结构基础进行技术改进的方式是目前绝大多数厂商在新能源车中采用的方式，原有的真空助力器以及相关管路得到保留，管路的另一端连接的电子真空助力泵，当传感器监测到助力器真空度不足时，电子真空泵开始工作维持真空环境，通过这样的方式，确保真空助力器能够像原先一样为驾驶员提供辅助作用。不过，这样的电子真空助力泵的噪音较大，此外更重要的是，电子真空泵的工作稳定性以及寿命都不太适合当做主要及唯一的真空源供应部件（原先在传统汽车上，它只是辅助维持真空环境）。显然，这样的方案是来自传统的汽车研发理念，而并非是站在新能源车的开发角度来解决问题。 ● 舍弃真空在制动系统中的用途
浅谈再生制动能量回收技术
10.16638/https://www.360docs.net/doc/c710379140.html,ki.1671-7988.2018.13.021 浅谈再生制动能量回收技术 靳永言，张伟 （长安大学汽车学院，陕西西安710064） 摘要：电动汽车续驶里程不足是制约电动汽车产业化发展的主要瓶颈，因此在有限车载能源情况下，提高电动汽车运行效能具有重要意义。尤其是电动城市客车运行在低速、制动频繁的城市工况，能量利用率提升空间更为客观。电动城市客车运行能效关键技术涉及：电池SOC的准确估算、驱动电机效率优化控制和再生制动能量回收。而其最主要的则为再生制动能量的回收，通过制定合理的优化法案、控制策略以及基于此基础上的一些高效的系统和技术方法来提升汽车的效能。 关键词：续驶里程；运行效能；能量利用率；制动能量回收 中图分类号：U473.9 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)13-65-03 Brief Discussion on Regenerative Braking Energy Recovery Technology Jin Yongyan, Zhang Wei （School of automotive engineering, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064） Abstract:The lack of driving range of electric vehicles is the main bottleneck that restricts the development of electric vehicles.Therefore, under the condition of limited on-board energy, it is of great significance to improve the operating efficiency of electric vehicles.In particular, electric city buses operate in low-speed, frequent-brake urban conditions, and the energy efficiency improvement space is more objective.The key technologies for operating energy efficiency of electric city buses involve accurate estimation of battery SOC, optimal control of drive motor efficiency, and regenerative braking energy recovery.And the most important one is the recovery of regenerative braking energy.Improve the efficiency of cars by formulating sound optimization laws, control strategies, and some efficient systems and techniques based on them. Keywords: driving range; operating efficiency; energy utilization; braking energy recovery CLC NO.: U473.9 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)13-65-03 引言 制动能量回收技术最早应用于电力机车，电力机车驱动时从电网上取电，制动能量回收时产生的电能则被回馈到电网中去。制动能量回收技术应用于电动汽车开始于20世60年代，但受到当时的电力电子技术和电池技术水平限制，发展一直缓慢。直到20世90年代以后，随着日本丰田和本田等公司商品化的混合动力乘用车产品的陆续推出，电动汽车制动能量回收技术的研究和开发加速，在设计理论和控制方法等方面取得了较大的进步。正因为制动能量回收系统对改善和提高电动汽车能量效率具有重要作用，目前在市场上销售的各类电动汽车产品中已被普遍采用。 本文档为某电动汽车效能提升试验NEDC工况、60km/h 等速工况、WLTC工况及充电工况的试验数据采集及分析。本文档通过对零部件优化过后的某电动汽车进行工况试验及数据采集，得到车辆的续驶里程，能量消耗率等整车性能数据，并分析各系统的效率。 作者简介：靳永言，就读于长安大学。 65
制动能量回收系统
制动能量回收系统 目录 概述 制动能量回收系统又名Braking Energy Recovery System:是指一种应用在汽车或者轨道交通上的系统，能够将制动时产生的热能转换成机器能、并将其存储在电容器内，在使用时可迅速将能量释放， 制动能量回收原理 制动能量回收是现代电动汽车与混合动力车重要技术之一，也是它们的重要特点。在一般内燃机汽车上，当车辆减速、制动时，车辆的运动能量通过制动系统而转变为热能，并向大气中释放。而在电动汽车与混合动力车上，这种被浪费掉的运动能量已可通过制动能量回收技术转变为电能并储存于蓄电池中，并进一步转化为驱动能量。例如，当车辆起步或加速时，需要增大驱动力时，电机驱动力成为发动机的辅助动力，使电能获得有效应用。 一般认为，在车辆非紧急制动的普通制动场合，约1/5的能量可以通过制动回收。制动能量回收按照混合动力的工作方式不同而有所不同。 比如在丰田普锐斯混合动力车上，车辆运动能量能够通过液压制动和能量回收制动的协调控制回收。但在本田Insight混合动力车上，由于发动机与驱动电机连接，所以不能够消除发动机制动。因此，在制动时发动机全部气门关闭，以消除泵气损失，而只存在发动机本身的纯粹的机械摩擦损失。 在发动机气门不停止工作场合，减速时能够回收的能量约是车辆运动能量的1/3。通过智能气门正时与升程控制系统使气门停止工作，发动机本身的机械摩擦(含泵气损失)能够减少约70%。回收能量增加到车辆运动能量的2/3。 制动能量回收液压制动协调控制的概况 制动能量回收问题解决方案 可以通过在发动机与电机之间设置离合器，在车辆减速时，使发动机停止输出功率而得以解决。但制动能量回收还涉及到混合动力车的液压制动与制动能量回收的复杂平衡或条件优化的协调控制。那么，为什么可以通过驱动电机能够回收车辆的运动能量呢？概要地说，其原因就是电机工作的逆过程就是发电机
电动汽车制动能量回收控制策略的研究.
电动汽车制动能量回收控制策略的研究2008-01-20 摘要：电动汽车的驱动电机运行在再生发电状态时，既可以提供制动力，又可以给电池充电回收车体动能，从而延长电动车续驶里程。对制动模式进行了分类，并详细探讨了中轻度刹车时制动能量回收的机制和影响因素。提出了制动能量回收的最优控制策略，给出了仿真模型及结果，最后基于仿真模型及ＸＬ型纯电动车对控制算法的效果进行了评价。 关键词：制动能量回收电动汽车镍氢电池 Simulink模型 电动汽车（ＥＶ）的研究是在环境保护问题及能源问题日益受到关注的情况下兴起的。在ＥＶ性能提高并逐步迈向产业化的过程中，提高能量的储备与利用率是迫切需要解决的两个问题。尽管蓄电池技术有了长足进步，但由于受安全性、经济性等因素的制约，近期不会有大的突破。因此如何提高ＥＶ能量利用率是一个非常关键的问题。 制动能量回收问题对于提高ＥＶ的能量利用率具有重要意义。电动汽车采用电制动时，驱动电机运行在发电状态，将汽车的部分动能回馈给蓄电池以对其充电，对延长电动汽车的行驶距离是至关重要的。国外有关研究表明，在存在较频繁的制动与起动的城市工况运行条件下，有效地回收制动能量，可使电动汽车的行驶距离延长百分之十到百分之三十。 目前国内关于制动能量回收的研究还处在初级阶段。制动能量回收要综合考虑汽车动力学特性、电机发电特性、电池安全保证与充电特性等多方面的问题。研制一种既具有实际效用、又符合司机操作习惯的系统是有一定难度的。本文对上述问题作了一些积极的探索，并得出了一些有益的结论。 １制动模式 电动汽车制动可分为以下三种模式，对不同情况应采用不同的控制策略。 １.１急刹车 急刹车对应于制动加速度大于２ｍ／ｓ２的`过程。出于安全性方面的考虑，急刹车应以机械为主，电刹车同时作用。在急刹车时，可根据初始速度的不同，由车上ＡＢＳ控制提供相应的机械制动力。 １.２中轻度刹车 中轻度刹车对应于汽车在正常工况下的制动过程，可分为减速过程与停止过程。电刹车负责减速过程，停止过程由机械刹车完成。两种刹车的切换点由电机发电特性确定。
列车再生制动能量回收方法及研究分析
列车再生制动能量回收地方法及分析 城市轨道交通是耗电大户.而如何高效利用电能是目前城市轨道交通节能技术地关键问题.车辆在运行过程中，由于站间距一般较短，因此要求起动加速度和制动减速度比较大，并具有良好地起动和制动性能.城轨交通供电系统一直采用二极管整流技术实现交流电源到直流牵引电源地转换，特别是采取24脉波整流技术后，与电网地谐波兼容问题得到较好地解决.该技术虽然可以较好地满足车辆牵引取流地需求，但是此类系统存在以下问题： （1）只能实现能量地单向流动，对于需要频繁起动和制动地地铁、轻轨等交通工具，制动能量地回收有着很大地潜力.车辆再生制动产生地反馈能量一般为牵引能量地30％甚至更多.而这些再生能量除了按一定比例(一般为20％～80％，根据列车运行密度和区间距离地不同而异)被其它相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被车辆地吸收电阻以发热地方式消耗掉或被线路上地吸收装置吸收.如果在一列地铁列车刹车时附近没有其他列车加速运行，那它所回馈地电能中只有30％～50％能被再次利用(尤其是在低电压、高电流地网络系统里).如果当列车发车地间隔大于10 min时，再生制动能量被相邻列车吸收重新利用地概率几乎为零.b5E2R。 （2）由于制动电阻地发热引发站台和地下隧道热量积累、温度上升，某些城轨系统隧道温度高达50℃，不得不加大通风设备地容量，造成严重地二次能耗；p1Ean。 （3）对于车载制动电阻模式制动电阻增加车体自重造成地电能消耗十分可观； （4）牵引网上同时在线运行地车辆有十几对甚至几十对，负荷地变化造成牵引网压波动严重，不利于车辆平稳、可靠运行.可见车辆地制动能量至今还是一种没有被很好地开发利用地能量.DXDiT。 目前,在我国大力提倡节能降耗地形势下，城轨供电系统地发展进度已滞后列车车辆技术地发展，多个待建地城市轨道线路，如无锡、苏州、长沙、西安、深圳和广州等多条线路，都提出了对现有牵引供电系统进行技术改造地需求或者是寻求更好地储能装置去回收这些多余地再生能量.再生制动能量循环利用主要有储能和逆变两种方式:储能所采用地技术主要有蓄电池储能、电容储能、飞轮储能3种;而能量回馈所采用地技术主要是逆变至中压网络和低压网络两类.RTCrp。 首先介绍储能型回收装置 (1)蓄电池储能 蓄电池储能系统如图所示，该装置是将制动能量吸收到电池介质中，当供电区间有列车需要取流时，再将所储存地能量释放出去，由于蓄电池本身地特点充放电电流小，瞬间不能大功率充放电，所以该装置体积较大电池处于频繁充放电状态将影响其使用寿命，储能容量相对较少.5PCzV。
制动工况对对电动汽车制动回收能量影响的分析
制动工况对电动汽车制动能量回收影响分析 摘要：为提高再生制动能量回收效果，本文从制动工况角度出发，分析了制动工况对再生制动能量回收效果的影响。制动工况包括制动初速度和制动强度两个因素，通过在Matlab/Simulink 与Isight 建立联合仿真平台，对由制动初速度和制动强度组成的连续设计空间进行试验设计(DOE)，分析两者对制动能量回收效果的影响关系，得到两者对能量回收的贡献率，为驾驶员制动提供指导依据。 关键词：电动汽车；再生制动；制动强度；制动初速度；工况分析； 前 言 随着能源和环境问题日益突出，电动汽车已成为替代传统内燃机汽车的最佳选择。受限于当前技术条件，电动汽车续驶里程普遍较短，电动汽车节能技术成为电动汽车研究的重要方面，其中再生制动作为电动汽车节能主要手段，受到国内外学者广泛关注[1-2]。设计阶段的电动汽车结构和动力系统设计、运行阶段的控制策略和制动工况等都是影响再生制动能量回收效果的因素[3]。 目前，制动工况方面的分析研究，多集中对制动工况进行解耦，分别研究制动初速度和制动强度对制动回收能量效果的影响[4-6]，并未综合分析制动工况各因素影响能量回收效果之间的耦合关系，或分析制动强度与制动初始速度对能量回收效果贡献大小。 制动工况分为两种，单次制动工况和循环制动工况[7]，循环制动工况多用在试验条件下对电动车性能测试，日常驾驶中更多应用的是单次制动工况。单次制动工况为本文研究工况，其影响因素包含两个方面：制动强度(z )和制动初速度。 本文以较为普遍的集中电机前轴驱动电动汽车为研究对象，采用制动稳定性较好的理想制动力分配策略，利用Matlab/Simulink 与Isight 建立联合仿真平台，对由制动初速度和制动强度组成的连续设计空间进行试验设计(DOE)。采用最优拉丁超立方设计(Optimal latin hypercube design ，OptLHD)对连续设计空间进行采样，分析制动回收能量与制动初速度和制动强度之间的关系，分析制动工况对制动能量回收的主效应和交互效应，和影响制动能量回收的主次因素。 1 制动能量回收影响因素分析 再生制动时受各种阻力损耗、摩擦制动器消耗、电机和电池工作特性和效率、相关部件工作效率等方面的影响，未能将制动动能完全转化为电能存储在蓄电池中。综上各方面将主要因素分为一下三类： (1)影响制动总能量的因素，制动总能量计算公式为()222 1e s v v m E -=（式中，E 为制动总能量，kJ ；m 为电动车整备质量，kg ；s v 和e v 分别为为车辆制动初始和终止速度，1s m -? ），得出影响因素主要是制动初速度、电动汽车整备质量等。 (2)影响可回收能量的因素，如制动强度、车辆结构（滚动阻力消耗、空气阻力消耗等）、制动力分配策略（摩擦制动损耗）等。 (3)影响再生制动回收能量的因素，如驱动系统布置、电机和电池工作特性、传动系统特性、各部件及传递线路损耗、控制器损耗等。 以上影响因素主要归为四个方面：车辆结构、动力系统结构、制动工况、制动控制策略，在设计阶段车辆结构、动力系统结构和控制策略确定后，制动工况成为可根据驾驶员主观操纵的影响再生制动能量回收效果的唯一因素。 2 仿真模型与验证 2.1 理想再生制动力分配策略