黎同輝

（廣汽本田，廣東 廣州 510799）

新能源汽車(chē)再生制動(dòng)技術(shù)淺析

黎同輝

（廣汽本田，廣東 廣州 510799）

全球汽車(chē)業(yè)每年消耗著大量的石油，如我國(guó)每年就有85%的石油量是消耗在汽車(chē)行業(yè)，并且因汽車(chē)產(chǎn)量需求不斷增加，石油的需求量也無(wú)休止地增加。然而，隨著石油這種不可再生能源的逐漸消耗,日漸短缺；以及因汽車(chē)尾氣排放導(dǎo)致的全球氣溫上升、空氣質(zhì)量惡化等問(wèn)題，新能源汽車(chē)的推廣迫在眉睫。在新能源汽車(chē)上的諸多先進(jìn)技術(shù)中，無(wú)論是對(duì)純電動(dòng)車(chē)還是混合動(dòng)力車(chē)而言，再生制動(dòng)都是必不可少的裝備，相比傳統(tǒng)的制動(dòng)方式而言，其核心作用就是將車(chē)輛制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的熱能儲(chǔ)存起來(lái)再利用，從而更有效地達(dá)到節(jié)省能源和降低廢氣排量的目的。本文對(duì)再生制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理和節(jié)能方式進(jìn)行分析，介紹相關(guān)重要部件及整體技術(shù)要點(diǎn)，并且展望再生制動(dòng)技術(shù)的未來(lái)前景?？傮w論述再生制動(dòng)是當(dāng)前以及今后汽車(chē)發(fā)展的一項(xiàng)重要技術(shù)。

再生制動(dòng)；能量回收；電動(dòng)伺服制動(dòng)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.008

CLC NO.: U461.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-21-07

現(xiàn)今社會(huì)，汽車(chē)這個(gè)工業(yè)產(chǎn)品發(fā)展越來(lái)越快。汽車(chē)給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)的有利變更是人們有目共睹的，它縮短了地域間的距離，提高了生產(chǎn)的效率；人們享受駕駛的樂(lè)趣的同時(shí)，也享受著汽車(chē)為生活提速的便利。汽車(chē)這個(gè)工業(yè)產(chǎn)品從奢侈品逐步成為人們的生活必需品，各家庭的人們因擁有汽車(chē)而擴(kuò)大了生活的半徑，拉近彼此的距離。然而，汽車(chē)對(duì)能源的消耗和對(duì)環(huán)境的影響是制約汽車(chē)發(fā)展的兩項(xiàng)重要決定因素。因此，各國(guó)都致力于新能源汽車(chē)的研究發(fā)展，如純電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)、氣體（天然氣、液化石油氣）燃料汽車(chē)、生物燃料（醇類(lèi)、醚類(lèi)）汽車(chē)、氫能源汽車(chē)及太陽(yáng)能汽車(chē)等。然而，由于新能源汽車(chē)技術(shù)目前尚存在一些短時(shí)間內(nèi)難以解決的問(wèn)題，并且各國(guó)政府和行業(yè)或多或少存在一些制約因素，純電動(dòng)等新能源汽車(chē)現(xiàn)階段還是難以推廣，相比而言，混合動(dòng)力汽車(chē)因技術(shù)更成熟，更有市場(chǎng)價(jià)值和發(fā)展前景。

圖1 汽車(chē)行業(yè)CO2排放比例

眾所周知，汽車(chē)制動(dòng)是靠摩擦的方式進(jìn)行的，摩擦固然會(huì)存在熱量的產(chǎn)生和散失。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在城市工況下會(huì)有大于50%的驅(qū)動(dòng)能量在制動(dòng)后損失，郊區(qū)工況下也會(huì)有至少20%的損失。這對(duì)于以節(jié)能為目的的新能源汽車(chē)是大為不利的，無(wú)論是混合動(dòng)力還是純電動(dòng)的新能源車(chē)，再生制動(dòng)技術(shù)（Regenerative Braking Technology）都是與之匹配的制動(dòng)方式。有別于傳統(tǒng)制動(dòng)方式，再生制動(dòng)可以在車(chē)輛剎車(chē)、減速或下坡的過(guò)程中將車(chē)輛的部分動(dòng)能通過(guò)能量轉(zhuǎn)換裝置，將其轉(zhuǎn)化為電能，且通過(guò)能量回收系統(tǒng)吸收并存儲(chǔ)起來(lái)，然后能量管理策略優(yōu)化能量的分配，在車(chē)輛起步加速時(shí)再把儲(chǔ)存的能量釋放出來(lái)，形成驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛的動(dòng)力。這種方式一方面將車(chē)輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成其它形式的能量回收再利用，節(jié)約了能源, 而不是像機(jī)械摩擦制動(dòng)那樣將車(chē)輛的動(dòng)能變?yōu)闊崮芾速M(fèi)掉；另一方面減輕了機(jī)械摩擦制動(dòng)的磨損，增加了摩擦制動(dòng)器的壽命。因此，開(kāi)展再生制動(dòng)技術(shù)研究，對(duì)車(chē)輛節(jié)能技術(shù)有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。

1、再生制動(dòng)的基本原理

1.1 定義

再生制動(dòng)（Regenerative Braking)，也稱反饋制動(dòng)，是指純電動(dòng)或混動(dòng)汽車(chē)在減速或者下坡時(shí)，將汽車(chē)的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化的電能儲(chǔ)存在儲(chǔ)存裝置中，如各種蓄電池、超級(jí)電容和超高速飛輪，最終增加電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程。如果蓄能器已經(jīng)被完全充滿，再生制動(dòng)就不能實(shí)現(xiàn)，所需的制動(dòng)力就只能由常規(guī)的制動(dòng)系統(tǒng)提供。再生制動(dòng)有別于傳統(tǒng)制動(dòng)，把動(dòng)能轉(zhuǎn)化及儲(chǔ)存起來(lái)，而不是變成無(wú)用的熱在空氣中白白散失掉。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

1.2.1 傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成

傳統(tǒng)汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示，由制動(dòng)踏板、制動(dòng)主缸、ABS調(diào)節(jié)器、輪缸、摩擦片、制動(dòng)盤(pán)及相關(guān)管路構(gòu)成。

圖2 傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成

整個(gè)制動(dòng)過(guò)程是：由駕駛員發(fā)出指令給制動(dòng)踏板踏力（踩下制動(dòng)踏板），推動(dòng)制動(dòng)主缸（其中，由真空助力器向發(fā)動(dòng)機(jī)獲得負(fù)壓，給制動(dòng)踏板提供助力），主缸活塞建立液壓通過(guò)油管通向ABS調(diào)節(jié)器，此時(shí)ECU通過(guò)整車(chē)行駛的信息給ABS發(fā)出相應(yīng)的脈沖指令，ABS的電磁閥控制各路車(chē)輪的制動(dòng)硬管的液壓，最后，通過(guò)液壓推動(dòng)各車(chē)輪上的制動(dòng)輪缸，輪缸活塞推動(dòng)制動(dòng)片形成對(duì)制動(dòng)盤(pán)的夾緊作用，也就是形成制動(dòng)效果。當(dāng)中不難發(fā)現(xiàn)，真空助力器在常規(guī)動(dòng)力的汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)中扮演一個(gè)很重要的角色，一方面是建立液壓的重要部件，另一方面也是由它來(lái)獲得負(fù)壓從而提供助力給踏板，也就是說(shuō)，直接影響著駕駛員踩剎車(chē)的主觀感覺(jué)。

圖3 傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)過(guò)程

1.2.2 再生制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成

在混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)車(chē)上啟用再生制動(dòng)系統(tǒng)，一方面是因混合動(dòng)力車(chē)或電動(dòng)車(chē)是發(fā)動(dòng)機(jī)存在不工作的時(shí)候或沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)的，相應(yīng)的變更為電動(dòng)機(jī)在工作；另一方面，就是為了能量回收，最大限度地節(jié)省能源。再生制動(dòng)系統(tǒng)兩大特點(diǎn)就是能量回收和電動(dòng)伺服助力。

圖4 再生制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成

基于以上原因，新能源車(chē)上的整個(gè)再生制動(dòng)系統(tǒng)，分別是由帶再生制動(dòng)信息的組合儀表（METER）、帶伺服傳感器的制動(dòng)踏板（BPS）、電動(dòng)伺服制動(dòng)功能的電路控制單元（ESB ECU）、VSA調(diào)節(jié)器、電機(jī)總成、電動(dòng)伺服制動(dòng)主缸（TMOC）、制動(dòng)操作力模擬系統(tǒng)（BOS），等部件構(gòu)成。

圖5 再生制動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)部件

各部件作用：

（1）專(zhuān)用組合儀表(Meter)用于顯示所有關(guān)于再生制動(dòng)的信息，如駕駛員可直觀知悉車(chē)輛當(dāng)前時(shí)刻是處于制動(dòng)模式還是能量回收模式還是能量釋放狀態(tài)，又或者是制動(dòng)系統(tǒng)異常等信息；

圖6 儀表顯示車(chē)況信息

（2）制動(dòng)踏板BPS(Brake Pedal Stroke Sensor)上有位移及踏板力傳感器，能感知駕駛員的制動(dòng)意圖，是需要緩慢制動(dòng)還是緊急制動(dòng)的工況，傳感器將制動(dòng)踏板的行程和操作力轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)傳遞至控制單元；

（3）ESB ECU接收傳感器反饋來(lái)的電信號(hào)，基于自身ESB邏輯策略，合理有效地給BOS和TMOC發(fā)出指令，使其進(jìn)行作動(dòng)；

（4）BOS(Brake Operating System)制動(dòng)力操作系統(tǒng)根據(jù)具體指令給制動(dòng)踏板提供反力（提供類(lèi)似負(fù)壓助力的作用，助力的大小決定于制動(dòng)踏板上傳感器的反饋信號(hào)）。其實(shí)制動(dòng)操作力系統(tǒng)也稱制動(dòng)操作力回饋模擬器，就是為了在制動(dòng)過(guò)程中保證制動(dòng)踏板可以給駕駛員提供一個(gè)“真實(shí)”的力的反饋。它與制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)相連，負(fù)責(zé)在制動(dòng)過(guò)程中向駕駛員提供反饋力，這樣，這套制動(dòng)系統(tǒng)在駕駛員看來(lái)就與熟悉的傳統(tǒng)車(chē)型相同了，使駕駛員無(wú)論是緩剎車(chē)還是急剎車(chē)，踏板給腳的感覺(jué)都是線性合理的，不會(huì)出現(xiàn)一腳踩空或硬到踩不動(dòng)。

圖7 BOS總成實(shí)物外觀

也許你會(huì)提出疑問(wèn)，車(chē)輛在行駛時(shí)如果發(fā)生電器電路故障導(dǎo)致了制動(dòng)助力電機(jī)無(wú)法正常工作，那豈不是要大禍臨頭？其實(shí)不然，踏板回饋模擬裝置與制動(dòng)總泵間有油管相連，但在正常情況下，油路是被“切斷”的，所有制動(dòng)壓力由助力電機(jī)提供，而當(dāng)助力電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，制動(dòng)壓力還是可以在駕駛員踩下制動(dòng)踏板后，踏板回饋模擬裝置將制動(dòng)液推向管路形成制動(dòng)壓力，只不過(guò)，相比之下，踩下制動(dòng)踏板的力量會(huì)稍大些，為了使之更完善，工程師通過(guò)加長(zhǎng)制動(dòng)踏板的方式來(lái)減輕制動(dòng)所需力量；

圖8 TMOC總成實(shí)物外觀

（5）TMOC(Tandem Motor Cylinder)伺服電機(jī)液壓主缸也是根據(jù)指令進(jìn)行作動(dòng)，由自身的電動(dòng)馬達(dá)推動(dòng)制動(dòng)總泵為制動(dòng)管路建立液壓（制動(dòng)壓力則依據(jù)踏板位置信號(hào)計(jì)算得出）。該部品負(fù)責(zé)提供助力、建立液壓和協(xié)調(diào)再生制動(dòng)力分配，其角色就好比傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中的真空助力器和制動(dòng)主缸；

圖9 TMOC的內(nèi)部構(gòu)成

（6）最后，由VSA調(diào)節(jié)器根據(jù)ECU指令分配各車(chē)輪的制動(dòng)油壓，推動(dòng)制動(dòng)卡鉗在制動(dòng)盤(pán)上施加相應(yīng)的夾緊力，完成最終整車(chē)的制動(dòng)。

整個(gè)制動(dòng)過(guò)程的信息傳遞過(guò)程如下圖所示。

圖10 ESB系統(tǒng)信息流

1.3 再生制動(dòng)系統(tǒng)工作原理

1.3.1 主要輔助機(jī)能

圖11 ESB系統(tǒng)重點(diǎn)部品布局

在說(shuō)明ESB(Electric Servo Brake)工作原理前，先簡(jiǎn)單介紹其輔助機(jī)能。下圖是再生制動(dòng)系統(tǒng)重要部品的布局圖，該系統(tǒng)除了履行一般的整車(chē)制動(dòng)功能外，還包括一些ESB基本機(jī)能，如：（1）S/C壓控制：產(chǎn)生與制動(dòng)踏板入力相應(yīng)的油壓；（2）電機(jī)保護(hù)控制：避免連續(xù)通電引起的電機(jī)過(guò)熱燒損；（3）再生協(xié)調(diào)控制：通過(guò)與ECU的通信，分配再生/油壓的制動(dòng)力；（4）STALL協(xié)調(diào)控制：結(jié)合VSA的作動(dòng)機(jī)能，爬坡路停車(chē)時(shí)的制動(dòng)力保持。

1.3.2 ESB工作原理

下面對(duì)再生制動(dòng)技術(shù)的核心機(jī)能ESB(Electric Servo Brake)電動(dòng)伺服制動(dòng)的工作原理進(jìn)行說(shuō)明：

（1）非工作狀態(tài)

在非工作狀態(tài)下，也就是駕駛員沒(méi)有給制動(dòng)踏板施加踏板力時(shí)，如圖11所示，MCV閥是開(kāi)通的，使得上部制動(dòng)液管路和下部制動(dòng)液管路是相通的。PFSV閥是閉合的，故PFS沒(méi)反饋液壓給BOS。另外，由于ECU沒(méi)有給指令TMOC的電機(jī)，電機(jī)是不作動(dòng)的，所以整個(gè)制動(dòng)液管路是沒(méi)建立液壓的，處于自由狀態(tài)。

圖12 非工作狀態(tài)

（2）正常制動(dòng)狀態(tài)

在駕駛員進(jìn)行正常的制動(dòng)操作時(shí)，如圖12所示，先是對(duì)制動(dòng)踏板施加踏板力，踏板發(fā)生位移，通過(guò)連桿推動(dòng)BOS的液壓缸，PFSV閥開(kāi)通，制動(dòng)液填充到PFS且通過(guò)PFS建立制動(dòng)。另一方面，通過(guò)ECU的指令，將PFS的液壓分配反饋到BOS缸體，反饋力最終體現(xiàn)到踏板上，形成與駕駛員制動(dòng)意圖和踏板力相對(duì)應(yīng)的踏板反力（反力的模擬量通過(guò)踏板上的位移傳感器給ECU信號(hào)來(lái)判斷），從而不會(huì)給駕駛員有一腳踩空或踏板很重的感覺(jué)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是形成類(lèi)似真空助力器的模擬量感覺(jué)。與此同時(shí)，MCV閥關(guān)閉，從而切斷上下流的制動(dòng)液管路。并且ECU給指令TMOC的電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)（正常制動(dòng)時(shí)電機(jī)是正轉(zhuǎn)的，加速度和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間基于是緊急制動(dòng)還是緩制動(dòng)的踏板輸入量而定），電機(jī)帶動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)推動(dòng)制動(dòng)主缸的活塞作動(dòng)，從而使制動(dòng)液從制動(dòng)主缸到制動(dòng)管道再到輪缸建立液壓，最后推動(dòng)輪缸的活塞，完成對(duì)制動(dòng)盤(pán)的夾緊力的整車(chē)制動(dòng)效果。制動(dòng)力的大小取決于液壓的大小，液壓的大小取決于電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的角度決定于踏板行程/踏板力傳感器的信號(hào)。制動(dòng)控制與電機(jī)控制協(xié)同工作，確定電動(dòng)汽車(chē)上的再生制動(dòng)力矩和前后輪上的液壓制動(dòng)力。

圖13 正常制動(dòng)狀態(tài)

（3）再生協(xié)調(diào)模式時(shí)

在制動(dòng)中期進(jìn)行0壓再生，能量回收的時(shí)候，制動(dòng)液壓是總輪缸指向制動(dòng)主缸TMOC的，從圖13可見(jiàn)，液壓推動(dòng)主缸的活塞，再把力通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)傳遞給電機(jī)，使得電機(jī)反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)液壓能向電能的轉(zhuǎn)換，這樣達(dá)到能量回收的效果。值得注意的是，電機(jī)的逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速也是受到ECU的控制的，使得液壓力和電機(jī)作動(dòng)力的匹配達(dá)到一個(gè)合理的水平，故能很好地對(duì)應(yīng)0壓再生和車(chē)速制動(dòng)過(guò)程中低速化。在整個(gè)過(guò)程中，MCV閥還是仍然處于閉合狀態(tài)的，所以上流管道的液壓不受到影響，PFS依舊由ECU的指令下給予踏板一個(gè)合適的反力模擬量，使得駕駛員在整個(gè)過(guò)程中有一個(gè)合適的制動(dòng)踏板操作感。

圖14 再生制動(dòng)模式

（4）電動(dòng)伺服制動(dòng)失效時(shí)

我們可能會(huì)擔(dān)心，當(dāng)電動(dòng)伺服TOMC的電機(jī)失效（無(wú)電源或電機(jī)壞了）的時(shí)候，豈不是會(huì)導(dǎo)致無(wú)法完成制動(dòng)？這豈不是很危險(xiǎn)？其實(shí)，這也是設(shè)計(jì)者已經(jīng)考慮到的。如圖14所示，當(dāng)TMOC的電機(jī)失效，電機(jī)停止工作時(shí)，制動(dòng)主缸和整制動(dòng)管路的液壓就不能靠電機(jī)的作動(dòng)來(lái)建立了。但這個(gè)時(shí)候MCV閥就會(huì)開(kāi)通，使得上下兩部分的液壓管路相通，駕駛員通過(guò)踩下制動(dòng)踏板推動(dòng)BOS的活塞，再把制動(dòng)液壓向TMOC來(lái)建立制動(dòng)管路的液壓。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是用純?nèi)肆Φ姆绞絹?lái)踩出制動(dòng)效果。不難發(fā)現(xiàn)，這時(shí)PFSV閥是閉合的，PFS與BOS是不相通的，所以這種模式下是沒(méi)有踏板模擬反力的，故駕駛員在這種情況下會(huì)覺(jué)得踏板力比正常時(shí)要稍大，但設(shè)計(jì)者通過(guò)加大踏板臂的方式來(lái)減小這種影響，并且通過(guò)以上操作，達(dá)到不影響在無(wú)伺服助力狀態(tài)下的整車(chē)制動(dòng)效果。

圖15 失效模式

2、再生制動(dòng)的能量回收

2.1 制動(dòng)過(guò)程中的能量

制動(dòng)能量分為可回收能量和不可回收能量。不可回收的能量主要是汽車(chē)克服滾動(dòng)阻力和空氣阻力所消耗的能量和在傳遞過(guò)程中損失的能量。可回收能量是驅(qū)動(dòng)軸上的制動(dòng)能量。在平坦的路面上（可忽略道路坡度的影響，此外傳動(dòng)系統(tǒng)阻力較小，也可忽略），汽車(chē)在行駛過(guò)程中當(dāng)切斷動(dòng)力后以初始車(chē)速v0，減速至車(chē)速v1過(guò)程中，其能量變化關(guān)系為：

式中：△W-----制動(dòng)時(shí)衰減的動(dòng)能；

m------汽車(chē)質(zhì)量，kg；

Wf----滾動(dòng)阻力所作的功，(J)；

Wa----空氣阻力所作的功，(J)；

Wb----制動(dòng)力所作的功，(J)。

Wf和Wa的能量是不可回收的，只有Wb可回收再利用的。傳統(tǒng)摩擦制動(dòng)力做功是將汽車(chē)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，逸散于大氣中。這種能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是單向不可逆的，因此無(wú)法加以利用，只有回收制動(dòng)裝置的制動(dòng)力所做的功才可以被利用。因此為了提高汽車(chē)的能量利用率，在制動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)該盡可能多的回收制動(dòng)裝置的制動(dòng)力，使其發(fā)揮作用。

2.2 制動(dòng)模式分析

根據(jù)汽車(chē)行駛特點(diǎn)，制動(dòng)模式不同，回收的能量也有差異。制動(dòng)或減速可分為以下幾種工況：(1)緊急剎車(chē)。此時(shí)制動(dòng)加速度往往大于3m/s2，某些情況下，甚至能達(dá)到7～8 m/s2。此時(shí)以傳統(tǒng)的機(jī)械剎車(chē)為主，能量回收系統(tǒng)同時(shí)作用,但由于緊急制動(dòng)過(guò)程非常短，因此能夠回收的動(dòng)能量比較少。(2)中度剎車(chē)。即一般制動(dòng)，指制動(dòng)減速度小于3m/s2，且大于滑行減速度(根據(jù)車(chē)輛的不同計(jì)算方法如公式(1)時(shí)，可分為減速過(guò)程與停車(chē)過(guò)程，能量回收系統(tǒng)負(fù)責(zé)減速過(guò)程，機(jī)械剎車(chē)完成停止過(guò)程。(3)汽車(chē)下坡時(shí)的剎車(chē)。此時(shí)制動(dòng)力很小，能量回收系統(tǒng)負(fù)責(zé)全過(guò)程。(4)滑行減速?；袦p速是指汽車(chē)切斷動(dòng)力后依靠慣性滑行的減速模式，其制動(dòng)減速度就是滑行減速度，該過(guò)程中消耗的能量無(wú)法回收利用。滑行減速度可由(1)式計(jì)算：

式中：a0-----滑行速度，m/ s2；

V-----汽車(chē)速度，km/h；

φ----旋轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)；

f----滾動(dòng)阻力系數(shù)；

Cp---空氣阻力系數(shù)；

m----汽車(chē)質(zhì)量；

A。----迎風(fēng)面積，m2。

(5)緩慢減速過(guò)程。緩慢減速過(guò)程是指汽車(chē)以小于滑行減速度的減速度緩慢減速的運(yùn)行情況，此時(shí)仍然需要?jiǎng)恿ρb置輸出少量的動(dòng)力，該過(guò)程中消耗的能量也無(wú)法回收利用。

2.3 可回收能量

一次剎車(chē)可回收利用的能量為：

式中：K1----汽車(chē)的機(jī)械傳動(dòng)效率；

K2----制動(dòng)能量回收效率，在制動(dòng)過(guò)程隨轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩變化；

K3----制動(dòng)能量利用效率；

△W ---汽車(chē)制動(dòng)時(shí)衰減的動(dòng)能；

Wf----滾動(dòng)制動(dòng)時(shí)衰減的動(dòng)能；

Ff----滾動(dòng)摩擦力；

S----制動(dòng)距離，它取決于制動(dòng)力的大小和制動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短。

2.4 再生制動(dòng)的能量回收過(guò)程

汽車(chē)再生制動(dòng)是指汽車(chē)在減速或制動(dòng)過(guò)程中，在保證車(chē)輛制動(dòng)性能的條件下，通過(guò)與驅(qū)動(dòng)輪（軸）相連的能量轉(zhuǎn)換裝置，把汽車(chē)的一部分動(dòng)能或位能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，并儲(chǔ)存在能量?jī)?chǔ)存裝置中，然后在汽車(chē)起步或加速時(shí)釋放能量。

如下圖所示，制動(dòng)初期通過(guò)油壓提供一個(gè)較小的制動(dòng)力矩，形成初期的制動(dòng)效果，這個(gè)油壓制動(dòng)的時(shí)間一般會(huì)很短暫。

圖16 制動(dòng)時(shí)相關(guān)物理量變化

接下來(lái)由車(chē)輪的反向力矩對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行0壓再生的過(guò)程，在整個(gè)再生制動(dòng)力矩的過(guò)程形成能量回收，最后電機(jī)才進(jìn)一步作動(dòng)，形成電動(dòng)伺服制動(dòng)。有別于過(guò)往常規(guī)制動(dòng)，再生制動(dòng)有一個(gè)再生制動(dòng)力矩進(jìn)行能力回收的過(guò)程，很好地在新能源車(chē)上達(dá)到節(jié)能的目的。另外，由ECU進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，在整個(gè)過(guò)程車(chē)輛都是能夠按照駕駛員的意圖輸出合適的制動(dòng)力，使得車(chē)輛速度逐漸下降直到停下來(lái)的。從節(jié)能角度來(lái)講，就是不會(huì)讓過(guò)往常規(guī)摩擦制動(dòng)那樣，在制動(dòng)過(guò)程中通過(guò)熱散失把能量白白損耗了。

2.5 再生制動(dòng)能量回收的類(lèi)型

根據(jù)目前的研究成果可知，再生制動(dòng)能量回收的基本原理是先將車(chē)輛制動(dòng)或減速時(shí)的一部分機(jī)械能（動(dòng)能）經(jīng)再生系統(tǒng)轉(zhuǎn)換（或轉(zhuǎn)移）為其他形式的能量（旋轉(zhuǎn)動(dòng)能、液壓能、化學(xué)能等），并儲(chǔ)存在儲(chǔ)存器中，同時(shí)產(chǎn)生一定的負(fù)荷阻力使汽車(chē)減速制動(dòng)；當(dāng)汽車(chē)再次啟動(dòng)或加速時(shí)，再生系統(tǒng)又將儲(chǔ)存在儲(chǔ)能器中的能量轉(zhuǎn)換為汽車(chē)行駛所需要的動(dòng)能（驅(qū)動(dòng)力）。

圖17

根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理不同，電動(dòng)汽車(chē)再生制動(dòng)能量回收的方式也不同，主要有3種，即飛輪儲(chǔ)能、液壓儲(chǔ)能和電化儲(chǔ)能。

（1）飛輪儲(chǔ)能式：是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來(lái)儲(chǔ)存和釋放能量，能量回收系統(tǒng)原理如下圖所示。當(dāng)汽車(chē)制動(dòng)或減速時(shí)，先將汽車(chē)在制動(dòng)或減速過(guò)程中的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成飛輪高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能；當(dāng)汽車(chē)再次啟動(dòng)或加速時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪又將存儲(chǔ)的動(dòng)能通過(guò)傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)化為汽車(chē)行駛的驅(qū)動(dòng)力。

圖18 飛輪儲(chǔ)能式的能量流

（2）液壓儲(chǔ)能式：的再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)原理如下圖示。它是先將汽車(chē)在制動(dòng)或減速過(guò)程中的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成液壓能，并將液壓能儲(chǔ)存在液壓儲(chǔ)能器中；當(dāng)汽車(chē)再次起動(dòng)或加速時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)又將儲(chǔ)能器中的液壓能以機(jī)械能的形式反作用于汽車(chē)，以增加汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力。

圖19 液壓儲(chǔ)能式的能量流

（3）電化學(xué)儲(chǔ)能式：的再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)原理如下圖示。它是先將汽車(chē)在制動(dòng)或減速過(guò)程中的動(dòng)能，通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能并以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在儲(chǔ)能器中；當(dāng)汽車(chē)再次起動(dòng)或加速時(shí)，再將儲(chǔ)能器中的化學(xué)能通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為汽車(chē)行駛的動(dòng)能。儲(chǔ)能器可采用蓄電池或超級(jí)電容，有發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能之間的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)還包括一個(gè)控制單元，用來(lái)控制蓄電池或超級(jí)電容的充放電狀態(tài)，并保證蓄電池的剩余電量在規(guī)定的范圍內(nèi)。

圖20 電化學(xué)儲(chǔ)能式的能量流

2.6 制動(dòng)能量的儲(chǔ)存形式

制動(dòng)能量的儲(chǔ)存形式多種多樣，只要便于儲(chǔ)存和釋放再利用就可行，目前主要有上述提及的飛輪儲(chǔ)能式、液壓儲(chǔ)能式、電化學(xué)儲(chǔ)能式3種，因電化學(xué)儲(chǔ)能式相比前兩種在能量傳遞的效率和儲(chǔ)存放穩(wěn)定性方面更為理想，所以使用的最為廣泛。

圖21 三種能量回收方式優(yōu)劣對(duì)比

3、再生制動(dòng)的發(fā)展情況

3.1 目前發(fā)展

目前再生制動(dòng)技術(shù)在國(guó)外已被較多的使用，主要體現(xiàn)在混合動(dòng)力車(chē)型和純電動(dòng)的車(chē)型上。比較具有代表性的是豐田的普銳斯、CT200h、本田的混合動(dòng)力飛度、純電動(dòng)版的飛度、Insight、福特公司的Prodigy、日產(chǎn)的Tino、通用的Precept等，并且普銳斯轎車(chē)還使用了比較先進(jìn)的控制策略，它的ECB制動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)四輪單獨(dú)控制，車(chē)輛的常規(guī)制動(dòng)、緊急制動(dòng)、制動(dòng)能量回收以及防加速打滑控制等技術(shù)只需要一套制動(dòng)系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)，所以均能看到國(guó)外在該項(xiàng)技術(shù)已達(dá)到比較成熟的階段。但因新能源車(chē)在我國(guó)起步較晚，再生制動(dòng)技術(shù)還處于起步階段，尚未在國(guó)內(nèi)行業(yè)有更多的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)的一些高校、汽車(chē)主機(jī)廠、研究院都在這一領(lǐng)域進(jìn)行研究，并取得了一些初步成果，但是均沒(méi)有達(dá)到比較成熟的階段。國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用的再生知道那個(gè)系統(tǒng)普遍存在制動(dòng)力難于準(zhǔn)確控制、制動(dòng)穩(wěn)定性差、能力回收效率有限等問(wèn)題。大部分研究都停留在理論分析和建模仿真階段，極少實(shí)車(chē)應(yīng)用，相關(guān)的制造和使用標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)健全。

3.2 未來(lái)前景

總體來(lái)講，再生制動(dòng)的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，除開(kāi)可以回收能量給電池等設(shè)備充電之外，它也不受制動(dòng)系統(tǒng)熱衰減的影響，更重要的是，它是基于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的，并不需要做太多專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)和改動(dòng)，較為容易實(shí)現(xiàn)，只要解決了制動(dòng)力均衡的問(wèn)題，再生制動(dòng)是一項(xiàng)非常適合新能源車(chē)型，同時(shí)頗為實(shí)用的技術(shù)。對(duì)于再生制動(dòng)技術(shù)，若未來(lái)科研人員們能在制動(dòng)控制的穩(wěn)定性、能量回收的充分性、制動(dòng)踏板的平穩(wěn)性和復(fù)合制動(dòng)機(jī)能兼容的協(xié)調(diào)性這幾方面能進(jìn)一步突破的話，再生制動(dòng)技術(shù)在新能源汽車(chē)上的真正推廣和實(shí)車(chē)應(yīng)用肯定能實(shí)現(xiàn)的。

4、結(jié)束語(yǔ)

新能源汽車(chē)的節(jié)能技術(shù)需要以節(jié)約能源和回收能量相結(jié)合，這樣才能達(dá)到節(jié)能減排的根本目的和最佳效果。再生制動(dòng)技術(shù)也是新能源汽車(chē)制動(dòng)領(lǐng)域的必然選擇。因此，本人預(yù)測(cè)在不久的將來(lái)，隨著石油等不可再生能源的緊缺，新能源汽車(chē)的進(jìn)一步推廣和普及，再生制動(dòng)技術(shù)也會(huì)得到快速普及和應(yīng)用，最終成為主流！

[1] 夏宇敬.《淺析再生制動(dòng)》山東省德州市德州學(xué)院.《中國(guó)科技信息》2009年10期.

[2] 陳慶樟,何仁,商高高.《汽車(chē)能量再生制動(dòng)技術(shù)研究現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)》.常熟理工學(xué)院.《汽車(chē)技術(shù)》2008年6期.

[3] 孟秋紅,郭金波.《再生制動(dòng)技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用》石家莊鐵道學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院《天津汽車(chē)》2007年3期.

[4] 張子英,張保成.《車(chē)輛制動(dòng)能量回收再利用技術(shù)研究》.ZHANG Zi-yingZHANG Bao-cheng .《節(jié)能技術(shù)》2010年3期.

[5]《Studies of regenerative braking in electric vehicle》Yoong, M.K.; Gan, Y.H.; Gan, G.D.; Leong, C.K.; Phuan, Z.Y.; Cheah, B.K.; Chew, K.W. Sustainable Utilization and Development in Engine ering and Technology (STUDENT), 2010 IEEE Conference on 2010.

[6]《Regenerative braking》Dr.Yimin Gao in Encyclopedia of Sustainability Science and Technology (2012).

Analysis on regenerative braking technology of new energy vehicles

Li Tonghui
（Guangzhou Honda, Guangdong Guangzhou 510799）

The global auto industry consumes large amounts of oil, such as our country is 85% of the amount of oil consumed each year in the automotive industry, and the increasing demand for car production, demand for oil is increasing endlessly. However, as the oil the non-renewable energy consumption gradually, as well as the global temperature rise caused by vehicle emissions, air quality deterioration and other issues, looming in the promotion of new energy vehicles. Of the many advanced technologies in new energy automobile, whether for pure electric vehicles or hybrid electric vehicles, regenerative braking is an essential equipment. Compared to the traditional way of braking, its core role is to vehicle brake produced by the heat energy storage and reuse, so as to more effectively achieve the purpose of saving energy and reducing emissions. In this paper, the working principle of regenerative braking system and the way of energy saving is analyzed, related to the important parts and key points for the overall technology, and prospects the future prospect of regenerative braking technology. Overall discusses the regenerative braking is the car in the present and the future development of an important technology.

regenerative braking; Energy recovery; Electric servo brake

U461.8

A

1671-7988 (2016)12-21-07

黎同輝，就職于廣汽本田技術(shù)部。