初 亮，劉達(dá)亮，劉宏偉，蔡健偉，趙 迪

(吉林大學(xué)，汽車(chē)仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130022)

純電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收評(píng)價(jià)方法研究?

初 亮，劉達(dá)亮，劉宏偉，蔡健偉，趙 迪

(吉林大學(xué)，汽車(chē)仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130022)

本文旨在研究純電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收的評(píng)價(jià)方法。從制動(dòng)能量回收的機(jī)理入手，分析了制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的制動(dòng)力分配和整車(chē)能量流；引入新的制動(dòng)器效能因數(shù)和電機(jī)制動(dòng)力分配系數(shù)的概念，推導(dǎo)出制動(dòng)輪缸壓力與制動(dòng)能量之間的關(guān)系；提出了評(píng)價(jià)制動(dòng)能量回收效果的3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別為制動(dòng)能量回收率、節(jié)能貢獻(xiàn)度和續(xù)駛里程貢獻(xiàn)度；并進(jìn)行了仿真和實(shí)車(chē)試驗(yàn)。結(jié)果表明，制動(dòng)能量回收率可反映制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的節(jié)能潛力，節(jié)能貢獻(xiàn)度能反映制動(dòng)能量回收系統(tǒng)對(duì)整車(chē)節(jié)能的貢獻(xiàn)度，評(píng)價(jià)指標(biāo)穩(wěn)定、合理。

純電動(dòng)汽車(chē)；再生制動(dòng)力分配；能量流；制動(dòng)能量回收評(píng)價(jià)；仿真；實(shí)車(chē)試驗(yàn)

前言

制動(dòng)能量回收技術(shù)作為電動(dòng)汽車(chē)的一項(xiàng)重要技術(shù)，是其節(jié)能環(huán)保的主要手段之一。制動(dòng)能量回收可延長(zhǎng)整車(chē)?yán)m(xù)駛里程，提高能量利用率。電動(dòng)汽車(chē)是未來(lái)汽車(chē)的發(fā)展方向，但關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收測(cè)試和評(píng)價(jià)方法國(guó)內(nèi)尚無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此為合理地評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收情況，需要詳細(xì)分析制動(dòng)能量回收過(guò)程中的機(jī)理以及能量流動(dòng)。

文獻(xiàn)[1]中以電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收過(guò)程中不同能量間的傳遞關(guān)系為研究對(duì)象，提出了制動(dòng)可回收率、制動(dòng)能量的轉(zhuǎn)化率和回收率3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，這3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)均未考慮能量傳遞過(guò)程中的轉(zhuǎn)化效率。計(jì)算整車(chē)動(dòng)能時(shí)，制動(dòng)可回收率未除去滾動(dòng)阻力和空氣阻力消耗的能量；并且在循環(huán)工況測(cè)試過(guò)程中，實(shí)際車(chē)速與目標(biāo)車(chē)速存在偏差，計(jì)算整車(chē)動(dòng)能時(shí)，未明確指出使用實(shí)際車(chē)速還是目標(biāo)車(chē)速；制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化率的分子和分母所使用的量不是同一類(lèi)物理量，給評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的測(cè)量帶來(lái)了難度，并且存在偏差。文獻(xiàn)[2]中提出了采用制動(dòng)能量回收率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，即經(jīng)過(guò)電機(jī)控制器輸出的能量與在制動(dòng)過(guò)程中車(chē)輛總動(dòng)能的比值，分子為充電電流與電壓乘積對(duì)時(shí)間的積分，分母為利用標(biāo)準(zhǔn)工況車(chē)速計(jì)算的整車(chē)動(dòng)能，也未除去滾動(dòng)阻力和空氣阻力消耗的能量；文獻(xiàn)[3]中提出了制動(dòng)能量回收貢獻(xiàn)率的評(píng)價(jià)指標(biāo)，反映了整車(chē)經(jīng)濟(jì)性能，但未對(duì)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的回收能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文中在分析純電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)工作機(jī)理，制動(dòng)過(guò)程中能量的流動(dòng)情況，考慮了各部件的能量轉(zhuǎn)化效率，提出了3個(gè)制動(dòng)能量回收評(píng)價(jià)指標(biāo):制動(dòng)能量回收率、節(jié)能貢獻(xiàn)度和續(xù)駛里程貢獻(xiàn)度。制動(dòng)能量回收率能反映制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的節(jié)能潛力，節(jié)能貢獻(xiàn)度和續(xù)駛里程貢獻(xiàn)度能夠反映制動(dòng)能量回收系統(tǒng)對(duì)整車(chē)節(jié)能的貢獻(xiàn)程度。這兩類(lèi)指標(biāo)能夠全面評(píng)價(jià)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的好壞。然后，推導(dǎo)了這3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算方法和測(cè)量方法。最后，通過(guò)仿真和實(shí)車(chē)試驗(yàn)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 再生制動(dòng)力分配

再生制動(dòng)力的分配關(guān)系到汽車(chē)的節(jié)能、制動(dòng)感覺(jué)和制動(dòng)安全性等目標(biāo)，因此需要合理分配前、后軸制動(dòng)力分配和電、液制動(dòng)力。基于傳統(tǒng)制動(dòng)力分配和法規(guī)要求，根據(jù)再生制動(dòng)力分配原則，本節(jié)將研究再生制動(dòng)力分配方法，并建立制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)輪缸壓力pc與液壓制動(dòng)力矩Mb之間的關(guān)系，以系數(shù)Kp2T表達(dá)，本文中稱(chēng)之為制動(dòng)器效能因數(shù)。提出了電機(jī)制動(dòng)力分配系數(shù)β′的概念，并建立電機(jī)制動(dòng)力分配系數(shù)β′與制動(dòng)能量回收率ηreg之間的關(guān)系。制動(dòng)器工作原理如圖1所示。

制動(dòng)器效能因數(shù)Kp2T定義為:在制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)作用半徑Re上所得到的摩擦力矩Mb與制動(dòng)輪缸壓力pc之比，即

圖1 制動(dòng)器工作原理示意圖

下面推導(dǎo)制動(dòng)器效能因數(shù)Kp2T的具體計(jì)算公式，在輪胎未抱死的情況下，制動(dòng)器制動(dòng)力矩與地面制動(dòng)力矩?cái)?shù)值上是相等的，于是有

制動(dòng)輪缸通過(guò)輪缸活塞的運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)襯塊施加給制動(dòng)盤(pán)的壓力大小為

式中Dc為輪缸活塞直徑。

根據(jù)牛頓摩擦定律，制動(dòng)盤(pán)作用半徑處的摩擦力Fμ與FcN之間的關(guān)系為

結(jié)合式(2)～式(4)可得

由式(6)可見(jiàn)，Kp2T的大小只與制動(dòng)輪缸直徑、制動(dòng)襯塊與制動(dòng)盤(pán)之間的摩擦因數(shù)和制動(dòng)盤(pán)作用半徑有關(guān)。所建立的輪缸液壓pc與液壓制動(dòng)力矩Mb之間的關(guān)系，為后續(xù)制動(dòng)力分配的計(jì)算以及控制提供了一個(gè)簡(jiǎn)便的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如在已知需求制動(dòng)力矩時(shí)，可以通過(guò)系數(shù)Kp2T直接得到所需的輪缸壓力pc，進(jìn)而控制電磁閥的動(dòng)作。

1.1 理想制動(dòng)力分配

前、后輪同時(shí)抱死時(shí)前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為理想的前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線(xiàn)，簡(jiǎn)

式中:μc為摩擦因數(shù)；Re為制動(dòng)盤(pán)作用半徑；n為制動(dòng)器單側(cè)油缸數(shù)目。

因此，制動(dòng)器效能因數(shù)為稱(chēng)I曲線(xiàn)。表達(dá)式為

式中:G為車(chē)輛重力；hg為車(chē)輛質(zhì)心高度；b為質(zhì)心至后軸的距離；L為軸距；Fbf為前軸制動(dòng)器制動(dòng)力；Fbr為后軸制動(dòng)器制動(dòng)力。

1.2 實(shí)際制動(dòng)力分配

(1)前后軸制動(dòng)力分配

圖2 3種典型的制動(dòng)力分配方法

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于制動(dòng)系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)的限制，大多數(shù)汽車(chē)的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力之比為一固定值，且盡量靠近I曲線(xiàn)。通常將前軸制動(dòng)器制動(dòng)力Fbf與汽車(chē)總制動(dòng)器制動(dòng)力Fb之比稱(chēng)為制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)β，即

以Fbr＝f(Fbf)表示的曲線(xiàn)成為實(shí)際前、后軸制動(dòng)器制動(dòng)力分配線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)β線(xiàn)，為一直線(xiàn)，通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，由制動(dòng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)決定，如圖2所示。

實(shí)際制動(dòng)力分配曲線(xiàn)β線(xiàn)與理想制動(dòng)力分配曲線(xiàn)I線(xiàn)之間的交點(diǎn)處的附著系數(shù)為同步附著系數(shù)φ0，由汽車(chē)結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，是反映汽車(chē)制動(dòng)性能的一個(gè)參數(shù)。

(2)電液制動(dòng)力分配

由于再生制動(dòng)力分配涉及電液制動(dòng)力分配，因此本文中提出了電機(jī)制動(dòng)力分配系數(shù)β′的概念，定義為汽車(chē)某軸的電機(jī)制動(dòng)力與該軸總制動(dòng)力之間的比值，即

電機(jī)制動(dòng)力分配系數(shù)直接反映了制動(dòng)能量的回收能力，當(dāng)β′＝1時(shí)，表示該軸制動(dòng)力完全由電機(jī)提供，制動(dòng)能量回收率最高；當(dāng)β′＝0時(shí)，電機(jī)不參與該軸制動(dòng)，制動(dòng)力全部由液壓制動(dòng)提供，無(wú)制動(dòng)能量回收。

1.3 再生制動(dòng)力分配方法

對(duì)于前軸驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)轎車(chē)來(lái)說(shuō)，只能對(duì)前軸制動(dòng)能量進(jìn)行回收，因此在法規(guī)允許的前提下需要適當(dāng)增大制動(dòng)力分配系數(shù)β，這樣前軸制動(dòng)力所占比例增大，從而分配給電機(jī)制動(dòng)力β′Fbf可以增大，回收更多的制動(dòng)能量。同理，對(duì)于后軸驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)轎車(chē)來(lái)說(shuō)，就需要適當(dāng)減小制動(dòng)力分配系數(shù)β，以增大后軸制動(dòng)力所占的比例。對(duì)于四輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)轎車(chē)來(lái)說(shuō)，由于前后軸的制動(dòng)能量均可回收，可提高制動(dòng)效能和制動(dòng)安全性。

對(duì)下面最基本的3種分配方法(圖2中粗黑線(xiàn)所示)進(jìn)行分析，其他再生制動(dòng)力分配方法則為這3種分配方法的組合。

以前軸驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)汽車(chē)說(shuō)明這3種分配方法的區(qū)別:(1)β線(xiàn)分配法與傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)分配方法一致，其將總的前軸制動(dòng)力盡可能多地分配給動(dòng)力電機(jī)，前后軸總制動(dòng)力按β分配；(2)平移β線(xiàn)分配法是在β線(xiàn)分配法基礎(chǔ)上將β線(xiàn)向右平移至與B線(xiàn)相切，這時(shí)適當(dāng)增加了前軸制動(dòng)力，可以充分發(fā)揮電機(jī)制動(dòng)力的作用，回收更多的制動(dòng)能量；(3)法規(guī)下限分配法則將前軸制動(dòng)力分配所占比例增加到了極限，可以進(jìn)一步減小由于制動(dòng)力分配而導(dǎo)致的對(duì)電機(jī)制動(dòng)力的限制。

2 能量流分析及節(jié)能性評(píng)價(jià)

車(chē)輛在行駛過(guò)程中，受到滾動(dòng)阻力、空氣阻力、坡度阻力和慣性阻力的共同作用。無(wú)論車(chē)輛行駛過(guò)程中處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)還是制動(dòng)狀態(tài)，都會(huì)受到滾動(dòng)阻力和空氣阻力的作用，一直消耗車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)能量且不可回收。典型轎車(chē)在城市循環(huán)工況下由于滾動(dòng)阻力和空氣阻力消耗的能量占驅(qū)動(dòng)能量的30%以上，因此在評(píng)價(jià)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的能量回收效果時(shí)，是否計(jì)入這兩部分的能量消耗，存在兩種不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)。一種是不考慮中間環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化效率，理論上可回收的制動(dòng)能量，用制動(dòng)能量回收率評(píng)價(jià)；另一種是指車(chē)輛在實(shí)際行駛過(guò)程中，回收的能量對(duì)汽車(chē)消耗總能量或行駛里程的貢獻(xiàn)程度，用節(jié)能貢獻(xiàn)度和續(xù)駛里程貢獻(xiàn)度評(píng)價(jià)，后文將給出這3個(gè)指標(biāo)的明確定義。

純電動(dòng)汽車(chē)在行駛過(guò)程中的能量流動(dòng)如圖3所示。

圖3 純電動(dòng)汽車(chē)無(wú)制動(dòng)能量回收和有制動(dòng)能量回收的能量流

車(chē)輛驅(qū)動(dòng)功率為

式中:m為車(chē)輛質(zhì)量；g為重力加速度；f為車(chē)輛的滾動(dòng)阻力系數(shù)；i為坡度；CD為空氣阻力系數(shù)；A為車(chē)輛迎風(fēng)面積；ρ為空氣密度；v為車(chē)輛行駛速度；δ為車(chē)輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。

圖3(a)中無(wú)制動(dòng)能量回收時(shí)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)消耗能量為

圖3(b)中有制動(dòng)能量回收時(shí)，當(dāng)回收的制動(dòng)能量用于驅(qū)動(dòng)時(shí)，那么此時(shí)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)消耗的能量為

式中:Eregen為理論可回收的制動(dòng)能量；ηd為傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率；ηgen為電動(dòng)機(jī)的發(fā)電效率；ηchg為電池的充電效率；ηdischg為電池的放電效率；ηm為電機(jī)的工作效率。

(1)制動(dòng)能量回收率

制動(dòng)能量回收率是指在某次制動(dòng)過(guò)程中，由電機(jī)制動(dòng)理論可回收的制動(dòng)能量Eregen占無(wú)能量回收時(shí)制動(dòng)器消耗總能量Ebrake的比例，即

式中:Ebrake為無(wú)能量回收時(shí)，汽車(chē)在某次制動(dòng)過(guò)程中，車(chē)速?gòu)膙0(t0時(shí)刻)減速到ve(te時(shí)刻)，除去滾動(dòng)阻力和空氣阻力消耗的能量，得到的由于制動(dòng)力而消耗在制動(dòng)器上的能量，這部分能量通過(guò)制動(dòng)襯快與制動(dòng)盤(pán)之間摩擦產(chǎn)生熱能耗散到大氣中。

(2)節(jié)能貢獻(xiàn)度

在某循環(huán)工況下，給定行駛距離S0時(shí)，無(wú)制動(dòng)能量回收時(shí)電池端消耗的能量為Ereg＿off，有制動(dòng)能量回收時(shí)電池端消耗的能量為Ereg＿on，這時(shí)將節(jié)能貢獻(xiàn)度定義為

(3)續(xù)駛里程貢獻(xiàn)度

在某循環(huán)工況下，給定電池能量E0，無(wú)制動(dòng)能量回收時(shí)，汽車(chē)行駛的距離為Sreg＿on，相同行駛條件下，有制動(dòng)能量回收時(shí)，汽車(chē)行駛距離為Sreg＿on，這時(shí)將續(xù)駛里程貢獻(xiàn)度定義為

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)測(cè)量與計(jì)算方法

3.1 數(shù)據(jù)測(cè)量

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，測(cè)量點(diǎn)一般有兩個(gè):電池端和電機(jī)端。電池端可測(cè)出電池電壓Ubat和電池電流Ibat，電機(jī)端可以測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)矩Mmot和電機(jī)角速度ωmot。

(1)電池端測(cè)量

結(jié)合圖3(b)可得，電池端輸出能量Ebat＿out與驅(qū)動(dòng)消耗能量Edrive之間的關(guān)系為

結(jié)合圖3(b)可得，汽車(chē)有制動(dòng)能量回收時(shí)，電池端輸入能量Ebat＿in與可回收制動(dòng)能量Eregen之間的關(guān)系為

(2)電機(jī)端測(cè)量

結(jié)合圖3(b)可得，電機(jī)端輸出能量Emot＿out與驅(qū)動(dòng)消耗能量Edrive之間的關(guān)系為

結(jié)合圖3(b)可得，汽車(chē)有制動(dòng)能量回收時(shí)，電機(jī)端輸入能量Emot＿in與可回收制動(dòng)能量Eregen之間的關(guān)系為

(3)制動(dòng)壓力測(cè)量

壓力信號(hào)可以通過(guò)壓力傳感器測(cè)得。設(shè)前軸實(shí)際制動(dòng)壓力為pfh，后軸實(shí)際制動(dòng)壓力prh，前軸總需求制動(dòng)壓力為pf，后軸總需求制動(dòng)壓力為pr。

對(duì)于前軸驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)轎車(chē)來(lái)說(shuō)，電機(jī)只通過(guò)前軸回收制動(dòng)能量，前軸總制動(dòng)力由液壓和電機(jī)兩部分提供，液壓部分的制動(dòng)壓力為pfh，電機(jī)部分的等效制動(dòng)壓力pfm＝pf－pfh；在控制精度范圍內(nèi)，后軸實(shí)際制動(dòng)壓力與后軸總需求制動(dòng)壓力滿(mǎn)足prh≈pr。后軸驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)轎車(chē)同理。

根據(jù)式(6)中的制動(dòng)效能因數(shù)Kp2T將制動(dòng)壓力轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的制動(dòng)力矩，將制動(dòng)力矩轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的制動(dòng)力后與車(chē)速的乘積即為該力的功率，對(duì)時(shí)間積分后即可求得相應(yīng)的能量。

前軸制動(dòng)器消耗的總能量為

3.2 制動(dòng)能量回收率計(jì)算

根據(jù)電池端測(cè)得的電流和電壓，可算得制動(dòng)能量回收率為

根據(jù)電機(jī)端測(cè)得的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，也可算得制動(dòng)能量回收率為ηgen＝Eregen/Ebrake＝∫Mmot≤0Mmotωmotdt/

還有一種算法為通過(guò)前后軸輪缸壓力來(lái)計(jì)算制動(dòng)能量回收率:

3.3 節(jié)能貢獻(xiàn)度計(jì)算

節(jié)能貢獻(xiàn)度的計(jì)算公式為

4 仿真及實(shí)車(chē)驗(yàn)證

通過(guò)上述理論分析，得到了純電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收的3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。下面通過(guò)仿真驗(yàn)證了制動(dòng)能量回收率的評(píng)價(jià)指標(biāo)，該指標(biāo)能反映制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的節(jié)能潛力；通過(guò)實(shí)車(chē)驗(yàn)證了節(jié)能貢獻(xiàn)度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，該指標(biāo)能夠反映制動(dòng)能量回收系統(tǒng)對(duì)整車(chē)節(jié)能的貢獻(xiàn)程度。

4.1 制動(dòng)能量回收率

制動(dòng)能量回收率可用于評(píng)價(jià)單次制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)能量的回收情況，分析純電動(dòng)轎車(chē)的節(jié)能潛力。對(duì)初始車(chē)速為120km/h，制動(dòng)強(qiáng)度依次為0.1g，0.2g，0.3g，0.4g，0.5g和0.6g進(jìn)行仿真。目標(biāo)車(chē)的構(gòu)型如圖4所示，0.3g的仿真結(jié)果如圖5所示。

圖4 目標(biāo)車(chē)型結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)圖

由圖可見(jiàn):(1)前后軸輪缸壓力基本完全跟隨目標(biāo)壓力變化，驗(yàn)證了壓力控制方法的有效性；(2)電機(jī)制動(dòng)力矩與液壓制動(dòng)力矩協(xié)調(diào)制動(dòng)過(guò)程中，能滿(mǎn)足總制動(dòng)需求，并且協(xié)調(diào)制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)強(qiáng)度變化平穩(wěn)，減速感覺(jué)較好；(3)電機(jī)能充分發(fā)揮其制動(dòng)能力，制動(dòng)能量回收潛力較大。

對(duì)初始車(chē)速為120km/h，制動(dòng)強(qiáng)度依次為0.1g，0.2g，0.3g，0.4g，0.5g和0.6g的仿真結(jié)果綜合計(jì)算，結(jié)果如表1所示。制動(dòng)總能量是指單次制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)器消耗的總能量(除去滾動(dòng)阻力、風(fēng)阻消耗的能量)；可回收能量是指電機(jī)發(fā)電轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的能量(未計(jì)入電池充放電效率)；制動(dòng)能量回收率的計(jì)算方法見(jiàn)3.2節(jié)，為可回收能量與制動(dòng)總能量的比值。

表1 初始車(chē)速120km/h制動(dòng)計(jì)算結(jié)果

0.1 g～0.6g下純電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收率與制動(dòng)強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線(xiàn)如圖6所示。

由圖可見(jiàn):(1)電機(jī)最大制動(dòng)力矩隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加而增大，0.4g之后，由于電機(jī)外特性限制，電機(jī)可提供的最大制動(dòng)力矩不變；(2)制動(dòng)總能量隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加而增大，這是由于隨著制動(dòng)時(shí)間的減少，滾動(dòng)阻力和風(fēng)阻消耗的能量減少；(3)可回收能量的最大值出現(xiàn)在0.2g左右，一方面是由于大強(qiáng)度制動(dòng)，電機(jī)力矩受限，另一方面是由于制動(dòng)時(shí)間短，電機(jī)做功時(shí)間短；(4)制動(dòng)強(qiáng)度小于0.3g時(shí)，制動(dòng)能量回收率較高。

4.2 節(jié)能貢獻(xiàn)度

4.2.1 純電動(dòng)轎車(chē)1純電動(dòng)轎車(chē)1的整車(chē)基本參數(shù)如表2所示。

圖5 初始車(chē)速120km/h，制動(dòng)減速度0.3g仿真曲線(xiàn)

圖6 制動(dòng)能量回收率與制動(dòng)強(qiáng)度之間的關(guān)系

表2 純電動(dòng)轎車(chē)1整車(chē)參數(shù)

NEDC工況轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。采集的數(shù)據(jù)包括車(chē)速、電池電流、電池電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)轉(zhuǎn)速。

運(yùn)用式(27)的兩種計(jì)算方法計(jì)算節(jié)能貢獻(xiàn)度，結(jié)果如表3和表4所示。電機(jī)效率為93%，電池效率為97%[4－5]。

表3 電池端測(cè)量計(jì)算結(jié)果

表4 電機(jī)端測(cè)量計(jì)算結(jié)果

圖7 純電動(dòng)轎車(chē)1試驗(yàn)結(jié)果曲線(xiàn)

由電池端和電機(jī)端的計(jì)算結(jié)果可知，節(jié)能貢獻(xiàn)度的最后值基本一致，最大誤差在2%以?xún)?nèi)。證明了該評(píng)價(jià)指標(biāo)的穩(wěn)定性和合理性。

4.2.2 純電動(dòng)轎車(chē)2

純電動(dòng)轎車(chē)2的整車(chē)基本參數(shù)如表5所示，車(chē)輛試驗(yàn)如圖8所示。

表5 純電動(dòng)轎車(chē)2整車(chē)參數(shù)

圖8 轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)照片

NEDC工況轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。采集的數(shù)據(jù)包括車(chē)速、電池電流、電池電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)轉(zhuǎn)速。

運(yùn)用式(27)的兩種計(jì)算方法計(jì)算節(jié)能貢獻(xiàn)度，結(jié)果如表6和表7所示。電機(jī)效率為93%，電池效率為97%[4－5]。

表6 電池端測(cè)量計(jì)算結(jié)果

表7 電機(jī)端測(cè)量計(jì)算結(jié)果

圖9 純電動(dòng)轎車(chē)2試驗(yàn)結(jié)果曲線(xiàn)

由電池端和電機(jī)端的計(jì)算結(jié)果可知，節(jié)能貢獻(xiàn)度的最后值基本一致，最大誤差在2%以?xún)?nèi)。證明了該評(píng)價(jià)指標(biāo)的穩(wěn)定性和合理性。

綜上所述，考慮能量流動(dòng)的效率，兩種純電動(dòng)汽車(chē)從電池端和電機(jī)端計(jì)算得到的節(jié)能貢獻(xiàn)度基本一致，說(shuō)明該評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠反應(yīng)制動(dòng)能量回收對(duì)整車(chē)節(jié)能的貢獻(xiàn)程度，可作為純電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

5 結(jié)論

針對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收評(píng)價(jià)的問(wèn)題，從制動(dòng)能量回收的機(jī)理入手，分析了制動(dòng)能量回收的制動(dòng)力分配以及整車(chē)能量流，提出了評(píng)價(jià)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并進(jìn)行了仿真和實(shí)車(chē)試驗(yàn)，驗(yàn)證了評(píng)價(jià)指標(biāo)的穩(wěn)定性和正確性，得到了如下結(jié)論。

(1)提出了一種新的制動(dòng)器效能因數(shù)的概念，建立了輪缸液壓與液壓制動(dòng)力矩之間的關(guān)系。

(2)提出了電機(jī)制動(dòng)力分配系數(shù)的概念，電機(jī)制動(dòng)力分配系數(shù)直接影響制動(dòng)能量回收率，該系數(shù)越大節(jié)能潛力越大。

(3)提出了純電動(dòng)轎車(chē)制動(dòng)能量回收的3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo):制動(dòng)能量回收率，節(jié)能貢獻(xiàn)度和續(xù)駛里程貢獻(xiàn)度，并給出了這3個(gè)指標(biāo)的測(cè)量和計(jì)算方法。

(4)通過(guò)仿真驗(yàn)證了制動(dòng)能量回收率的計(jì)算方法；通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證了節(jié)能貢獻(xiàn)度的計(jì)算方法。證明了評(píng)價(jià)指標(biāo)的穩(wěn)定性、合理性和正確性。

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A Study on the Evaluation Method of Braking Energy Recovery in Battery Electric Vehicle

Chu Liang，Liu Daliang，Liu Hongwei，Cai Jianwei＆Zhao Di
Jilin University，State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control，Changchun 130022

This paper aims at studying the evaluation method of braking energy recovery in battery electric vehicle.Starting with the mechanism of braking energy recovery，the braking force distribution in regenerative braking system and the energy flow of vehicle are analyzed and new concepts of brake efficacy factor and motor braking force distribution coefficient are introduced，based on which the relationship between wheel cylinder pressure and brake energy is derived.Three evaluation indicators are proposed regarding the effects of braking energy recovery: the recovery ratio of braking energy，the contribution share to energy saving and the contribution share to driving range and both simulation and real vehicle test are performed.The results indicate that braking energy recovery ratio can reflect the energy saving potential of regenerative braking system while contribution share to energy saving can represent the contribution degree of regenerative braking system to energy saving of vehicle，and it is shown that the evaluation indicators proposed are stable and reasonable.

battery electric vehicle；regenerative braking force distribution；energy flow；braking energy recovery evaluation；simulation；vehicle test

10.19562/j.chinasae.qcgc.2017.04.016

?國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(2012AA110903)和吉林大學(xué)研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2014055)資助。

原稿收到日期為2016年4月7日。

劉達(dá)亮，碩士，E-mail:jluldl＠163.com。