新能源電動汽車回收系統(tǒng)資料

現(xiàn)代汽車電子技術(shù)

題目：電動助力轉(zhuǎn)向系

統(tǒng)

摘要

本文從全球環(huán)境污染和能源短缺等嚴(yán)峻問題闡述了發(fā)展電動汽

車的重要性和必要性，著重分析概括了電動汽車制動能量回收系統(tǒng)

的研究現(xiàn)狀

關(guān)鍵字電動汽車制動能量回收系統(tǒng)

1引言

目前，普通燃油汽車在國內(nèi)外仍占據(jù)絕大部分汽車市場。汽車發(fā)

動機(jī)燃燒燃料產(chǎn)生動力的同時排放出大量尾氣，其成分主要有二氧

化碳（C02）,一氧化碳（CO），氮氧化合物（NOX）和碳?xì)浠衔铮℉C）,

還有一些鉛塵和煙塵等固體細(xì)微顆粒物，雖然現(xiàn)代汽車技術(shù)已經(jīng)使

汽車尾氣排放降到很低，但由于汽車保有量持續(xù)高速增加，汽車排放

的尾氣還是會對人類的生存環(huán)境造成很嚴(yán)重的影響，例如近年來不

斷加劇的溫室效應(yīng)，光化學(xué)煙霧，城市霧霾等大氣污染現(xiàn)象。

內(nèi)燃機(jī)汽車消耗的能源主要來自石油，石油屬于不可再生資源,

目前全球已探明的石油總量為12000.7億桶，按現(xiàn)在的開采速度將只

夠開采40.6年左右，即使會不斷發(fā)現(xiàn)新的油田，但總會有消耗的一

天。全球交通領(lǐng)域的石油消耗占石油總消耗的57%,由于汽車的保有

量持續(xù)快速增長（主要來自發(fā)展中國家），到2020年預(yù)計這一比例

將達(dá)到62%以上，2010年我國的石油對外依存度已達(dá)到53.8%,到

2030年預(yù)計這一比例將達(dá)到80%以上，可見石油資源的短缺將會直

接影響我國的能源安全，經(jīng)濟(jì)安全和國家安全，不利于我國長期可持

續(xù)的發(fā)展，因此探索石油以外的汽車動力能源是21世紀(jì)迫切需要解

決的問題。

電動汽車具有無污染，已啟動，低噪聲，易操縱等優(yōu)點(diǎn)，相關(guān)的

技術(shù)研究已趨成熟，是公認(rèn)的未來汽車的主流。自1997年10底豐田

推出混合動力車型Prius以來，電動汽車越來越受市場的歡迎，近年

來不少國內(nèi)外汽車生廠商已向市場推出不少種類的電動汽車，在混

合動力汽車領(lǐng)域，日本的豐田和本田不管從技術(shù)研發(fā)還是在市場銷

售，宣傳等方面已經(jīng)走在世界的前列，推出了諸如Pius,Insight,Fit,

Civic等量產(chǎn)化混合動力車型，其他國外汽車制造商在本田和豐田之

后也相繼推出相應(yīng)的車型，例如寶馬3系,5系,7系,8系都推出了相

應(yīng)的混合動力車型，大眾途銳的混合動力版，特斯拉推出的MODELS

純電動車，國內(nèi)汽車生產(chǎn)商比亞迪在電動汽車領(lǐng)域已經(jīng)走在前列，相

繼推出包含“秦”在內(nèi)的許多種混合動力車型。

制動能量回收系統(tǒng)是現(xiàn)代電動汽車和混合動力車重要技術(shù)之一,

也是其一個重要特點(diǎn)。其工作原理如圖1所示，在一般的內(nèi)燃機(jī)汽車

上，當(dāng)車輛減速、制動時，車輛的運(yùn)動能量通過制動系統(tǒng)而轉(zhuǎn)變?yōu)闊?/p>

能，并向大氣中釋放。而在電動汽車與混合動力車上，這種被浪費(fèi)掉

的部分運(yùn)動能量已可通過制動能量回收技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿Υ嬗谛?/p>

電池等儲能裝置中，有效地利用了車輛制動時的動能，可以顯著的改

善車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性及車輛的制動性，提高能量的利用效率，增加電

動汽車的行駛里程。

再

生

制

動動能回饋電網(wǎng)

制動輪（軸）能常轉(zhuǎn)換能

量能量保存

圖1制動能量回收原理

2電動汽車制動能量回收系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

2.1制動能量回收系統(tǒng)的組成與分類

2.1.1制動能量回收系統(tǒng)的組成

由于電動機(jī)產(chǎn)生的再生制動力矩通常達(dá)不到傳動燃油車中的制

動系統(tǒng)產(chǎn)生的制動性能，所以在電動汽車中，制動能量回收系統(tǒng)包括

液壓制動和再生制動兩個子系統(tǒng)，同時涉及到整車控制器、變速器、

差速器和車輪等相關(guān)部件，如圖2所示。電制動系統(tǒng)包含驅(qū)動電機(jī)及

其控制器、動力電池和電池管理系統(tǒng)電機(jī)控制器用于控制驅(qū)動電機(jī)工

作于發(fā)電狀態(tài)，施加回饋制動力;電池管理系統(tǒng)控制電能回收于電池；

液壓控制系統(tǒng)包括液壓制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和制動控制器(BCU),用于控制摩

擦制動力的建立與調(diào)節(jié)。

CANH

CANL

電池管理電機(jī)控制

系統(tǒng)BMS器MCU

變速器

圖2制動能量回收系統(tǒng)的組成

2.1.2制動能量回收系統(tǒng)的分類

按回饋制動力與摩擦制動力的耦合關(guān)系，制動能量回收系統(tǒng)可分

為疊加式（或并聯(lián)式）和協(xié)調(diào)式（或串聯(lián)式）兩種，如圖3所示。

踏板行程踏板行程

⑶疊加式（b）協(xié)調(diào)式

圖3疊加式與協(xié)調(diào)式制動能量回收系統(tǒng)

疊加式制動能量回收系統(tǒng)是將電機(jī)回饋制動力直接疊加在原有

摩擦制動力之上，不調(diào)節(jié)原有摩擦制動力，實(shí)施方便,但回饋效率低，制

動感覺差。協(xié)調(diào)式制動能量回收系統(tǒng)則是優(yōu)先使用回饋制動力，對液

壓制動力進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié),使兩種制動力之和與總制動需求協(xié)調(diào)一致，回

饋效率較高，制動感覺較好,但須對傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)施

較為復(fù)雜。早期的電驅(qū)動車輛大多采用疊加式回饋制動。隨著技術(shù)的

發(fā)展,在回饋效率、制動感覺和制動安全等諸多方面具有巨大優(yōu)勢的

協(xié)調(diào)式回饋制動逐漸成為了研發(fā)的主流。

對于疊加式回饋制動，液壓制動力無須調(diào)節(jié),傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)即

可實(shí)現(xiàn)。而對于協(xié)調(diào)式回饋制動,則應(yīng)對液壓系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計或改

造。按照其液壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)所依托的技術(shù)平臺，協(xié)調(diào)式制動能量回收系

統(tǒng)又可分為以下3類。

(1)基于EHB技術(shù)(電子液壓制動系統(tǒng))的制動能量回收系統(tǒng)

此類方案采用傳統(tǒng)車輛EHB電控液壓制動系統(tǒng)作為協(xié)調(diào)式回饋制動

的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

(2)基于ESP/ESC技術(shù)的制動能量回收系統(tǒng)此類方案基于

ESP/ESC技術(shù)平臺，利用標(biāo)準(zhǔn)化零部件，對制動管路布置進(jìn)行相應(yīng)改

造。

⑶基于新型主缸/助力技術(shù)的制動能量回收系統(tǒng)此類方案根

據(jù)協(xié)調(diào)式回饋制動的技術(shù)要求對制動主缸和助力系統(tǒng)進(jìn)行重新的設(shè)

計與開發(fā)。

裝備協(xié)調(diào)式能量回收系統(tǒng)的車輛制動時，在保證制動安全的

條件下優(yōu)先采用電機(jī)回饋制動力，當(dāng)回饋制動力不能滿足制

動需求時再施加液壓制動力。在施加電機(jī)回饋制動力時要考

慮電機(jī)的外特性、電池狀態(tài)和制動穩(wěn)定性等，因此在制動過

程中電機(jī)回饋制動力總是在變化的，這就要求能夠準(zhǔn)確快速

地調(diào)節(jié)液壓制動力以使得總制動力與駕駛員需求相符。因此

傳統(tǒng)車的液壓制動系統(tǒng)不滿足制動能量回收技術(shù)的要求，需

要加以改造或重新設(shè)計新的液壓制動系統(tǒng)。除了需要設(shè)計能

夠靈活調(diào)節(jié)液壓制動力的液壓制動系統(tǒng)之外，還需設(shè)計合適

的控制策略，主要包括回饋制動力與液壓制動力的分配以及

前后輪制動力的分配，控制策略必須充分考慮到制動穩(wěn)定

性、電池充電能力、電機(jī)特性和駕駛感覺。目前制動能量回

收技術(shù)的研究主要集中在兩個面：方案設(shè)計和控制策略。

2.2制動能量回收系統(tǒng)方案設(shè)計

電驅(qū)動車輛與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車輛相同，都安裝了各種各樣的底盤

動力學(xué)控制系統(tǒng)，以保證車輛的正常行駛，一般包括驅(qū)動控制和制動

控制兩大方面，在制動控制系統(tǒng)上，目前基本上所有的車輛都配備了

ABS防抱死制動系統(tǒng)，在各種惡劣工下該系統(tǒng)已經(jīng)可以很大程度上保

證車輛制動時的可控性和穩(wěn)定性。而在電驅(qū)動車輛的制動控制中，由

于引入電動機(jī)回饋制動，會對防抱死制動系統(tǒng)產(chǎn)生的不確定的影響，

需要對制動回饋系統(tǒng)和防抱死制動系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，常見的協(xié)調(diào)式（串

聯(lián)式）制動回饋系統(tǒng)和防抱死制動系統(tǒng)從調(diào)節(jié)手段和執(zhí)行機(jī)構(gòu)上來看,

防抱死制動和串聯(lián)回饋制動下的制動融合是相同的，這就為實(shí)現(xiàn)這

兩個制動系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制提供了便利。

因此在使用協(xié)調(diào)式制動回饋系統(tǒng)的趨勢下，為了充分保證制動

安全，簡化執(zhí)行機(jī)構(gòu)，提高系統(tǒng)的集成程度，對制動能量回饋與防抱

死制動在硬件和軟件上進(jìn)行集成設(shè)計與控制具有現(xiàn)實(shí)意義。目前國際

上已經(jīng)有不少知名的整車和零部件制造商都提出了自己的解決方■案，

其中大多適用于乘用車的液壓制動能量回收系統(tǒng)，按照其工作原理

大致可以分為兩類：一類是基于原有的ABS/ESP系統(tǒng)，在制動管路上

安裝調(diào)節(jié)閥、蓄能器、電機(jī)和泵等來達(dá)到調(diào)節(jié)摩擦制動轉(zhuǎn)矩的目的，

同時保證制動踏板感覺；第二類是對原有會制動系統(tǒng)的主缸進(jìn)行改造,

在進(jìn)入輪邊調(diào)節(jié)閥之前完成踏板感覺和實(shí)際制動力的解耦。以上兩種

方案中，為了保證制動感覺與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車一致，普遍安裝了踏

板感覺模擬器。第一類方案的代表是日本的豐田公司。他們推出的基

于EHB方案設(shè)計的集成制動能量回收功能制動防抱死系統(tǒng)（圖4）

已經(jīng)批量應(yīng)用于Prius混合動力車上，在正常制動情況下，主缸與制

動器管路隔離，阻斷了踏板和液壓管路的關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)中有專門的電機(jī)

泵和低壓蓄能器為輪缸提供制動壓力，同時利用沖程模擬器模擬踏

板的位移和反作用力。踏板位移傳感器和主缸壓力傳感器判斷駕駛員

的制動需求，在獲知當(dāng)前最大回饋制動力后，總制動力被分配給摩擦

制動和回饋制動，相應(yīng)的控制信號分別傳遞至輪邊壓力調(diào)節(jié)閥和電

機(jī)控制器。其中，鴕邊壓力調(diào)節(jié)閥也作為防抱死制動時的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，

在防抱死控制循環(huán)中進(jìn)行增壓、保壓、降壓等操作。當(dāng)系統(tǒng)失效時,主

缸與制動管路接通同時關(guān)閉沖程模擬器，主缸壓力直接送達(dá)輪缸產(chǎn)

生制動力。該方案的優(yōu)點(diǎn)是可以任意調(diào)節(jié)各輪缸壓力，回饋策略的設(shè)

計因此變得簡單，能量回收效率也較高。

AC?高壓蓄能器

BP?制動踏板

HP-液壓泵

MC?制動主飪

PC■網(wǎng)體空腔

PM?主位壓力傳感居

PN-閥體活塞

PW?輪缸壓力傳感器

RS?儲液癥

S?油封

SD?減壓閑

SE?阻斷閥

SI?增壓閥

SM?踏板行程模擬嶄

SP?彈簧

ST?踏板行程傳感器

W?制動器

圖4豐田制動壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖

Nissan公司于2008年推出的能量回收系統(tǒng)則完全基于ESP系

統(tǒng)設(shè)計:在ESP的基礎(chǔ)上沒有增加任何部件，僅對制動管路做出了改

動，將兩個開關(guān)閥與蓄能器和主缸相連。在制動能量回收中需要調(diào)節(jié)

摩擦制動力時，同樣使用了開關(guān)閥隔斷主缸和輪缸，消除輪缸壓力波

動對主缸壓力的影響。其次，位于蓄能器和主缸之間的開關(guān)閥根據(jù)制

動踏板位移傳感器的信號進(jìn)行適度地調(diào)節(jié)，從而真實(shí)模擬主缸壓力

對踏板的影響。同時電機(jī)控制泵抽取制動液進(jìn)入輪缸，隨后各輪缸根

據(jù)需要分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。

韓國MANDO公司于2009年推出的制動能量回收系統(tǒng)，同樣也

是基于ESP設(shè)計的。在原有的ESP系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一套開關(guān)

閥機(jī)構(gòu)，用來在摩擦制動力調(diào)節(jié)過程中隔斷主缸和輪缸之間的聯(lián)系,

從而保證制動感覺。同時通過原有ESP系統(tǒng)中的開關(guān)閥和電機(jī)泵,

將蓄能器中的制動液直接輸送至輪缸的進(jìn)油閥處，來增摩擦制動力,

同時也可以通過關(guān)閉進(jìn)油閥和打開排油閥來保持和減小輪缸制動壓

力。該系統(tǒng)同時具有進(jìn)行ABS和ESP調(diào)節(jié)的功能，為了加快進(jìn)油速

度，系統(tǒng)中在前后制動管路上各使用了兩個泵。

總結(jié)以上方案，各個廠家的做法大同小異，基本著眼于已有的液

壓制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。優(yōu)點(diǎn)是這些系統(tǒng)普遍具有同時進(jìn)行制動能

量回收控制和底盤動力學(xué)控制的功能，對于單個車輪的控制也較自

由。不過也存在以下一些不足：

豐田公司的方案基于EHB系統(tǒng)，目前EHB在國內(nèi)外應(yīng)用得還

不是很廣泛，因此要以EHB為基礎(chǔ)開發(fā)，系統(tǒng)成本太高且可靠性還

需要驗證，目前豐田公司自身也正處于改進(jìn)以達(dá)到降低成本的階段；

MANDO公司的方案與前兩者相比，ESP本身的成本略有降低，可靠

性上也到了保證。不過在系統(tǒng)中增加大量的壓力傳感器，從成本上來

說也是很不利于進(jìn)行大規(guī)模推廣的。因此從這些角度看，如果是利用

原有的ABS/ESP/EHB系統(tǒng)進(jìn)行制動能量回收系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)盡量以

成熟的ABS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，這樣本身可靠且代價較小。同時也要注意

盡可能減少系統(tǒng)中的壓力傳感器等部件，降低成本。

第二類方案普遍是對原有制動主缸送行改造，主要目的是將踏

板力和主缸壓力完全解耦。這種方案中，需要對制動主缸進(jìn)行重新設(shè)

計，因此在初期需要付出的代價和精力就很大。同時系統(tǒng)的可靠性相

比于前一種也存在更多的未知。

本田公司于2006年推出了伺服制動能量回收系統(tǒng)，設(shè)計了一

種新型制動主缸替換傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)主缸。制動回饋調(diào)節(jié)閥安裝

在制動主缸里，主缸到輪缸的制動管路與一般制動系統(tǒng)相同，輪邊的

壓力調(diào)節(jié)閥負(fù)責(zé)進(jìn)行防抱死控制。制動主缸中的回饋調(diào)節(jié)閥除了在制

動回饋時調(diào)節(jié)制動管路的壓力，還可將高壓蓄能器的制動液直接送

達(dá)輪缸進(jìn)行主動制動。該系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)只在局部進(jìn)

行改動，將原車的主缸替換為帶回饋調(diào)節(jié)閥的主缸。同時通過采用行

程模擬器和伺服制動閥，將踏板制動力與制動管路壓力解藕。此系統(tǒng)

是純機(jī)械系統(tǒng)，可靠性相對較高。本田將該方案應(yīng)用在Civic和Insight

混合動力車型上。

大陸公司在2008年推出的電控真空助力液壓制動系統(tǒng)，其結(jié)

構(gòu)如圖5所示。該系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了踏板力與液壓制動力之間的完全解

藕，踏板力完全由行程模擬器提供，從而保證了踏板感覺較好。該系

統(tǒng)中，

圖5大陸電動真空助理系統(tǒng)

在主缸和踏板之間增加了液壓腔，該液壓腔由額外的電控真空

泵提供動力。常規(guī)制動時，液體進(jìn)入該腔，在制動主缸和踏板之間形

成一道阻隔。主缸的壓力增長和減小由液壓腔內(nèi)的液體直接控制，同

時該部分液體能夠?qū)μぐ逑嚓P(guān)部件產(chǎn)生反向的作用力，保證壓力調(diào)

節(jié)過程中不影響踏板等的位置。液壓腔同時留有部分保證踏板相關(guān)部

件和主缸部件在系統(tǒng)失效時仍能保持機(jī)械接觸，從而恢復(fù)為常規(guī)液

壓制動系統(tǒng)，失效俁護(hù)方案較好。

（1）系統(tǒng)正常工作時踏板動作被推桿槽限制，即踏板行程是受

限的，踏板力完全由行程模擬器提供；

（2）踏板轉(zhuǎn)角傳感器可檢測踏板轉(zhuǎn)角，從而確定駕駛員制動需

求;

（3）通過真空調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)助力器中的真空度，從而調(diào)節(jié)制動主

缸中的壓力；

（4）計算出目標(biāo)液壓制動力后，通過真空調(diào)節(jié)閥、位移傳感器

和真空度傳感器閉環(huán)調(diào)節(jié)制動主缸中的壓力；

（5）系統(tǒng)失效時，例如系統(tǒng)斷電、行程模擬器失效或真空調(diào)節(jié)

閥等失效時，行程模擬器關(guān)閉，制動踏板運(yùn)動至推桿最左端并繼續(xù)向

左運(yùn)動推動真空助力器推桿，從而推動制動主缸推桿，產(chǎn)生制動壓力,

恢復(fù)為常規(guī)液壓制動系統(tǒng)。

由以上分析可以看出，在該系統(tǒng)中踏板力與液壓制動力之間完

全解耦，踏板力完全由行程模擬器提供，從而保證了良好的踏板感

覺。系統(tǒng)失效時可恢復(fù)為常規(guī)液壓制動系統(tǒng)，失效保護(hù)方案較好。其

缺點(diǎn)是電動真空泵壽命一般并不高，另外該系統(tǒng)只能調(diào)節(jié)主缸制動

力，不能對前后輪液壓制動力單獨(dú)調(diào)節(jié)，因此在設(shè)計制動能量回收控

制策略時受到一定限制。目前該系統(tǒng)尚未應(yīng)用在任何量產(chǎn)車型上。

另一種常見的在主缸內(nèi)隔斷踏板力和主缸壓力的做法，是增加

額外的動力機(jī)構(gòu)，起到踏板推桿的作用，而避免踏板推桿在摩擦制動

力調(diào)節(jié)過程中受壓力波動的影響。Nissan、Honda和韓國的Hyundai

公司都基于該思路開發(fā)出了各自的新型主缸。

Nissan、Hyundai采用的均是與踏板同軸放置的電機(jī)，首先

將電機(jī)的輸出經(jīng)過一級增速機(jī)構(gòu)，隨后利用螺紋螺桿機(jī)構(gòu)將

轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為直線移動，推動某種軸向運(yùn)動機(jī)構(gòu)。該軸向運(yùn)動

機(jī)構(gòu)一般與主缸內(nèi)滑動鍵相接觸，自身運(yùn)動的同時也推動了

滑動鍵的移動，從而平穩(wěn)控制主缸內(nèi)的制動壓力。與

Hyundai的系統(tǒng)安裝了踏板力模擬機(jī)構(gòu)不同的是，Nissan

的系統(tǒng)沒有配備該機(jī)構(gòu)，有可能會對制動中的舒適性造成一

定影響。Honda與2010年提出的新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與前兩者

略有不同，該系統(tǒng)在制動踏板相連的一級主缸后加入了一個

次級主缸。動力機(jī)構(gòu)就是與該次級主缸相連，通過一個錐齒

輪結(jié)構(gòu)將電機(jī)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成活塞的移動來推動次級主缸內(nèi)

的彈簧和滑塊，進(jìn)而來控制壓力并將其輸出至其后的各制動

輪缸對應(yīng)的開關(guān)閥處。在調(diào)節(jié)次級主缸內(nèi)的壓力時，通過一

組開關(guān)閥阻斷一級主缸和次級主缸，同時使用了蓄能器和開

關(guān)閥的組合來模擬踏板制動感覺，這一點(diǎn)做法與第一類中的

相似。

總結(jié)第二類方案中的幾種系統(tǒng)，可以看到如果采用了新型主

缸，一般無法回避不能獨(dú)立調(diào)節(jié)前后輪缸壓力的缺陷,

Honda的方案是這樣，Nissan和Hyundai的方案同樣如

此。這樣就導(dǎo)致在設(shè)計制動能量回收控制算法時受到一定的

限制。大陸的方案除了這一點(diǎn)缺憾，同時還存在電動真空泵

性能和壽命要求高的問題，因此目前尚未應(yīng)用在任何量產(chǎn)車

型上。Honda于2010年提出的方案通過增加次級主缸和

開關(guān)閥解決了這一問題，可以做到前后輪獨(dú)立調(diào)節(jié)，不過系

統(tǒng)的成本太高，結(jié)構(gòu)上也略顯繁雜，不利于在實(shí)車上的布

置。第二類方法最致命的一點(diǎn)是，需要重新對制動主缸進(jìn)行

設(shè)計，精密度要求高，而國內(nèi)的生產(chǎn)水平從目前來看還有不

少差距。國外的其它公司或科研院校在該領(lǐng)域也進(jìn)行了一些

研究，但成果較少，沒有實(shí)現(xiàn)現(xiàn)量產(chǎn)裝車應(yīng)用。

2.3制動能量回收系統(tǒng)的控制策略

為了在滿足制動性能要求下盡量多的回收車輛的動能，應(yīng)該

協(xié)調(diào)控制液壓制動和再生制動兩個子系統(tǒng)，這樣就會呈現(xiàn)兩

個基本問題：首先是如何在再生制動和液壓制動之間分配所

需的總制動力，以盡可能多的回收車輛動能；二是如何在前

后輪軸上分配總制動力，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的制動狀態(tài)。目前基本

上有四中不同的制動控制策略：具有最佳制動感覺的串聯(lián)制

動策略、具有最佳能量回收率的串聯(lián)制動策略、并聯(lián)制動策

略和ABS防抱死制動策略。

2.3.1具有最佳制動感覺的串聯(lián)制動策略

具有最佳制動效果的串聯(lián)制動系統(tǒng)通過控制器控制施加于前后

輪上的制動力，而使制動距離達(dá)到最小，且駕駛者的感覺良好。這就

要求施加在前后輪的制動力遵循理想的制動力分布曲線Io

當(dāng)給出的制動踏板行程小于某值時，將僅有再生制動施加于前

輪，模擬了傳統(tǒng)汽車中發(fā)動機(jī)延遲點(diǎn)火作用。制動踏板行程大于該值

時，施加于前后輪的制動力遵循理想的制動力分布曲線I,如圖6粗線

所示。施加于前輪的制動力分為再牛制動力Fbf.reg和機(jī)械摩擦制動

力Fbf.mech兩部分。當(dāng)所需的制動力小于電機(jī)所能產(chǎn)生的最大制動

力，只采用電機(jī)再生制動；反之，電機(jī)將產(chǎn)生其最大的制動轉(zhuǎn)矩，剩

余的制動力由機(jī)械制動系統(tǒng)補(bǔ)足。由于電機(jī)不同于內(nèi)燃機(jī)的外特性,

電動機(jī)產(chǎn)生的最大再生制動力與其轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。在低轉(zhuǎn)速（低于基

速）的狀態(tài)下，其最大轉(zhuǎn)矩為常量。在高轉(zhuǎn)速（高于基速）狀態(tài)下，最大

轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速呈雙曲線形下降。因此，在給定制動踏板位置時，機(jī)械

制動轉(zhuǎn)矩將隨車速而變化。

圖6對應(yīng)于最佳制動效果的前后輪制動力

2.3.2具有最佳能量回收率的穿啦制動策略

具有最佳能量回收的串聯(lián)制動是在滿足對應(yīng)于給定的制動踏板

行程指令的總制動力情況下，盡可能多地回收制動能量。當(dāng)車輛制動

強(qiáng)度z小于路面附著系數(shù)中制動時，只要滿足前后輪制動力之和等于

總制動力，則施加在前后輪上的制動力可在一定范圍內(nèi)變化。變化范

圍如圖7粗線AB所示。此時應(yīng)優(yōu)先采用再生制動；若Fbf_reg_max

在這一范圍內(nèi)（圖中點(diǎn)C）,則施加在前輪上的制動力應(yīng)僅由再生制動

得到無須機(jī)械制動。滿足總制動力需求，后輪制動力按點(diǎn)E得出。若

Fbf_reg_max小于點(diǎn)A所對應(yīng)的數(shù)值，則控制電動機(jī)產(chǎn)生其最大的再

生制動為。前后輪的制動力應(yīng)控制在點(diǎn)F的狀態(tài)，以優(yōu)化駕駛者的感

覺，并減小制動距離。此時，前輪必須產(chǎn)生機(jī)械摩擦制動力，后輪上產(chǎn)

生點(diǎn)H的制動力。當(dāng)制動強(qiáng)度比路面附著系數(shù)小很多時，且再生制動

力能滿足總制動力需要時，可只應(yīng)用再生制動，無須在前后輪上施加

機(jī)械制動。當(dāng)制動強(qiáng)度等于路面附著系數(shù)時，前后輪上制動力工作點(diǎn)

在曲線I上。在高附著系數(shù)的路面上（工作點(diǎn)F）,應(yīng)用最大的再生制動

力，剩余部分由機(jī)械制動供給。在較低附著系數(shù)的路面上（工作點(diǎn)K）,

單獨(dú)應(yīng)用再生制動力，產(chǎn)生前輪制動力。

N

S

戈

毒

系

仁

圖7對應(yīng)于最佳能量回收的前后輪制動力

2.3.3并聯(lián)制動策略

該制動系統(tǒng)具有一個對前后輪以固定的制動比率分配的傳

統(tǒng)機(jī)械制動裝置。再生制動添加了施加在前輪上的附加制動

力，結(jié)果形成以總制動力分布曲線。施加在前后輪軸上的機(jī)

械制動力正比于主汽缸中的液壓。由電動機(jī)產(chǎn)生的再生制動

力是主缸中液壓函數(shù)，因此為車輛減速度函數(shù)。由于有效再

生制動力是電動機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)，且因在低轉(zhuǎn)速條件下，幾乎

沒有被回收的動能。當(dāng)所需的負(fù)加速度小于給定的負(fù)加速度

設(shè)定值時，再生制動有效。當(dāng)給出的負(fù)加速度率制動指令小

于某設(shè)定值時，將只應(yīng)用再生制動，此時模擬了傳統(tǒng)車輛中

發(fā)動機(jī)的延遲點(diǎn)火。

2.3.4ABS防抱死制動策略

ABS防抱死制動策略在混合動力再生制動能

量回收中具有較大的優(yōu)勢，尤其是在四個車

輪上都安裝有電動機(jī)的車輛。它效仿了傳統(tǒng)

的制動系統(tǒng)的控制感受。當(dāng)接受到制動信號

后，總制動器單元將牽引電動機(jī)的特性和控

制法則，給出前后輪的制動轉(zhuǎn)矩，再生制動

轉(zhuǎn)矩和機(jī)械制動轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)控制器將指令

電動機(jī)產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)闹苿愚D(zhuǎn)矩，而機(jī)械制動控

制器則向電動裝置給出指令，以對每個車輪

產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)闹苿愚D(zhuǎn)矩。該電動機(jī)制動裝置同

時被防抱死制動系統(tǒng)控制，以防止車輪完全

被抱死。

3電動汽車制動能量回收影響因素分析

暫不考慮再生制動能量回收系統(tǒng)控制策略對制動能量回收的影

響，從電動汽車再生制動系統(tǒng)能量流動圖可以看出，制動能量由車輪

流至蓄電池，所流經(jīng)的每一個零部件都會對能量造成損失，考慮到機(jī)

械傳動效率很高且穩(wěn)定，因此影響制動能量回收的主要因素有三個

部分：電機(jī)的工作特性、蓄電池的工作狀態(tài)和液壓制動系統(tǒng)的布置形

式。另外，相關(guān)研究表明在合適的制動力范圍內(nèi)，再生制動力所占的

比例越大，制動能量回收率越高，雙軸電機(jī)驅(qū)動比單軸電驅(qū)動能夠有

更好的制動能量回收表現(xiàn)。

摩擦損失摩擦損失

C^）

蓄

驅(qū)動電

口=傳動系統(tǒng)

電機(jī)池

代表能量流動方向

CSX）

摩摞損失摩擦損失

圖8再生制動系統(tǒng)能量流動

4總結(jié)與展望

在世界環(huán)保節(jié)能意識高漲和能源問題突出的21世紀(jì)，隨著國內(nèi)外相

關(guān)政策的放松，電動車關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，電動汽車將

是“后汽油機(jī)時代的次生代新能源汽車的主流"制動能量回收系統(tǒng)

作為電動汽車的重要關(guān)鍵技術(shù)之一，不僅能夠大幅提高整車的經(jīng)濟(jì)

性，增加其續(xù)航歷程，同時也