能量回收傳感器在電動汽車中的設計及應用

宗紅軍

摘 要：目前，中國廣袤的土地正展開綠色發展新實踐：綠水青山就是金山銀山、保護生態環境就是保護生產力，綠色發展理念化為務實行動——各行各業因地制宜、創新方法，為實現綠色中國奮斗。而電動汽車作為綠色交通的重要組成部分，對中國未來城市建設和循環經濟發展起著至關重要的作用，電動汽車作為一種節能、環保、可持續發展的交通工具得到快速發展，許多新材料、新技術得到應用，特別是電機電控技術、電池技術、能量管理等關鍵技術等發展尤為迅猛，其中能量回收作為電機電控和能量管理的交叉技術，是電動汽車節能效果好壞的關鍵技術之一，下文將淺析能量回收傳感器在電動汽車中的設計及應用。

關鍵詞：能量回收傳感器;控制策略;電動汽車

1 前言

傳統車輛在制動時，制動器將汽車的動能轉化為熱能散發到空氣中，這部分能量白白浪費了，而電動汽車卻可以對這部分能量加以利用：當汽車減速時，能量回收裝置就會介入，汽車的驅動電機轉化為發電機，將電動汽車減速損失的動能轉化為電能，最后通過管理控制，將回收的電能存儲到電池內，所以當電動汽車搭載能量回收系統后，車輛的續駛里程普遍能增加30%以上，但目前市面上大多數新能源車型搭載的能力回收系統都出現收加速踏板后電機制動力太強，無法與制動踏板產生的制動力完全配合，這樣會導致汽車頓挫感，甚至扯拉感，極大的降低了乘車的舒適性;可如果將能量回收系統的回收比例調得太小，雖然乘坐舒適感在可接受范圍之內，但制動回收的能量又低，未能完全發揮電動汽車的優勢，為此假如給能量回收系統加裝能量回收傳感器，傳感器能采集駕駛員不同的制動強度，并將信號傳遞給整車控制器（VCU），由VCU來控制能量回收強度，使電機的扭矩得到調節和控制，保證能量回收最大利用的同時又能兼顧乘坐的舒適性。

2 能量回收傳感器的安裝和工作原理

制動踏板是最直接反饋駕駛員制動強度和制動意圖的執行機構，把能量回收傳感器設計安裝在制動踏板上，來向VCU反饋制動強度信號。下面介紹位移傳感器和角度傳感器在制動踏板上的安裝，如下圖所示：

圖1所示的位移傳感器工作原理是：當踩下制動踏板，踏板臂壓住位移傳感器活塞發生位置變化，傳感器將信號傳遞給VCU;

圖2所示的角度傳感器工作原理是：當踩下制動踏板，傳感器旋轉臂跟隨踏板臂旋轉，角度發生變化，同樣將信號傳遞給VCU。

3 能量回收的控制及應用

下面結合本公司某車型，淺談能量回收的控制應用。本車的制動系統有兩部分組成，一是液壓制動系統，一是電機的電制動能量回收。兩個系統是非解耦的，也就是說無論是否有電制動，液壓制動依然存在。液壓制動在本車中處于基礎地位，電制動只是一個補充，用于回收部分制動能量，其制動系統壓力和傳感器電壓關系如圖3所示。

以角位移傳感器為例，在自由踏板自由狀態時，設定了初始電壓（0.8～0.9V），踩下制動踏板，傳感器發生角位移，輸出電壓超過設定值，此電壓輸給整車VCU，VCU向電機控制器發出指令，實現電機制動能量回收，由于制動主缸及主缸和制動踏板之間，均存在間隙，特別在輕踩制動踏板情況下，制動管路油壓尚未建立，可以在空行程范圍內或者液壓制動很弱的時候，盡可能多的回收能量，踏板行程和能量回收能力曲線關系如圖4所示。

根據圖4踏板行程和能量回收能力相互關系制定能量回收策略。電制動力矩在電機高速段受最大功率限制，在電機低速段回收效率很低，應該關閉。設計兩個速度拐點，一個是最低的電機回收轉速，低于該轉速停止電制動能量回收;另一個拐點是電機正常回收轉速，在該轉速之上電機將按照最大回收力矩的某個百分比進行電制動能量回收，直至受到功率限制。在兩個拐點之間設計一段隨電機轉速降低的回收力矩曲線。以上拐點和百分比數據需要在實車上進行匹配標定，在能量回收率和制動安全性和舒適性間尋找平衡。

4 以本公司某車型為例，理論計算如下

4.1 滾動阻力功率Pf（kw）

5 結束語

由計算結果可以看出，本車增加能量回收系統后，理論上可以增加42.4%的續駛里程，通過在系統內增加能量回收傳感器，使VCU對能力回收強度進行分段控制，在保證舒適性的同時，實現能量回收最大化，有效的增加車輛的續駛里程。