某新能源汽車(chē)協(xié)調(diào)式能量回收標(biāo)定研究

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē)；協(xié)調(diào)式能量回收；能量回收扭矩；續(xù)航里程

0引言

隨著環(huán)境污染問(wèn)題及能源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重，新能源汽車(chē)越來(lái)越受到人們的重視[1]。相關(guān)研究表明，在城市道路行駛工況下，車(chē)輛頻繁加減速，大約有50%以上的驅(qū)動(dòng)能量在行車(chē)制動(dòng)過(guò)程中損失，即使在郊區(qū)行駛，車(chē)輛也有大約20%的驅(qū)動(dòng)能量損失[2]。制動(dòng)能量回收可提高整車(chē)?yán)m(xù)航里程，提高能量利用率，有效降低用戶(hù)的續(xù)航焦慮，提高客戶(hù)的用車(chē)滿(mǎn)意度。

通常，在車(chē)輛非緊急制動(dòng)的普通制動(dòng)場(chǎng)合，大約20%的能量是可以通過(guò)制動(dòng)回收的。但在實(shí)際情況下，能量回收受到制動(dòng)安全法規(guī)、制動(dòng)系統(tǒng)類(lèi)型、駕駛舒適性以及電池系統(tǒng)和電機(jī)類(lèi)型的限制，實(shí)際回收效果和理論值有較大差別。本文以某款新能源汽車(chē)為基礎(chǔ)，對(duì)新能源汽車(chē)協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的標(biāo)定策略進(jìn)行研究分析，在保證車(chē)輛行駛的安全性和舒適性的同時(shí)，提高制動(dòng)時(shí)的能量回收效率，提高整車(chē)?yán)m(xù)航里程。

1協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收系統(tǒng)介紹

制動(dòng)能量回收系統(tǒng)就是在車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程中，控制電機(jī)產(chǎn)生負(fù)扭矩用于發(fā)電，將汽車(chē)行駛的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能，并儲(chǔ)存在動(dòng)力電池中，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的回收。電機(jī)發(fā)電的同時(shí)產(chǎn)生反向制動(dòng)力矩，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞給車(chē)輪，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的減速或停車(chē)[3-4]。

協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收系統(tǒng)（CRBS）在不改變液壓制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，匹配了線控制動(dòng)系統(tǒng)（EHB），做到了與制動(dòng)卡鉗的制動(dòng)力解耦。實(shí)現(xiàn)方案是，機(jī)械制動(dòng)力是由一個(gè)線控制動(dòng)的控制器單元，依據(jù)目標(biāo)制動(dòng)力輸入信號(hào)執(zhí)行的[5-6]。

EHB基于制動(dòng)踏板位移傳感器檢測(cè)當(dāng)前制動(dòng)踏板角度和角速度，推測(cè)駕駛員的制動(dòng)需求，并計(jì)算滿(mǎn)足該需求所需的制動(dòng)力矩，再把制動(dòng)力分配給能量回收系統(tǒng)和線控制動(dòng)系統(tǒng)。再生制動(dòng)力不足的部分，再由控制器單元控制EHB進(jìn)行液壓制動(dòng)補(bǔ)足，從而提高電制動(dòng)的占比，進(jìn)而提升能量回收（圖1）。由于EHB的制動(dòng)力與制動(dòng)踏板開(kāi)度解耦，也就是當(dāng)駕駛員踩了制動(dòng)踏板，需求制動(dòng)力不大時(shí)，EHB并未執(zhí)行制動(dòng)卡鉗制動(dòng)力，先盡可能地使用再生制動(dòng)力，不足的部分再由機(jī)械制動(dòng)提供。

CRBS組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。EHB電機(jī)3建立壓力并不依賴(lài)駕駛員，而是能根據(jù)制動(dòng)需求快速補(bǔ)充制動(dòng)壓力，也可以避免制動(dòng)能量回收退出時(shí)的制動(dòng)力丟失。基于此，可實(shí)現(xiàn)0.3g減速度的再生制動(dòng)，滿(mǎn)足95%以上的日常制動(dòng)工況，降低整車(chē)能耗，提升車(chē)輛續(xù)航里程。

2協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收標(biāo)定策略

2.1整車(chē)進(jìn)入制動(dòng)能量回收的條件

協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收涉及EHB與整車(chē)控制器（VCM）、電池管理系統(tǒng)（BMS）及電機(jī)控制系統(tǒng)（MCU）的交互。VCM被喚醒后，根據(jù)制動(dòng)踏板狀態(tài)信號(hào)、加速踏板狀態(tài)信號(hào)以及車(chē)速和電池荷電狀態(tài)（SOC）等信息確定整車(chē)是否進(jìn)行能量回收。當(dāng)整車(chē)滿(mǎn)足進(jìn)入能量回收條件時(shí)，VCM計(jì)算當(dāng)前允許最大回饋扭矩，并將允許最大回饋扭矩狀態(tài)信號(hào)和允許最大回饋的扭矩值發(fā)送給EHB。EHB根據(jù)用戶(hù)的制動(dòng)需求，判斷當(dāng)前是否需要由電機(jī)提供回饋制動(dòng)扭矩，如需要，則分配制動(dòng)回收扭矩值反饋給整車(chē)控制器，再由VCM控制電機(jī)提供制動(dòng)扭矩。整車(chē)是否進(jìn)入或退出制動(dòng)能量回收的條件如表1所示。

協(xié)調(diào)式能量回收的標(biāo)定需考慮電機(jī)的響應(yīng)時(shí)間、精度及扭矩跟隨能力，VCM允許能量回收扭矩上限值、介入及退出時(shí)機(jī)協(xié)調(diào)標(biāo)定，以及EHB分配給驅(qū)動(dòng)電機(jī)制動(dòng)的扭矩上限。同時(shí)，還要精細(xì)化標(biāo)定需求扭矩-實(shí)際扭矩-液壓補(bǔ)償扭矩軟件參數(shù)（圖3）

2.2標(biāo)定注意事項(xiàng)

協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收標(biāo)定需注意以下幾點(diǎn)。

（1）標(biāo)定工作開(kāi)始前，需要進(jìn)行試驗(yàn)車(chē)輛磨合。車(chē)輛磨合后應(yīng)達(dá)到如下?tīng)顟B(tài)：輪胎表面花紋磨合均勻，無(wú)輪胎分模線；制動(dòng)盤(pán)表面光滑，無(wú)銹跡，制動(dòng)時(shí)摩擦片應(yīng)完全貼合；鼓式制動(dòng)器的領(lǐng)蹄摩擦片完全貼合，從蹄摩擦片貼合面積大于80%。若經(jīng)過(guò)磨合后仍未能達(dá)到如上要求，則應(yīng)再進(jìn)行磨合，以保證整車(chē)發(fā)揮最佳制動(dòng)效能。

（2）檢查EHB功能是否正常，壓力響應(yīng)控制是否穩(wěn)定，整車(chē)動(dòng)力回收扭矩控制是否穩(wěn)定。

2.3協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收進(jìn)入及退出門(mén)限值標(biāo)定

當(dāng)整車(chē)滿(mǎn)足制動(dòng)能量進(jìn)入的條件后，協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收功能進(jìn)入條件是，EHB通過(guò)調(diào)整制動(dòng)能量回收進(jìn)入車(chē)速門(mén)限及松開(kāi)加速踏板后，制動(dòng)能量回收進(jìn)入的延遲時(shí)間進(jìn)行標(biāo)定（表2）。

在實(shí)際標(biāo)定過(guò)程中，試驗(yàn)車(chē)輛需加速至30km/h以上（儀表車(chē)速）。駕駛員松開(kāi)加速踏板，記錄加速踏板開(kāi)度信號(hào)及電機(jī)扭矩信號(hào)，通過(guò)觀測(cè)實(shí)際電機(jī)輪端扭矩的變化情況，測(cè)量加速踏板開(kāi)度0.8%以下到實(shí)際輪端扭矩小于20N·m的時(shí)間。如果EHB在自身系統(tǒng)能力值范圍內(nèi)激活協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收功能并請(qǐng)求制動(dòng)回收扭矩時(shí)，電機(jī)動(dòng)力扭矩還未降低到合適的扭矩范圍，不可以執(zhí)行EHB請(qǐng)求的負(fù)扭矩，導(dǎo)致電機(jī)扭矩響應(yīng)時(shí)間明顯延遲或者響應(yīng)抖動(dòng)，從而致使協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收進(jìn)入過(guò)程整車(chē)抖動(dòng)、不平順。為避免該現(xiàn)象的發(fā)生，需調(diào)整松開(kāi)加速踏板后制動(dòng)能量回收進(jìn)入的延遲時(shí)間。同時(shí)，還要避免協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收功能激活過(guò)慢導(dǎo)致液壓制動(dòng)介入，制動(dòng)能量回收值變少，影響整車(chē)?yán)m(xù)航里程。

2.4EHB分配的電制動(dòng)比值確認(rèn)

EHB的制動(dòng)能量回收公式如下：

E=∫{m·a（t）?f[v（t）]}·v（t）dt（1）

式中：E為回收總能量；m為整車(chē)質(zhì)量；f為運(yùn)行阻力；v為車(chē)速。

本研究基于某款純電新能源出租車(chē)，實(shí)車(chē)采集連續(xù)多天共285次制動(dòng)結(jié)果，并繪制了能量可回收曲線（圖4）。在實(shí)際用車(chē)中，駕駛員駕駛過(guò)程會(huì)有不同的制動(dòng)需求，但屬于不可控因素，影響暫不加入統(tǒng)計(jì)。根據(jù)圖4可以看出，在城市道路日常行車(chē)過(guò)程中，制動(dòng)最大減速度超過(guò)0.3g以上的情況極少，0.3g以?xún)?nèi)的制動(dòng)減速度滿(mǎn)足絕大部分城市路況的制動(dòng)需求。因此，在協(xié)調(diào)式能量回收標(biāo)定過(guò)程中，需提高電機(jī)制動(dòng)減速的上限值。

在協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收標(biāo)定過(guò)程中，需駕駛試驗(yàn)車(chē)輛加速至85km/h（儀表車(chē)速），滑行至80km/h，踩下制動(dòng)踏板并保持穩(wěn)定狀態(tài)，觀測(cè)目標(biāo)制動(dòng)回收扭矩與制動(dòng)回收實(shí)際扭矩響應(yīng)情況。在整車(chē)動(dòng)力扭矩允許情況下，通過(guò)調(diào)整制動(dòng)能量回收扭矩請(qǐng)求變化斜率上限值來(lái)調(diào)整制動(dòng)目標(biāo)扭矩請(qǐng)求值。同時(shí)，通過(guò)調(diào)整制動(dòng)能量回收目標(biāo)壓力與電機(jī)回收扭矩轉(zhuǎn)換系數(shù)，合理分配液壓制動(dòng)力和電制動(dòng)力，保證在電液交互下的整車(chē)減速度平順性，防止減速度波動(dòng)造成的制動(dòng)信心不足。此外，還應(yīng)使整車(chē)減速度在0.3g以?xún)?nèi)優(yōu)先使用電制動(dòng)，從而提高整車(chē)?yán)m(xù)航里程。

對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后，需對(duì)影響制動(dòng)能量回收的因素進(jìn)行實(shí)車(chē)確認(rèn)，如對(duì)液壓制動(dòng)與電制動(dòng)分配進(jìn)行確認(rèn)（圖5）。通過(guò)實(shí)車(chē)測(cè)試，液壓制動(dòng)力和電制動(dòng)力分配合理，整車(chē)正常制動(dòng)過(guò)程優(yōu)先采用電制動(dòng)，則該參數(shù)標(biāo)定符合要求。

當(dāng)標(biāo)定完成后整車(chē)實(shí)際續(xù)航測(cè)試仍無(wú)法滿(mǎn)足要求，則需要通過(guò)圖3所示能量回收的影響要素進(jìn)行排查分析，確定影響整車(chē)?yán)m(xù)航的關(guān)鍵要素，再進(jìn)行標(biāo)定參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整。例如可通過(guò)對(duì)EHB協(xié)調(diào)式能量回收請(qǐng)求的降扭斜率、MCU扭矩的響應(yīng)精度以及VCM的請(qǐng)求降扭斜率等優(yōu)化，改善VCM的能量回收響應(yīng)的跟隨性（圖6）。

3實(shí)車(chē)?yán)m(xù)航測(cè)試結(jié)果

通過(guò)對(duì)某新能源車(chē)型協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的精細(xì)化標(biāo)定，經(jīng)實(shí)車(chē)測(cè)試評(píng)價(jià)，制動(dòng)能量回收進(jìn)入或退出過(guò)程中，整車(chē)減速度平順，無(wú)不安全感；減速度變化平緩，無(wú)異常扭矩變化，主觀感受良好。按照GB/T18386.1—2021《電動(dòng)汽車(chē)能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法第1部分：輕型汽車(chē)》的測(cè)試要求，在轉(zhuǎn)轂上采用CLCT工況進(jìn)行了整車(chē)?yán)m(xù)航比對(duì)測(cè)試，結(jié)果協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的精細(xì)化標(biāo)定對(duì)整車(chē)實(shí)際續(xù)航提升效果顯著，同一車(chē)輛在CLCT工況下，能量回收提升40%左右（表3）。

4結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)某新能源汽車(chē)的協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收的系統(tǒng)組成、工作原理、標(biāo)定策略及標(biāo)定方法進(jìn)行分析研究，對(duì)標(biāo)定后的車(chē)輛進(jìn)行CLCT工況續(xù)航測(cè)試驗(yàn)證。數(shù)據(jù)表明，協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收相關(guān)參數(shù)的合理標(biāo)定，在保證整車(chē)能量回收過(guò)程平順性的前提下，可以有效提高新能源汽車(chē)的續(xù)駛里程。