[撮要]本文旨在协商纯电动汽车制动能量回收的评估法子。从制动能量回收的机理动手，剖析了制动能量回收系统的制动力分派和整车能量流；引入新的制动器效用因数和机电制动力分派系数的观点，推导出制动轮缸压力与制动能量之间的关联；提议了评估制动能量回收成绩的3个评估目标，离别为制动能量回收率、节能进献度和续驶历程进献度；并施行了仿真和实车实验。结束声明，制动能量回收率可反响制动能量回收系统的节能潜力，节能进献度能反响制动能量回收系统对整车节能的进献度，评估目标稳固、公道。

序言

制动能量回收技能做为电动汽车的一项要紧技能，是其节能环保的要紧权谋之一。制动能量回收可拉长整车续驶历程，提升能量操纵率。电动汽车是他日汽车的进展方位，但对于电动汽车制动能量回收测试和评估法子国内尚无关联准则，是以为公道地评估电动汽车制动能量回收环境，须要详细剖析制动能量回收进程中的机理以及能量崎岖。

文件[1]中以电动汽车制动能量回收进程中不同能量间的传播关联为协商方向，提议了制动可回收率、制动能量的转折率和回收率3个评估目标，这3个评估目标均未斟酌能量传播进程中的转折效率。打算整车动能时，制动可回收率未裁撤震动阻力和空气阻力耗费的能量；而且在轮回工况测试进程中，实践车速与方向车速存在差池，打算整车动能时，未明白指出访用实践车速仍旧方向车速；制动能量转折率的分子和分母所运用的量不是统一类物理量，给评估数据的丈量带来了难度，而且存在差池。文件[2]中提议了采取制动能量回收率做为评估目标，即通过机电把持器输出的能量与在制动进程中车辆总动能的比值，分子为充电电流与电压乘积对光阴的积分，分母为操纵准则工况车速打算的整车动能，也未裁撤震动阻力和空气阻力耗费的能量；文件[3]中提议了制动能量回收进献率的评估目标，反响了整车经济本能，但未对制动能量回收系统的回收才力施行评估。

针对上述题目，本文中在剖析纯电动汽车制动能量回收系统劳动机理，制动进程中能量的崎岖环境，斟酌了各部件的能量转折效率，提议了3个制动能量回收评估目标:制动能量回收率、节能进献度和续驶历程进献度。制动能量回收率能反响制动能量回收系统的节能潜力，节能进献度和续驶历程进献度也许反响制动能量回收系统对整车节能的进献水平。这两类目标也许所有评估制动能量回收系统的黑白。而后，推导了这3个评估指方向打算法子和丈量法子。末了，通过仿真和实车实验对评估目标施行了考证。

1复活制动力分派

复活制动力的分派关联到汽车的节能、制动觉得和制动平安性等方向，是以须要公道分派前、后轴制动力分派和电、液制动力。基于保守制动力分派和规则请求，依据复活制动力分派准则，本节将协商复活制动力分派法子，并确立制动系统制动轮缸压力pc与液压抑动力矩Mb之间的关联，以系数Kp2T抒发，本文中称之为制动器效用因数。提议了机电制动力分派系数β′的观点，并确立机电制动力分派系数β′与制动能量回收率ηreg之间的关联。制动器劳动旨趣如图1所示。

制动器效用因数Kp2T界说为:在制动鼓或制动盘效用半径Re上所获得的磨擦力矩Mb与制动轮缸压力pc之比，即

图1制动器劳动旨趣示妄念

底下推导制动器效用因数Kp2T的详细打算公式，在轮胎未抱死的环境下，制动器制动力矩与大地制动力矩数值上是相等的，因而有

制动轮缸通过轮缸活塞的活动，制动衬块施加给制动盘的压力巨细为

式中Dc为轮缸活塞直径。

依据牛顿磨擦定律，制动盘效用半径处的磨擦力Fμ与FcN之间的关联为

聚集式(2)～式(4)可得

由式(6)看来，Kp2T的巨细只与制动轮缸直径、制动衬块与制动盘之间的磨擦因数和制动盘效用半径关联。所确立的轮缸液压pc与液压抑动力矩Mb之间的关联，为后续制动力分派的打算以及把持供应了一个轻松的对应关联，如在已知须要制动力矩时，也许通过系数Kp2T直接获得所需的轮缸压力pc，从而把持电磁阀的行为。

1.1抱负制动力分派

前、后轮同时抱死时前、后制动器制动力的关联弧线称为抱负的先后轮制动器制动力分派弧线，简

式中:μc为磨擦因数；Re为制动盘效用半径；n为制动器单侧油缸数量。

是以，制动器效用因数为称I弧线。抒发式为

式中:G为车辆重力；hg为车辆质心高度；b为质心至后轴的间隔；L为轴距；Fbf为前轴制动器制动力；Fbr为后轴制动器制动力。

1.2实践制动力分派

(1)先后轴制动力分派

图23种模范的制动力分派法子

实践运用进程中，由于制动系统自身布局的束缚，大多半汽车的前、后制动器制动力之比为一稳固值，且尽可能接近I弧线。每每将前轴制动器制动力Fbf与汽车总制动器制动力Fb之比称为制动器制动力分派系数β，即

以Fbr＝f(Fbf)体现的弧线成为实践前、后轴制动器制动力分派线，简称β线，为一贯线，通过坐标原点，由制动器的打算参数决计，如图2所示。

实践制动力分派弧线β线与抱负制动力分派弧线I线之间的交点处的附着系数为同步附着系数φ0，由汽车布局参数决计，是反响汽车制动本能的一个参数。

(2)电液制动力分派

由于复活制动力分派触及电液制动力分派，是以本文中提议了机电制动力分派系数β′的观点，界说为汽车某轴的机电制动力与该轴总制动力之间的比值，即

机电制动力分派系数直接反响了制动能量的回收才力，当β′＝1时，体现该轴制动力全部由机电供应，制动能量回收率最高；当β′＝0时，机电不介入该轴制动，制动力集体由液压抑动供应，无制动能量回收。

1.3复活制动力分派法子

对于前轴启动的纯电动轿车来讲，只可对前轴制动能量施行回收，是以在规则理睬的前提下须要恰当增大制动力分派系数β，云云前轴制动力所占比例增大，从而分派给机电制动力β′Fbf也许增大，回收更多的制动能量。同理，对于后轴启动的纯电动轿车来讲，就须要恰当减小制动力分派系数β，以增大后轴制动力所占的比例。对于四轮启动的电动轿车来讲，由于先后轴的制动能量都可回收，可提升制动效用和制动平安性。

对底下最根底的3种分派法子(图2中粗黑线所示)施行剖析，其余复活制动力分派法子则为这3种分派法子的组合。

昔时轴启动的纯电动汽车阐明这3种分派法子的差别:(1)β线分派法与保守液压抑动系统分派法子一致，其将总的前轴制动力尽或者多地分派给动力机电，先后轴总制动力按β分派；(2)平移β线分派法是在β线分派法根底大将β线向右平移至与B线相切，这时恰当补充了前轴制动力，也许充足表现机电制动力的效用，回收更多的制动能量；(3)规则下限分派法则将前轴制动力分派所占比例补充到了极限，也许进一步减小由于制动力分派而致使的对机电制动力的束缚。

2能量流剖析及节能性评估

车辆熟稔驶进程中，遭到震动阻力、空气阻力、坡度阻力和惯性阻力的配合效用。不管车辆行驶进程中处于启动状况仍旧制动状况，城市遭到震动阻力和空气阻力的效用，一贯耗费车辆的启动能量且不行回收。模范轿车在城市轮回工况下由于震动阻力和空气阻力耗费的能量占启动能量的30%以上，是以在评估制动能量回收系统的能量回收成绩时，是不是计入这两部份的能量耗费，存在两种不同的评估目标。一种是不斟酌中心关节的转折效率，理论上可回收的制动能量，用制动能量回收率评估；另一种是指车辆在实践行驶进程中，回收的能量对汽车耗费总能量或行驶历程的进献水平，用节能进献度和续驶历程进献度评估，后文将给出这3个指方向明白界说。

纯电动汽车熟稔驶进程中的能量崎岖如图3所示。

图3纯电动汽车无制动能量回收和有制动能量回收的能量流

车辆启动功率为

式中:m为车辆品质；g为重力加快率；f为车辆的震动阻力系数；i为坡度；CD为空气阻力系数；A为车辆顶风面积；ρ为空气密度；v为车辆行驶速率；δ为车辆扭转品质换算系数。

图3(a)中无制动能量回收时汽车启动耗费能量为

图3(b)中有制动能量回收时，当回收的制动能量用于启动时，那末此时汽车启动耗费的能量为

式中:Eregen为理论可回收的制动能量；ηd为传动系统的传动效率；ηgen为电动机的发电效率；ηchg为电池的充电效率；ηdischg为电池的放电效率；ηm为机电的劳动效率。

(1)制动能量回收率

制动能量回收率是指在某次制动进程中，由机电制动理论可回收的制动能量Eregen占能干量回收时制动器耗费总能量Ebrake的比例，即

式中:Ebrake为能干量回收时，汽车在某次制动进程中，车速从v0(t0时间)延缓到ve(te时间)，裁撤震动阻力和空气阻力耗费的能量，获得的由于制动力而耗费在制动器上的能量，这部份能量通过制动衬快与制动盘之间磨擦形成热能耗散到大气中。

(2)节能进献度

在某轮回工况下，给定行驶间隔S0时，无制动能量回收时电池端耗费的能量为Ereg＿off，有制动能量回收时电池端耗费的能量为Ereg＿on，这时将节能进献度界说为

(3)续驶历程进献度

在某轮回工况下，给定电池能量E0，无制动能量回收时，汽车行驶的间隔为Sreg＿on，雷同业驶前提下，有制动能量回收时，汽车行驶间隔为Sreg＿on，这时将续驶历程进献度界说为

3评估目标数据丈量与打算法子

3.1数据丈量

在实践运用进程中，丈量点时时有两个:电池端和机电端。电池端可测出电池电压Ubat和电池电流Ibat，机电端也许测出机电转矩Mmot和机电角速率ωmot。

(1)电池端丈量

聚集图3(b)可得，电池端输出能量Ebat＿out与启动耗费能量Edrive之间的关联为

聚集图3(b)可得，汽车有制动能量回收时，电池端输入能量Ebat＿in与可回收制动能量Eregen之间的关联为

(2)机电端丈量

聚集图3(b)可得，机电端输出能量Emot＿out与启动耗费能量Edrive之间的关联为

聚集图3(b)可得，汽车有制动能量回收时，机电端输入能量Emot＿in与可回收制动能量Eregen之间的关联为

(3)制动压力丈量

压力记号也许通过压力传感器测得。设前轴实践制动压力为pfh，后轴实践制动压力prh，前轴总须要制动压力为pf，后轴总须要制动压力为pr。

对于前轴启动的纯电动轿车来讲，机电只通过前轴回收制动能量，前轴总制动力由液压和机电两部份供应，液压部份的制动压力为pfh，机电部份的等效制动压力pfm＝pf－pfh；在把持精度界限内，后轴实践制动压力与后轴总须要制动压力餍足prh≈pr。后轴启动的纯电动轿车同理。

依据式(6)中的制动效用因数Kp2T将制动压力转折为对应的制动力矩，将制动力矩转折为响应的制动力后与车速的乘积即为该力的功率，对光阴积分后便可求得响应的能量。

前轴制动器耗费的总能量为

3.2制动能量回收率打算

依据电池端测得的电流和电压，可算得制动能量回收率为

依据机电端测得的转矩和转速，也可算得制动能量回收率为ηgen＝Eregen/Ebrake＝∫Mmot≤0Mmotωmotdt/

尚有一种算法为通过先后轴轮缸压力来打算制动能量回收率:

3.3节能进献度打算

节能进献度的打算公式为

4仿真及实车考证

通过上述理论剖析，获得了纯电动汽车制动能量回收的3个评估目标。底下通过仿真考证了制动能量回收率的评估目标，该目标能反响制动能量回收系统的节能潜力；通过实车考证了节能进献度的评估目标，该目标也许反响制动能量回收系统对整车节能的进献水平。

4.1制动能量回收率

制动能量回收率可用于评估单次制动进程中制动能量的回收环境，剖析纯电动轿车的节能潜力。对初始车速为km/h，制动强度顺序为0.1g，0.2g，0.3g，0.4g，0.5g和0.6g施行仿真。方向车的构型如图4所示，0.3g的仿真结束如图5所示。

图4方向车型布局安置简图

由图看来:(1)先后轴轮缸压力根底全部随从方向压力变动，考证了压力把持法子的有用性；(2)机电制动力矩与液压抑动力矩调解制动进程中，能餍足总制动须要，而且调解制动进程中制动强度变动稳固，延缓觉得较好；(3)机电能充足表现其制动才力，制动能量回收潜力较大。

对初始车速为km/h，制动强度顺序为0.1g，0.2g，0.3g，0.4g，0.5g和0.6g的仿真结束综算打算，结束如表1所示。制动总能量是指单次制动进程中制动器耗费的总能量(裁撤震动阻力、风阻耗费的能量)；可回收能量是指机电发电转矩所形成的能量(未计入电池充放电效率)；制动能量回收率的打算法子见3.2节，为可回收能量与制动总能量的比值。

表1初始车速km/h制动打算结束

0.1g～0.6g下纯电动汽车制动能量回收率与制动强度之间的关联弧线如图6所示。

由图看来:(1)机电最大制动力矩跟着制动强度的补充而增大，0.4g以后，由于机电外性格束缚，机电可供应的最大制动力矩稳固；(2)制动总能量跟着制动强度的补充而增大，这是由于跟着制动光阴的增加，震动阻力微风阻耗费的能量增加；(3)可回收能量的最大值呈此刻0.2g左右，一方面是由于大强度制动，机电力矩受限，另一方面是由于制动光阴短，机电做功光阴短；(4)制动强度小于0.3g时，制动能量回收率较高。

4.2节能进献度

4.2.1纯电动轿车1纯电动轿车1的整车根底参数如表2所示。

图5初始车速km/h，制动延缓率0.3g仿真弧线

图6制动能量回收率与制动强度之间的关联

表2纯电动轿车1整车参数

NEDC工况转鼓实验结束如图7所示。搜聚的数据囊括车速、电池电流、电池电压、机电转矩和机电转速。

运用式(27)的两种打算法子打算节能进献度，结束如表3和表4所示。机电效率为93%，电池效率为97%[4－5]。

表3电池端丈量打算结束

表4机电端丈量打算结束

图7纯电动轿车1实验结束弧线

由电池端和机电端的打算结束可知，节能进献度的末了值根底一致，最大差错在2%之内。证实了该评估指方向稳固性和公道性。

4.2.2纯电动轿车2

纯电动轿车2的整车根底参数如表5所示，车辆实验如图8所示。

表5纯电动轿车2整车参数

图8转鼓实验相片

NEDC工况转鼓实验结束如图9所示。搜聚的数据囊括车速、电池电流、电池电压、机电转矩和机电转速。

运用式(27)的两种打算法子打算节能进献度，结束如表6和表7所示。机电效率为93%，电池效率为97%[4－5]。

表6电池端丈量打算结束

表7机电端丈量打算结束

图9纯电动轿车2实验结束弧线

由电池端和机电端的打算结束可知，节能进献度的末了值根底一致，最大差错在2%之内。证实了该评估指方向稳固性和公道性。

综上所述，斟酌能量崎岖的效率，两种纯电动汽车从电池端和机电端打算获得的节能进献度根底一致，阐明该评估目标也许反响制动能量回收对整车节能的进献水平，可做为纯电动汽车制动能量回收的评估目标。

5论断

针对纯电动汽车制动能量回收评估的题目，从制动能量回收的机理动手，剖析了制动能量回收的制动力分派以及整车能量流，提议了评估制动能量回收系统的3个评估目标，并施行了仿真和实车实验，考证了评估指方向稳固性和准确性，获得了以下论断。

(1)提议了一种新的制动器效用因数的观点，确立了轮缸液压与液压抑动力矩之间的关联。

(2)提议了机电制动力分派系数的观点，机电制动力分派系数直接影响制动能量回收率，该系数越大节能潜力越大。

(3)提议了纯电动轿车制动能量回收的3个评估目标:制动能量回收率，节能进献度和续驶历程进献度，并给出了这3个指方向丈量和打算法子。

(4)通过仿真考证了制动能量回收率的打算法子；通过实车实验考证了节能进献度的打算法子。证实了评估指方向稳固性、公道性和准确性。

做家：初亮，刘达亮，刘高大，蔡健伟，赵迪

吉林大学，汽车仿真与把持国度重心实行室

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