再生制动系统简介

再生制动系统简介

1 再生制动的定义

再生制动，是指车辆减速或制动时，将其一部分动能转化为其他形式的能量储存起来以备驱动时使用的过程。制动能量再生系统先将车辆制动或减速时的一部分机械能（动能）经再生系统转换（或转移）成其他形式的能量（旋转动能，液压能，化学能等），并储存于储能器中，同时产生一定的负荷阻力使车辆减速制动；当车辆再次启动或加速时，再生系统又将储存在储能器中的能量转化为车辆行驶时需要的动能（驱动力）。

图1-1 能量再生系统原理简图

在纯电动车或混合动力电动汽车上，只有驱动轴上的制动能量可以沿着与之相连接的驱动系统传送至储能装置，另一部分的制动能量将由非驱动轴上车轮通过摩擦制动而以热的形式散失掉。即使是驱动轴上的制动能量也不能够被完全回收，进行制动能量回收时还受到很多因素的限制，例如电池充电功率的限制，回收功率不能超过电池当前的最大充电功率；电机发电能力的限制，电机制动产生的最大制动转矩不能超过当时转速和功率下电机发电能力，车速较高时电机再生制动扭矩就不能满足大强度制动要求；驱动系布置结构的限制，若电机位置在变速器前，汽车换挡时，从车轮到电机的动力传递被切断，电机不能进行再生制动。

2 国内外研究现状

2.1 国外研究现状

国外对混合动力汽车再生制动的研究已经开展了几十年，研究领域主要集中在以下几个方面：

(1) 再生制动过程中整车制动综合建模与仿真；

(2) 制动能量分配和再生制动、摩擦制动与ABS 的综合协调控制；

(3) 再生制动过程中储能系统、电机/发电机和CVT 的性能及控制方法。

国外对再生制动领域的研究已具有了一定的基础，20 世纪90 年代全球掀起混合动力汽车研究热潮以后，国外在混合动力汽车再生制动系统的研究上取得了比较快的进展。特别是各大汽车公司，已经在量产的混合动力汽车上普遍采用该系统，大大提高了整车的能量利用效率，降低了整车油耗，延长了整车续驶里程。

2.2 国内研究现状

我国对于混合动力电动汽车的研究起步比较晚，对再生制动这一混合动力汽车所具有的重要节能功能的研究也显得比较薄弱，国内目前对混合动力汽车的再生制动的研究，在以下方面还有待深入研究：

(1) 再生制动能量管理和控制策略；

(2) 再生制动系统建模和车辆制动动力学建模；

(3) 基于整车综合制动动力学仿真的综合优化；

(4) 再生制动系统的实验模拟、匹配控制和综合评价。

3 典型再生制动控制策略介绍

电动汽车和混合动力电动汽车中的再生制动对制动系统控制策略呈现出两个基本问题：一是如何在再生制动和机械摩擦制动之间分配所需的总制动力，以回收尽可能多的车辆的动能；二是如何在前后轴上分配总制动力，以实现汽车制动稳定性。为回收尽可能多的动能，必须控制牵引电动机产生特定量的制动力，而同时，应控制液压制动系统满足由驾驶员给出的制动指令。基本上有如下三种制动控制策略。

3.1 并行再生制动系统控制策略

图3-1 并行制动系统控制策略图

并行制动系统既包括电（再生）制动，又包括传统的液压制动，它们是同时、并行地产生制动力。并行制动力分配控制策略是在传统汽车定比例制动力分配控制策略思想的基础上发展起来的，整车制动系统的动态响应较快，并且只需对原液压制动系统进行较小的改进即可在混合动力汽车上实现所需的控制功能和目

标，实现较为简单，是一种应用价值很高的制动力分配控制策略。并行制动系统像传统的液压制动系统一样，在前后轴上的制动力是按固定比值分配的。驱动电机在驱动轴施加附加的制动力来回收制动能量，结果造成了总制动力分配曲线向驱动轴制动力坐标轴偏移。

3.2 最佳制动能量回收控制策略

图3-2 最大能量回收制动力分配控制策略图

最佳制动能量回收控制策略的原理在满足对应给定制动减速度指令的总制动力情况下，尽可能多的地回收制动能量，因此在进行制动力分配时，在不抱死的前提下尽量使再生制动力最大，充分发挥电机制动能力，以达到多回收能量的目的。

3.3 理想制动力分配控制策略

图3-3 理想制动力分配控制策略图

理想制动力分配控制策略通过控制施加于前后轮上的制动力，来实现时制动距离趋于最小值，且优化驾驶者的感觉。根据前文的分析，最短的制动距离和良好的制动感觉要求施加在前后轮上的制动力遵循理想的制动力分布曲线I。这种控制策略的控制方法跟最佳制动能量分配控制策略相似，它和最佳制动能量分配控制策略不同的是，它优先考虑制动时的安全，保证车辆能沿理想制动力分配曲线进行分配，在这个前提下再进行能量回收。