制动能量回收系统

v dt v3dt
3
dv Ki v dt dt P T 0
整车节能度（%）
25%
25 NEDC工况 UDDS工况 J1015工况
K f
工况 NEDC UDDS J1015
P T 0

vdt
P T 0

dv Ki v dt dt P T 0
制动工况
22.5%
20
15
Kf
√
主要包括高附着路面、低附着路面、对接路面和对开路面紧急制动时，车轮的防抱死
失效安全性
主要包括液压管路失效情况下的应急制动性能，制动储能装置或电控系统失效情况下 的行车制动性能，本文尽在系统方案中做定性分析。
针对传统制动系统的安全性要求，国内外都出台了相关标准，通过对标准的分析，选取防抱死制动 性能作为制动安全性的主要评价指标。
纯电动轿车整车构型方案及特点
行驶方向 再生制动力 液压制动力
动力系统主要由电池、电机和主减 速器组成，电机前置前驱动，无传 统意义上可调速比的变速器；
电池组
主减速器 液压调节 单元 电机
MCU
制动系统主要包括：传统制动操纵 机构、液压调节单元、制动器、压 力传感器、踏板位移传感器和轮速 传感器； 整车控制网络涉及到的控制器包括： 整车控制器、电机控制器（MCU）、 电池控制器（BCU）和制动控制器， 控制器之间通过CAN网络进行通讯。
电池回收电量：Qbat
drv genchg
P T 0

PT dt
3600U bat
通过车辆受力分析和能量流分析，可得到电池驱动消耗的电量和制动回收到电池的电量，为节能潜力 分析提供理论基础。
2015年6月29日 6
制动能量回收系统的节能潜力分析
循环工况车速时间历程
150
CD A / 2 Ki m K f mg f K w K f mg f K w CD A / 2 Ki m
制动能量回收节能潜力对比分析
特征权值计算方法及结果
30
Kf
P T 0

vdt
Kw Kw
驱动工况
P T 0

制动能量回收比例
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
7
制动能量回收系统的控制方法
制动力分配理论及法规限制
8000 7000
独立控制策略
8000 7000
理想制动力分配曲线 ECE法规线-C线
后轴制动力（N）
6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 2000 4000 6000 8000
制动压力精确控制模块 电磁阀和电机液压 泵控制信号
执行层
2015年6月29日
11
9291 7042 3011
Kw
3.46×106 1.54×106 5.40×105
Ki
1227 2099 686.2
K f
1639 4947 1152
Kw
5.24×105 1.08×106 1.59×105
K i
-1226 -2097 -685.9
10
17%
5
0 0
0.1
0.2
0.3
2015年6月29日
z
2
③
Fhyd _ r
③ 电机制动力达到最大，液压制动补偿阶段
z 1
② ①
2000 4000
2015年6月29日
前轴制动力（N）
6000
8000
10000
12000
14000
8
制动能量回收系统的硬件结构
看看
制动系统硬件结构方案
制动系统工作原理
道路工况
踏 板 模 拟 装 置
踏板行程 模拟器
踏板位移 传感器
2015年6月29日 9
制动能量回收系统的总线方案
制动控制器外围接口示意图
制动灯开关 轮速传感器 制动踏板 位移传感器 主缸压力传感器 轮缸压力传感器 液压调节单元 开关电磁阀 线性电磁阀 泵电机 踏板模拟装置 开关电磁阀 制动开关信号 轮速信号 踏板位移信号 主缸压力信号 轮缸压力信号 v v v v v v CAN信息 CAN 总 线 通 讯
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制动能量回收系统的节能潜力分析
车辆运动过程受力分析
空气阻力 惯性阻力
纯电动轿车能量流分析
驱动过程 制动过程
EQ 3600 Qbat U bat
电池
Qbat
EQ 3600 U bat
Edchg EQ dchg
Emot Edchg mot
ED Emot drv
踏 板 力 （N） D
减速感觉：车辆减速给驾驶员带来的身体惯性及视
觉和听觉感受，用制动强度表征；
A-B段：空行程阶段 B-C段：真空助力器作用阶段 C-D段：真空助力饱和阶段
C A B 踏板位移（mm）
制动感觉的一致性：踏板感觉和减速感觉具 有相对确定的关系，可用踏板力、踏板位移 和制动强度三者的函数关系表征。
100
80
NEDC循环工况
100 50
80 60
UDDS循环工况
60 40
J1015循环工况
40 20
20 0 0
0 0
200
400
600
800
1000
1200
0 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
100
200
300
400
500
600
700
节能贡献度
Sreg drv 2 genchgmotdchg
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BCU
制动能量回收系统的功能
电机制动力 精确控制 系统能够利用CAN总线实现与电机控制器的通讯，保证目标电机制动力 的精确控制
压力解耦
系统能够实现制动主缸和制动轮缸的压力解耦，即轮缸压力不随主缸压 力的变化而变化。
压力精确调节
液压调节单元能够长时间高频率的工作，并实现对轮缸压力的精确调节， 使液压制动力更准确的补偿电机制动力。
EQ Echg chg
驱动力
滚动阻力
滚动阻力
电机 传动系 驱动轮
Echg Egen gen
Egen ED drv
1 dv 2 驱动力： FT mg f CD A v m 2 dt
驱动功率：P T ( mg f 驱动能量： ET 制动能量： EB
续驶里程延长量
无能量回收时续驶里程
节能性指标用于评价在特定循环工况下制动能量回收系统的节能效果，量化指标包括制动能量回收 率和节能贡献度。
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制动能量回收系统的评价指标
（2）制动感觉评价指标
踏板感觉：制动系统给驾驶员脚部的反作用力或行
程感，用踏板力和踏板位移表征； 踏板力-踏板位移
14000
独立控制策略：
① 踏板空行程阶段
后轴制动力（N）
协调控制策略
8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0
② 电机制动力稳定不变，液压制动随踏板增加阶段
Freg
Fhyd _ f
实际制动力分配线
协调控制策略：
① 电机全制动阶段 ② 考虑到法规限制，液压制动补偿阶段
制动力分配模块
防抱死协调控制模块
主缸及轮缸压 力传感器信号
制动压力可控边界 估算模块
[ pfront _min , pfront _max ] pMC_act pSS _ act pFL,FR,RL,RR _ act
意图识别及 状态估算层
Freg _ trgt
FFL _ trgt , FFR _ trgt , FRL _ trgt , FRR _ trgt
电动真空泵
制 动 操 纵 机 构
车辆
驾驶员
制动操纵机构
制动 控制器
踏板模拟装置
ESC液压 调节单元
压力传感器
制 动 执 行 机 构
再生制动系统
制动执行机构
制动力传递方向 制动感觉反馈方向 控信号传递方向
在传统制动系统基础上，新增了踏板行程模拟器、电动真空泵、踏板位移传感器和压力传感器，并对 ESC液压调节单元进行改进。
滚阻损失 风阻损失
动能
节能贡献度
S reg
能量计算法：
Sreg

i =1
n
ti_ 2
ti_1
U i _ bat I i_chg dt
电机回收能量 无能量回收时电池消耗总能量

te
ts
U i _ bat I dischg dt
续驶里程计算法：
Sreg
L reg - Lworeg Lworeg
2015Leabharlann Baidu6月29日
2
制动能量回收系统的评价指标
（1）节能性评价指标
制动能量回收率
reg

i =1
n
ti_ 2
ti_1
U i _ bat I i _ chg dt
电机回收能量
( 2 mv
i =1
n
1
2 i_ 0
mgf vdt CD A / 2 v 3dt ) 理论可回收制动能量
踏板位移-制动强度
整 车 制 动 强 度 （g） C D
整 车 制 动 强 度 （g）
踏板力-制动强度
E D
A
B
A-B段：空行程阶段 B-C段：真空助力器作用阶段 C-D段：真空助力饱和阶段
踏板位移（mm）
C A B
A-B段：空行程阶段 B-C段：真空助力器跳跃力作用阶段 C-D段：真空助力器正常助力阶段 D-E段：真空助力饱和阶段
后轴制动力（N）
6000 5000 4000 3000 2000
等强度线
实际制动力分配线
制动器制动力分配线
Fhyd _ f
z fre
Freg
②
Fhyd _ r
ECE法规线-B线
1000
14000
前轴制动力（N）
10000
12000
0
0
①
e
2000
4000
前轴制动力（N）
6000
8000
10000
12000
制动能量回收系统的软件结构
轮速脉冲 车辆状态估算模块
i ,FL , FR , RL , RR
逻辑层
抱死状态监测模块 KABS
NO
vveh
zest
opt , fact , ract
YES
加速踏板、制动 踏板及挡位信息
M brk , s pb , ds pb
驾驶员制动意图识别模块
K ABS K ABS _ threshold
整车控制器
v 加速踏板开度 v 当前挡位
电机控制器
电机最大制动功率 电机最大制动力矩 电机实际制动力矩 电机工作温度 电机故障标识
制动控制器
开关控制信号 PWM控制信号 开关控制信号 v v v v v 目标电机制动力 控制标志位 制动踏板开度 车速 制动开关
电池控制器
v v v v 电池当前SOC 电池充电功率限制 电池工作温度 电池故障标识
开关控制信号
制动控制器（即原ABS控制器）的输入信号主要来自于传感器和 CAN总线，来自传感器的信号由制动 控制器进行滤波处理，各控制器按照一定的周期从 CAN总线上获取并发送信息。制动控制器的控制对 象主要是液压调节单元和踏板模拟装置，控制信号类型包括开关控制信号和PWM控制信号。
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踏板力（N）
2015年6月29日
4
制动能量回收系统的评价指标
（3）制动安全性评价指标
车轮未抱死时的制动效能
主要包括制动距离、充分发出的减速度、附着系数利用率、制动效能的衰退和恢复等 指标，不易作为系统前期开发阶段的评价指标，作为实验验证的评价指标更具说服力。
防抱死制动性能
控制循环情况和附着系数利用率，是本文重点需考虑的评价指标。
Ftotal
传统ABS
电机及电池 状态信息 电机电池状态监测模块
Freg _ act
边界条件计算模块
MABS , pABS _trgt _i
Freg _ max
[ prear _min , prear _max ]
[Ffb min , Ffb max ] [ ztrgt _min , ztrgt _max ]
ET ED
ED EB
1 dv CD A v 2 m )v 2 dt
FT 0
P T 0

P T dt

FT vdt
电池驱动耗电量：Qbat
P T 0

PT dt
3600U batdrvmotdchg
P T 0

P T dt
FT 0

FT vdt
制动意图识别
系统能够对驾驶员的制动意图进行准确识别，保证制动需求判断的鲁棒 性和一致性，为制动力协调控制提供依据。
防抱死控制
系统必须能够消除系统间干扰，并发挥电机制动的特点，不影响防抱死 性能，满足安全性需求。
失效安全
系统中出现的电子失效、机械失效或者液压失效等情况，不应导致车辆 制动失效，应能发挥出充分的制动力，保证车辆制动效能满足法规要求。
整车控制器
制动控制器
压力传感器 动力系统
轮速传感器 液压制动系统
信号线
CAN 总线 踏板行程模拟器
液压管路 踏板位移传感器
制动控制器依据动力总成工作状态、制动系统压力和驾驶员制动需求，控制ESC液压调节单元实施液压 制动，控制电机实施电制动。控制过程中，踏板行程模拟器实现了主缸压力和轮缸压力的解耦，即轮缸 压力的调节对主缸压力没有任何影响。