电动汽车制动能量回收系统

早期多采用叠加式，目前协调式逐渐成主流。
研究背景
• 摩擦制动控制系统是能量回收系统关键的执行 机构，需要实现三个重要功能：
(1)摩擦制动力供给
(2)制动踏板感觉模拟 (3)摩擦制动压力调节
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摩擦制动控制系统研发进展
第一代 第二代 第三代 第四代
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系统
制动 动力源 踏板 感觉 制动力 调节 性能
液压制动助力 高压蓄能器
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Smart Booster

基于传统ESC控制系统，增加相应电 磁阀，同时对储油罐进行重新设计 系统与传统汽车制动系统组成基本 相同，成本得到有效控制
ห้องสมุดไป่ตู้

通过直流电机以及相应传动系统控制 主缸压力 踏板行程模拟器提供全行程制动感觉
摩擦制动控制系统研发进展
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Servo Brake
高压蓄能器提供制动动力源 行程模拟器提供踏板力 开关阀组调节液压制动力
国际2016汽车底盘性能开发系列会议
汽车转向与制动系统创新开发技术论坛
电动汽车制动能量回收系统
张俊智 教授
清华大学 2016-10-20
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主要内容
1. 制动能量回收研究背景及现状
2. 制动能量回收系统研发进展
3. 制动能量回收系统测试评价方法
4. 总结与展望
研究背景
汽车城区运行时加减速频繁，制动耗散能量占总驱动能量 的40~50%。
Civic Hybrid
摩擦制动控制系统研发进展
技术 平台 系统名称 ECB SCB Servo Brake HAS-hev ESC-R ESP ESP-hev 厂商 日本丰田 爱德克斯 美国天合 日本本田 德国博世 美国天合 德国博世 多柱塞泵 电动液压泵 电动液压泵 高压蓄能器 液压供给单元 压力调节机构 开关阀、比例阀 开关阀、选择阀 开关阀、 机械式伺服阀 踏板 解耦 解耦 解耦 解耦 前后制动力 独立可调 是 是 否 是 否 应用车型 丰田 Prius 凯美瑞 Hybrid 福特Fushion Hybrid 福特Escape Hybrid 通用 Volt 本田 Insight 本田Civic Hybrid — — 奔驰S400 Hybrid
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EHB
开关阀、选择阀 解耦 电磁阀 准解耦 电磁阀 准解耦
iBooster
EDiB 新型 助力 电控真空 主缸 制动系统 技术 MK C1 Smart Booster
德国博世
日本日立 德国大陆 德国大陆
直流无刷电机+ 二级齿轮装置 直流电机 滚珠丝杠
电控真空助力 器 电机
电磁阀
电机 电磁阀 电磁阀
行程模拟器 电磁阀组
电控制动系统（ECB） 电控制动系统（ECB） 电控制动系统（ECB） 高压蓄能器
行程模拟器 电磁阀组
高压蓄能器
行程模拟器 电磁阀组
高压蓄能器
行程模拟器 电磁阀组
液压响应更快，制动感 三通道ABS、RBS和液 线性电磁阀，改善了控 减少线性阀降低成本， 觉更平滑，能量回收范 压制动协调效果不佳， 制效果，但存在成本高、 同时改善小型化、轻量 围更大。 停车间隙制动力急剧增 体积大等缺点。 化。 未整合ABS/ESC系统， 大，产生异样感。 通用性更强。
基于ESC液压单元 独立的踏板模拟器 电磁阀组调节制动压力
移滑控制助力系统SCB (Slip Control Boost)
液压制动助力器和高压蓄能器 带双腔主缸的踏板模拟器 类似EHB思路
Volt
Ford Escape
摩擦制动控制系统研发进展
万都长期与现代公司合作，对传统液压 控制系统进行改造，实现能量回收功能。
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传统摩擦制动
滚动 阻力 35%
空气 阻力 12%
动能
热能
制动 53%
数据来源：德国亚琛工业大学
制动能量回收节能潜力巨大
研究背景
制动时，电动汽车拖动电机发电，将上述耗散能量回收至 蓄电池，用于驱动车辆运行，同时对驱动轮产生制动力矩。
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电机回馈制动
制动能量回收一般可延长电动 汽车续驶里程15~20% 。 动能 电能
解耦
准解耦 解耦 解耦
否
否 否 是
e － Up!、e －Golf 、下 一代特斯拉、BYD e6
日产Leaf 奔驰S600 Hybrid 阿尔法·罗密欧Giulia
韩国现代
直流电机
电机
准解耦
否
—
国外整车与零部件企业液压回馈系统方案
电机调节主缸压力
踏板感觉
制动力调节 优势 目标车型
驱动轮制动管路与踏板解耦
基于ESP9.0 成本、性能 HEV和小型EV
踏板行程模拟器
电磁阀组
无需真空助力 强混合动力和EV
摩擦制动控制系统研发进展
电控真空助力液压制动系统
制动动力源：主动式真空助力器 踏板力：行程模拟器提供
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制动压力调节：只能调节主缸压力，需依靠额外的ESC实 现轮缸压力的独立调节中真空度
Power Supply 建压单元
Active Hydraulic Booster 集成了踏板模拟器、 主缸、制动压力调节器
摩擦制动控制系统研发进展
ESP hev
系统
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HAS hev
iBooster hev
制动动力源
踏板力+真空助力器
液压助力系统+高压蓄能器
直流无刷电机+ 二级齿轮装置 电机补偿踏板力度
制动能量回收是决定电动汽车能效水平的关键
研究背景
电机回馈制动力与原有摩擦制动力如何协调是关键！
叠加式
制动力
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协调式
制动力
动 制 力
馈 回
摩擦 制动力 回馈制动力
摩擦制动力
0
制动行程
0
制动行程
回馈制动力直接叠加在摩擦制动力上， 对摩擦制动系统改动较小； 能量回收效率低 制动感觉差
优先使用回馈制动力，对摩擦制动力 进行相应调节，需改造摩擦制动系统 能量回收效率高 制动感觉好
摩擦制动控制系统研发进展
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电机驱动智能制动系统EDiB（Electric Driven Intelligent Brake）
通过无刷电机和滚珠丝杠建立主缸压力
利用弹簧组相对作用力补偿踏板力
需依靠额外ESP调节液压制动力
Nissan Leaf
摩擦制动控制系统研发进展
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ESC-R回馈制动系统
MK C1
制动执行模块、制动助力器模块以及制动压力控制模块 （ABS、ESC）高度集成 制动动力源：高性能电机驱动主缸活塞产生主缸压力 踏板力：集成在执行模块中的弹簧/缓冲器单元提供 制动压力调节：已集成ESC模块
取消真空泵和ESC的多活塞液压泵，消除了主要噪声源。 可满足自动驾驶车辆的制动需求