摘要：从目前的产品调研和研究成果分析来看，制动能量回收系统在纯电动汽车上的装车率很高，然而直接、单独针对该系统的测评体系尚未建立，只是在控制策略研究中有部分提出了一些测评指标．研究中有提出“回生率”指标，也即回收的制动能量与整车动能减少量的比值。目前，国内外均对电动汽车制动能量回收系统进行了大量的研究，基于此，本文主要对电动汽车制动能量回收系统评价方法进行分析探讨。
关键词：电动汽车；制动能量；回收系统；评价方法
1、前言
以电动汽车制动能量回收过程中不同能量间的传递关系为研究对象，提出了评价制动能量回收系统的测试方法和评价指标，搭建了电动汽车制动能量回收系统测试平台，并利用该平台对某电动汽车在NEDC工况下的制动能量回收效率进行了研究。试验结果表明，制动回收能量和回收率主要受制动能量回收控制策略、制动初速度和减速度的影响，当制动初速度低于控制策略中设定车速时系统将不进行能量回收;鉴于NEOC工况中制动初速度和减速度比较单一的情况，建议开发一种适用于电动汽车制动能量回收系统评价的工况。
2、制动能量回收系统评价方法与指标
2.1制动能量回收评价方法
国内外制动能量回收系统的测试方法主要包括软件仿真、台架试验和整车测试等3种。软件仿真需要对车辆制动能量回收过程中各子系统进行单独建模，同时对建模的精确度要求较高，且难以真实全面地模拟在实际车辆行驶过程中影响能量回收的因素，数据的有效性和准确性较差。台架试验仅对单独的制动能量回收系统进行测试，而忽略了汽车实际道路行驶中风阻、路阻及其它附件能量消耗等对能量回收率的影响。整车测试是对整车在实际运行过程中的制动能量进行测试，能够充分反映制动能量回收系统本身以及外界环境中的各种影响因素，能够弥补台架试验和软件仿真的不足，提高了试验的精确度和数据的准确性。因此，对电动汽车制动能量系统的测试评价应采用基于整车测试的方法。
2.2制动能量回收评价指标
对于制动能量回收的评价指标，国内外已提出了制动能量回馈率（制动能量回馈过程中电动机发出的电能在总制动能量中的占比）、能量回收率（在某循环工况下电动机回馈发出的电能占电动机总消耗能量的百分比）、回收率（电动机回馈发出的电能占整车总动能或动力电池总储电量的百分比）及制动能量回收贡献率（制动能量中被回收又重新被动力系统利用且传递到驱动轮的那一部分能量在总驱动能量中所占的比例）等评价指标。电动汽车制动能量回收过程是一个复杂的动态过程，涉及的子系统较多，但上述前3种评价指标仅考虑了电动机发出的电能占总制动能量或消耗能量的比例，没有考虑制动能量回收各子系统动态变化对制动回收能量的影响，缺乏对制动过程中能量流传递的研究，因此不能全面且有针对性地对制动能量回收系统进行评价;制动能量回收贡献率主要考虑了制动能量回收过程中特定结构间的转化效率，但对其它不同的制动能量回收结构而言缺乏一定的适用性。
3、整车制动能量回收系统测试平台
3.1制动能量回收系统测试平台搭建
依据提出的制动能量回收评价指标，需要对电动汽车的车速、驱动电池的电流和电压、左右制动半轴扭矩及转速等参数进行测试，同时为评价不同制动力时的制动能量回收效率，需要测试制动踏板力。根据测试参数的精度选择相对应的传感器（均设为同一采样频率），并布置在整车相应的位置上，搭建的整车制动能量回收系统测试平台见图1。整车制动能量回收系统特性的测试可在实际道路或整车底盘测功机上完成。
图 1电动汽车制动能量回收系统测试平台
驱动电池的电压和电流分别由电压传感器和电流传感器测试，当电流为正值时表明汽车在加速或匀速行驶，驱动电池处于放电状态，当电流为负值时表明汽车在制动状态，驱动电池处于制动能量回收状态。制动半轴的扭矩主要是通过粘贴在半轴表面上的电阻应变片来测试半轴扭应变的应力和应变，再利用应变仪将电阻应变片信号放大后转化为电压信号输出得到的。在试验前需对制动半轴的扭矩进行标定，标定方法是将制动半轴差速器端固定，对半轴的车轮端加载不同的扭矩，通过扭矩传感器采集相应的半轴应变量，半轴的标定系数即为扭矩与应变量的平均比值。
3.2制动能量回收数据处理方法
由于汽车在实际行驶过程中的跳动会造成试验数据存在突变点和毛刺，因此需要进行相应的滤波处理。从整个测试的工况数据中筛选出所有制动工况下的各参数数据，假定整个测试工况中进行了N次制动工况，每次制动工况进行n次采样，则记录第λ（≤N）次制动工况中第i（≤n）次采样的参数数值，表1为制动能量回收系统需要采集的参数。
4.2试验方案
试验车辆在底盘测功机上运行NEDC工况，设定各传感器的采样频率为1Hz。NEDC中制动工况是分别由7种不同的恒定减速度构成的，且部分制动过程由多个不同减速度的连续制动工况组成，因此将1个或多个连续的制动工况看作一个制动片段进行研究。
4.3试验结果分析
试验后对NEDC制动工况中7个制动片段的电池充电能量、半轴回收能量及整车动能进行统计处，制动片段A的半轴回收能量和电池充电能量均为0.3kJ左右，主要原因是片段A的制动初速度为15km/h，整车动能的变化较小，由地面摩擦和风阻等因素造成的动能变化与车辆本身的动能变化相当，电制动系统几乎不参与制动过程，因此造成半轴回收能量和电池充电能量均非常低。
在市区循环中，制动片段B～片段D的制动初速度和减速度比较接近，因此电池充电能量、半轴回收能量和整车动能基本保持平稳。随着制动初速度的增加，市郊循环中制动片段E～片段F的电池充电能量、半轴回收能量和整车动能均有大幅度增加，特别是在制动片段F（制动初速度为120km/h）时各能量均达到最大值。整体来看，3种能量的变化趋势基本一致，即当动能变化量较大时，半轴回收能量和电池充电能量也会随之增加。在制动初速度由70km/h提高到120km/h时，车辆的动能变化量最大，约提高了5倍，而半轴上回收的能量和电池充电能量提高了10倍以上。
5、结束语
电动汽车制动能量回收整车测试能够充分反映制动能量回收系统本身以及外界环境中的各种影响因素，弥补台架试验和软件仿真的不足，提高试验精确度和数据的准确性。本文搭建了电动汽车制动能量回收系统整车测试平台，提出了基于制动能量流传递关系的制动可回收率、制动转化率和制动回收率的评价指标，全面系统地评价了制动过程中的影响因素和不同能量间的转化效率。NEDC制动工况中制动初速度和减速度相对比较单一，难以反映车辆在各种制动初速度和减速度下制动能量和制动效率的分布特征，进而影响对电动汽车制动能量回收系统的评价，因此建议开发一套适用于评价电动汽车制动能量回收效率的测试工况。
参考文献：
［1］姚亮，初亮，周飞鲲，等．纯电动轿车制动能量回收节能潜力仿真分析［Ｊ］．吉林大学学报（工学版），２０１３，４３（１）：６－１１．
［2］张树培，黄璇，荆哲铖．城市道路与ＮＥＤＣ工况的制动能量回生率差异分析［Ｊ］．重庆交通大学学报（自然科学版），２０１５，３２（２）：１３３－１３６．
论文作者:曾铖铖
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/22
标签：能量论文; 工况论文; 整车论文; 系统论文; 初速论文; 测试论文; 电动汽车论文; 《防护工程》2018年第34期论文;