任务五：电动汽车再生制动控制技术的应用

电动汽车的制动系统包括液压制动系统和电机制动系统两部分。对于前轮驱动的电动汽车，前轮的制动过程一般包含液压制动和电机再生制动两部分，而后轮一般仅通过液压制动系统来制动。

再生制动由整车控制器控制，液压制动由制动控制器控制。液压制动系统在常规的制动系统上增加了踏板行程传感器、压力传感器和电磁阀，且具有ABS调节功能。行程模拟器用于模拟踏板行程，吸收多余的制动压力，在确保制动安全的前提下尽可能采用再生制动，提高能量回收效率。调节器与制动踏板行程传感器协同动作，防止制动踏板在制动过程中产生振动。

1.串联制动

串联制动的特点是当再生制动力达到最大值时，机械摩擦制动系统才参与工作，以满足车辆的制动需求。串联制动需要与车辆的ABS集成控制，它能够对单个车轮的液压制动力进行单独调整，并可以保证使用再生制动与路面附着所容许的最大极限。很显然，由于充分利用了再生制动力，因此串联制动将获得最大的能量回收率。但是，串联制动结构复杂、成本高，需要集成控制，串联制动系统制动力分配图如图5-27所示。

串联制动系统的控制过程：根据驾驶人的制动命令，考虑到为保持车辆的稳定制动而要求的前后轴制动力平衡，制动控制器分别计算需要由电机和液压制动系统提供的制动力，并给液压制动系统和电机控制器发出的指令。电机能够提供的制动转矩是电机转速的函数，该转矩反馈回制动控制器。如果没有达到需求转矩，则需要由液压制动系统予以弥补。由此可见，在串联制动系统中，通过电机制动和液压制动之间的协调控制，可以最大化地利用电机的制动转矩，其能量回收率高。串联制动系统控制原理如图5-28所示。

图5-27　串联制动系统制动力分配图

图5-28　串联制动系统控制原理

2.并联制动

与串联制动不同，并联制动是按一个固定的比例再生制动力和机械摩擦制动力。由于没有充分发挥再生制动力的作用，因此其回收的能量没有串联制动的高。但并联制动对传统机械制动系统的改动少，结构简单，只需要增加一些控制功能即可，成本较低。并联制动系统制动力分配原理如图5-29所示。

并联制动系统的控制原理：根据驾驶人的操作，电机控制器确定需要加在液压制动基础上的电机制动转矩，其大小由液压主缸压力确定。同样，电机制动转矩是电机转速的函数。因此，能够加在液压制动上的电机制动力要根据汽车的静态制动力分配关系、电机转矩特性、驾驶人的感觉和轮胎与路面附着极限综合确定。由于缺乏主动的制动控制功能，在电机制动和液压制动系统之间不能进行协调控制，因此，并联制动系统对电动机制动转矩的使用不充分，能量回收率低。并联制动系统控制原理如图5-30所示。

在制动过程中，整车控制器和液压制动控制器进行交互，控制电机制动力矩和液压制动转矩的分配。在制动开始时，液压制动控制器根据主缸压力解析当前驾驶人的制动意图，计算出总制动力矩的大小并发送给整车控制器，整车控制器计算当前所能提供的再生制动力矩的大小，并发送给液压制动控制器。液压制动控制器根据再生制动力矩的大小，计算目标液压制动力矩的大小，据此控制电磁阀，使车轮轮缸压力达到目标值；整车控制器通过电机控制器控制电机以相应的力矩发电，并通过逆变器给动力电池充电。当ABS起作用时，不再进行再生制动，完全由液压制动来完成制动过程。

图5-29　并联制动系统制动力分配原理

图5-30　并联制动系统控制原理

图5-31所示为一后轮驱动的再生制动控制系统。两个后轮上分别安装了一个电机，整车控制器通过与制动控制器之间的通信控制电机是否提供再生制动。摩擦制动系统中采用了压力分配单元总成，它由主缸压力传感器和制动控制器控制的两个电磁执行器组成。制动控制器利用从电机控制器、主缸压力传感器和制动踏板传感器得到的信号来控制这些电磁阀。对于这种后轮驱动的电动汽车，要想提高再生制动能量，必须加大对后轮的制动力，这就有可能导致减速时车辆的稳定性恶化。尤其是在空载工况下，车辆后轮达到附着极限的制动力只有满载时的一半。

图5-31　后轮驱动的再生制动控制系统

一种用于混合动力电动汽车的新型再生制动系统如图5-32所示，它能同时从前后轮回收制动能量。该系统采用了独特设计的变速器，它连接着发动机和电动机/发电机，这样可以用前轮驱动电动机.发电机，所以这种四轮再生制动系统，不仅可以在城市工况下提高燃油经济性，而且/以优化前后轮制动力分配、提高制动稳定性。

本田Eco—Vehicle电动汽车采用了后轮驱动，摩擦制动系统采用了压力控制阀总成，它是由主缸压力传感器和制动控制器控制的两个电磁执行器组成，能够很好地控制摩擦制动，如果再生制动力发生变化，同一制动踏板上的总体制动力保持恒定。在保证有足够再生制动的前提下，图5-33给出了前后轮的电机制动和摩擦制动的关系。

图5-32　混合动力电动汽车的新型再生制动系统(www.xing528.com)

图5-33　前后轮的电机制动和摩擦制动的关系

图5-33表明在减速度小于1.47m/s2时，只是由电机制动提供制动。也就是说在减速度小于1.47m/s2时，电机制动能够提供足够的制动力，摩擦制动为零。在实际驾驶过程中，减速度通常小于1.47m/s2，因此，可以获得较好的能量回收效果。

Eco—Vehicle的再生制动应用于后轮，因此，为了保持前后轮的制动平衡，在减速度大于1.47m/s2（0.15g）时，对前轮施加摩擦制动，此时保持再生制动恒定。减速度继续增大，再生制动已不能满足后轮制动要求，需向后轮施加摩擦制动。

图5-34为本田EV PLUS制动系统的制动力分配示意图。该车为前轮驱动，采用了电机制动优先的再生制动控制策略。为获得相对制动踏板行程的线性制动强度，在制动过程中，根据再生制动力，通过补偿阀对主缸产生的摩擦制动力进行限制。该再生制动系统通过利用等效的再生制动力代替驱动轮上的摩擦制动力，在没有影响制动感觉的前提下，增加了再生制动力。

图5-35为丰田混合动力系统的再生制动系统的示意图。摩擦制动和再生制动分别由两个ECU进行控制，即整车控制系统ECU控制再生制动，制动ECU控制着摩擦制动。制动ECU根据主缸压力计算所需的制动力矩，并将该力矩部分或全部作为再生制动力矩传到整车控制系统ECU。然后，执行再生制动，同时将再生制动力矩值传给制动ECU与所需制动力矩作比较，从而得出目标摩擦制动力即轮缸的压力。

图5-34　制动力分配示意图

丰田混合动力系统采用的再生制动控制策略，如图5-36所示。制动包括仿发动机再生制动和强制再生制动两个过程。一个过程应用于加速踏板回收时，另一个过程应用于制动踏板作用时。前者称为仿发动机再生制动，后者称为强制再生制动。采用仿发动机再生制动过程时，再生制动强度取决于加速踏板回收的程度和车速的大小；采用强制再生制动，在制动强度较低时，优先采用再生制动，在制动强度增加到再生制动的极限时，采用复合再生制动。

通过两个ECU之间的信息交互完成再生制动过程，能够很好地控制制动力的分配，既没有损害制动的感觉，也没有影响ABS的功能。

虽然各种车型在再生制动力控制机构的设置上不尽相同，但是都不同程度地使用了制动控制ECU，ECU控制摩擦制动力和电机制动力，既保证了制动效能及其恒定性，又能最大程度地回收能量。

图5-35　制动系统示意图

图5-36　再生制动控制策略示意图

思考与练习

1.电动汽车再生控制系统有几种类型？

2.电动汽车再生控制的结构和工作原理是什么？

3.电动汽车变频调速技术是什么？

4.电动汽车再生控制技术是什么？