汽车再生论文

汽车再生论文（精选7篇）

汽车再生论文 篇1

近年来, 报废汽车的回收处理和再利用问题引起了世界各国的高度重视。为此, 各国纷纷出台了不同的法规及政策, 以推动零部件再制造和材料回收处理技术的进步。在绿色汽车制造这一前提下, 汽车用塑料循环利用无疑是其重要发展方向。

1 塑料循环利用问题日益受到社会的关注

汽车工业的迅速发展, 导致了对资源的大量消耗, 同时对环境造成的污染也日益严重。除了尾气排放外, 报废汽车的处理问题也愈显突出。据介绍, 目前全世界每年的汽车产量接近6600万量, 年报废的汽车量仅在欧美及日本等发达国家就已达到2500万辆左右。

近年来, 我国汽车工业持续快速发展, 2009年汽车产销双双突破1380万辆, 预计到2010年, 我国汽车的年产量和报废量将分别达到1500万辆和70 0万辆, 成为世界汽车消费国和生产国。伴随着汽车工业的发展, 未来几年, 我国的汽车保有量与报废量也将呈现出快速增长的趋势。因此, 报废汽车的环保处理及报废汽车材料的循环利用问题日益受到汽车界的关注。毫无疑问, 汽车材料的回收利用、零部件再制造技术的研究, 以及实现节能环保等是当今世界汽车工业迫切需要解决的问题, 可持续发展问题同样将考验着我国的汽车工业。随着报废汽车回收利用问题的日益突出, 欧盟各国及日本、美国等发达国家相继出台了有关报废汽车回收利用的法律法规, 并对回收利用水平做出了详细规定, 以推动零部件再制造及材料回收处理技术的进步。我国政府有关部门已给予了高度重视, 2006年2月, 国家发改委、科技部和国家环保总局联合颁布了《汽车产品回收利用技术政策》, 以指导并推动我国汽车产品的设计、制造、报废、回收和再利用等方面的工作。

2 从出生开始抓好车用塑料的循环利用

绿色汽车的制造是一个系统工程, 盖了从最初的设计创意到最终废品回收处理和再利用的整个过程。在这过程中, 涉及了设计构思、原材料选

竭。为了适应保护地球环境的需要, 世界塑料加工业研究出许多环保新技术。工程塑料如ABS、PC、聚酰胺、PBT和聚甲醛以及他们的共混物/合金 (如PC/PBT, PC/ABS) 、PP复合材料及合金等都可回收再利用。典型的回收工程塑料制品包括汽车保险杠、汽车仪表板、汽车挡泥板、计算机外壳、电器外壳、接线盒、复印机外壳、光盘、尼龙纤维碎片等。在节省资源方面, 主要是提高产品耐老性能、延长寿命、多功能化、产品适量设计;在资源再利用方面, 主要是研究塑料废弃物的高效分选, 分离技术、高效熔融再生利用技术、化学回收利用技术、完全生物降解材料、水溶性材料、可食薄膜;在减量化技术方面, 主要是研究废弃塑料压缩减容技术、薄膜袋装容器技术, 在确保应用性能的前提下, 尽量将制品薄型化技术;在CFC代用品的开发方面, 主要是研究二氧化碳发泡技术;在替代物的研究方面, 主要是开发PVC和PVDC代用品。

工程塑料回收料的利用途径有三种:一是将材料设计成可在相同或相关应用领域中多次使用;二是将回收的材料用于完全不同的场合 (如用于对材料性能要求较低的场合) , 后者被称之为“渐落式”回收。如Xenoy保险杠在使用10年后被粉碎, 然后用来生产新一代保险杠的支架, 这属于第一种利用途径, 而将二次回收的保险杠支架回收后生产方向盘, 这则属于第二种利用途径。共混、合金化和复合材料化在回收料再利用中发挥着重要作用;三是回收单体, PC是工程塑料中不经改性直接使用比例最高的品种, 因为没有其它组分, PC最适合回收单体。我国玻纤增强尼龙6有一半以上基料是尼龙纤维回收再生粒料。美国MBA与广州钢铁集团合资的塑料回收企业是我国目前最专业的塑料回收企业, 再生ABS是其主要产品之一。

常见废旧塑料回收后再生方法有:熔融再生, 热裂解, 能量回收, 回收化工原料及其他等方法。

熔融再生熔融再生是将废旧塑料重新加热塑化而加以利用的方法。从废旧塑料的来源分, 此法又可分为两类:一是由树脂厂, 加工厂的边角料回收的清洁废塑料的回收;二是经过使用后混杂在一起的各种塑料制品的回收再生。前者称单纯再生, 可制得性能较好的塑料制品;后者称复合再生, 一般只能制备性能要求相对较差的塑料制品, 且回收再生过程较为复杂。

热裂解方法是将挑选过的废旧塑料经热裂解制得燃烧料油, 燃料气的方法。

能量回收是利用废旧塑料燃烧时所产生热量的方法

回收化工原料, 一些品种的塑料, 加了聚氨酯可通过水解获得合成时的原料单体。这是一种利用化学分解废旧塑料变成化工原料进行回收的方法。

除了上述废旧塑料的回收方法外, 还有各种利用废旧塑料的方法, 如将废旧聚苯乙烯泡沫塑料粉碎后混入土壤中以改善土壤的保水性、通气性和排水性, 或作为填料同水泥混合制成轻质混凝土, 或加入粘合剂压制成垫子材料等。

目前国内外废旧塑料的综合利用主要途径有如下方面:不久前一项新的实用技术——废旧塑料回收燃油技术及工艺设备在成都获得成功。这种废旧塑料回收工厂用废塑料生产高质量90#燃油, 经检验为合格不含铅高质量燃油, 1吨废旧塑料可生产大约半吨燃油。将废弃的塑料裂解加工成燃油, 为我国治理“白色污染”提供了一种有效、切实可行的新技术。

以发泡塑料废弃物为基料, 在特殊配方和工艺条件下生产多品种、多用途室内外建筑装修耐水胶膏胶液系列产品, 是一项投资少、见效快、有竞争力、能效消除塑料污染的理想项目。每吨废料可产数吨成品胶, 按每吨胶最小包装5kg×200桶计, 综合生产成本约3000元, 售价在6000元左右。废塑料制备多功能树脂胶, 具有附着力好、光泽度高、抗冲击性强、耐酸碱等特点, 日产1吨, 每吨成本2300元, 市场售价5000元。

工业上用于生产各种玻璃钢制品, 能大大降低生产成本, 另外, 还可制作防水涂料、防锈漆、家具腻子胶等产品, 可替代各种玻璃胶、木材胶、印刷胶使用。日本正在进行以废塑料为原料制取化工原料新技术的实用化研制开发。其方法是把PE、PP等废塑料加热到300℃, 使之分解为碳水化合物, 然后加入催化剂, 即可合成苯、甲苯和二甲苯等芳香族化合物。在525℃的温度下反应时, 废旧塑料的70%能够转换为有用的芳香族物质, 这些物质可做化工品和医药品的原料及汽油用燃料改进剂等, 用途极广。其余成分可以转换为氢和丙烷。铝塑复合包装广泛应用于食品、制药等包装。

随着社会进步, 废弃物逐年增加, 由于铝塑复合在一起, 不能造粒, 回收无人问津, 只能进行焚烧, 既污染环境又浪费资源。采用铝塑自动分离剂, 把废铝塑包装放入容器内, 加入水和自动分离剂, 铝塑包装会在20分钟左右将铝塑完全分离, 每吨废铝塑包装可分离出0.85吨再生塑料和0.1吨废铝。每日回收处理废铝塑复合材料1吨, 利润在1000~2000元。

在城市塑料固体废弃物处理方面, 目前主要采用填埋、焚烧和回收再利用三种方法。因国情不同, 各国有异。采用填埋处理, 因塑料制品质大体轻, 且不易腐烂, 会导致填埋地成为软质地基, 今后很难利用。采用焚烧处理, 因塑料发热量大, 易损伤炉子, 加上焚烧后产生的气体会促使地球暖化, 有些塑料在焚烧时还会释放出有害气体而污染大气。采用回收再用的方法, 由于耗费人工, 回收成本高, 且缺乏相应的回收渠道, 目前世界回收再用仅占全部塑料消费量的15%左右。但因世界石油资源有限, 从节约地球资源的角度考虑, 塑料的回收再用具有重大的意义。为此, 目前世界各国都投入大量人力、物力, 开发各种废旧塑料回收利用的关键技术, 致力于降低塑料回收再用的成本的开发其合适的应用领域。

4 我国车用废旧塑料再生的前景广阔

塑料产业是与汽车相关的高增长产业群之一, 车用塑料产值不断增长, 相应的车用废塑料处理难题也逐渐显现。目前国外发达国家车用塑料已占塑料总消耗量的7%~11%。我国车用塑料产销量虽然目前并不很大, 但据有关方面预测, 随着我国汽车产销量的骤升, 全国车用塑料行业将呈快速增长之势, 预计2010年塑料产量将达到128万吨, 2015年达到407万吨。塑料产业是与汽车相关的高增长产业群之一, 车用塑料产量不断攀升, 相应的车用废塑料处理难题也逐渐显现。目前汽车内饰件已基本实现塑料化, 并且塑料化的趋势正由内饰件向外装件、车身和结构件扩展, 今后的重点发展方向是开发结构件、外装件用的增强塑料复合材料、高性能树脂材料。如果能通过初始的设计, 使这些高性能的塑料若干年后能回收利用或部分利用, 就能节约大量的宝贵资源。

车用废塑料其实是一种宝贵资源, 其再生利用可产生经济价值, 节约石油资源, 同时可解决环境污染问题。用于汽车工业的工程塑料及复合材料的品种多达上百种, 用得最多的有聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、热固性复合材料、ABS、尼龙和聚乙烯等, 都由石油深加工而得。

废旧塑料的回收利用, 是变废为宝和解决生态环境污染的重要途径。作为一项节约能源、保护环境的措施。我国塑料原料十分短缺, 进口量大;与此同时, 废旧塑料回收利用率却很低。而发展废旧塑料回收利用产业是解决我国塑料原料短缺问题的有效途径。

我国塑料制品行业的产业结构调整亟待加快, 作为结构调整的方向之一, 废旧塑料的回收再利用问题已经成为整个循环产业链的关键, 而且也是目前整个行业技术含量较高、利润较高的一个环节。现阶段, 我国废弃塑料及其包装物回收利用率还不到10%, 而日本已达到26%。在一些发达国家, 有关废旧塑料回收利用的开发研究工作起步早, 许多技术已日趋成熟, 且产生了很好的效益。在我国, 废旧塑料回收行业是个朝阳环保产业, 发展潜力很大。从经济效益考虑, 废旧塑料回收行业最大的优势在于成本低。据核算, 在目前塑料原料价格基础上进行比较, 用废塑料再加工制成的产品成本, 仅为正品原料制成品的50%左右。

我国日益重视创建节约型社会, 有关法律体系建设步伐正在加快。例如制定与《清洁生产促进法》相衔接的《循环经济促进法》;修订《固体废物污染环境防治法》《水污染防治法》《矿产资源法》等专门性的法律法规, 对资源的节约、回收、再利用等做出特殊的规定。这些法规的出台都会为废旧塑料回收利用行业发展提供空间。目前我国大多废旧塑料原料是靠进口各类符合要求的塑料边角料和未进垃圾场的塑料包装废弃物, 是全球废塑料进口量最大的国家。我国塑料废弃物的回收早期主要依靠传统的物资回收系统进行。近几年各地的垃圾掩埋场人工收集废旧塑料、分类、再进行加工处理也已形成产业化规模, 且基本实现了市场化。

塑料再生既可节约资源, 缓解塑料原料供需矛盾, 又可为环境保护作出重要贡献。而我国这方面做得显然不够。让塑料再生行业健康、持续地发展下去, 是利国利民的大好事。应该说, 这一行业近几年已经获得了不小进步, 一些地方形成了一定规模, 当地政府因势利导, 培植出年产值数亿元的再生塑料工业园。人们期望, 政府更好地发挥其职能, 出台相关的法规、标准来正确引导废旧塑料的回收利用。这一行业的经营者要改进生产技术, 把科技融入到生产中去, 提高产品质量, 创造品牌产品, 同时注意节约资源, 防止环境污染, 既为自己带来利益, 也为社会造福。

参考文献

[1]张玉龙.废旧塑料回收制备与配方.北京:化学工业出版社, 2008.

[2]周凤华.塑料回收利用.北京:化学工业出版社, 2005.

[3]夏训峰, 席北斗.报废汽车回收拆解与利用.北京:国防工业出版社, 2008.

[4]钱伯章.节能减排--可持续发展的必由之路.北京:科学出版社, 2008.

电动汽车再生制动系统控制研究 篇2

在对移动的车体进行制动处理时, 大量的能量由机械能转化成内能传递到大气中, 如果能够采取一定的措施将这一部分能量进行回收再利用, 那么必然能够对电动汽车的续航能力带来一定的作用。所谓再生制动汽车的电机处于发电状态, 控制电机制动的效果, 实现制动过程实现一定数量的能量转化。

1 再生制动特性概述

回收制动系统能量过程中, 最好的状态是将车辆损失的动能完全转化成电能储存于电池中等待使用。车速的变化影响电制动转矩变化, 当电机转速没有达到500rpm时, 电机内产生的反电动式不能达到制动要求, 因此再生制动功能基本丧失。

当电机作为发电机使用时, 产生的电制动转矩与转速成正比。再生制动时电机向电池组充电, 速度和时间必须进行有效的控制, 使得电流需要在允许条件下使用, 避免对电池造成损害, 综上所述可以说明, 其实制动转矩是有限的。由于汽车行驶必须要求汽车的平顺性和安全性, 而且驾驶人员的驾驶习惯会对再生制动产生较大的影响, 整体分析影响再生制动的因素比较多。

电池组的荷电状态和温度对于再生制动能量回收也会造成一定的印象, 当电池组荷电状态较低或者问题较高时, 为了保护电池组的使用, 延长电池组的使用时间, 避免使用再生制动能量回收功能。制动能量回收的功率应当小于电池组允许充电功率和线路损耗的总和, 电机的发电电流不超过电池组的允许电流, 以免产生安全隐患。当车速相对比较低时, 传动系速比处于变化的状态喜爱, 但是当电机速度在500rpm时, 车轮的速度会受到能量回收作用影响, 不利于驾驶的稳定性。驱动轮能量回收效果比较好, 但是前轮荷载比较大, 因此在其他条件类似的情况下, 前轮驱动比后轮驱动回收的能量多。

一次制动可回收能量为k1k2k3 (W-Ffs) , 该式中, k1为机械传动效率, 该值的决定因素为汽车本身;k2为发电效率, 发电效率的值是随着电动汽车的转矩、转速的变化而随时发生变化的;k3是充电效率, 充电效率与车辆的设计结果相同;W为汽车动能减少量;为滚动过程中的阻力;s为制动路程的长短, 主要控制因素是制动力和制动时间。

2 再生制动控制策略

在进行再生制动时, 根据每个不同的制约条件对整体车辆的状态进行评价, 全面分析汽车ABS、电池组以及电机的运行状态, 根据综合因素来考虑是否选择再生制动过程来实现控制。车辆的制动模式由三个类型构成, 分别是紧急制动、中轻度制动和下长坡制动三种模式。

制动减速度在2m/s2以上时称为紧急制动, 主要应当从车辆的安全性考虑, 选择机械摩擦制动为主, 辅助效果是电机制动操作, 实际行驶时不会出现多次大量的紧急制动, 只是偶尔进行几次, 不会长时间、高频率的进行, 因此对于这一部分制动能量可以忽略不计。

中轻度制动指的是制动减速度在1m/s2至2m/s2之间时, 出现中轻度制动的情况主要是出现红灯减速、路边停车、行驶过程中的减速操作。中轻度制动实现过程首先需要驾驶者将加速踏板松开, 使车辆处于滑行状态, 这是整体的制动状态为纯电制动, 实际作用效果相当于普通汽车的发动机制动, 之后驾驶者踩下制动踏板, 车速控制范围在最高转速和额定转速时, 电机的运行是按照恒定功率运行的, 这时是电机吸收能量最多的过程。转矩和功率存在反比例关系, 所以当速度减少时, 电制动转矩变大。一旦出现了转矩最大值, 那么电机转速就会采用额定转速运行。电机功率随着速度的影响逐渐降低, 再生制动过程就会采用恒转矩运行, 如果即将停车, 那么电制动转矩就会趋于零, 停车过程主要通过机械摩擦制动实现, 没有出现能量回收过程。

在汽车处于长下坡制动过程中, 一般情况下车的运行速度不会超过1m/s2, 受到本身运行的制动力比较小的因素影响, 能够利用电机再生制动发挥作用, 这样的情况下有利于再生制动过程的能量储存进行。

3 制动力分配

在保证基本的制动稳定性的基础上, 采用混合并行制动力分配策略能够更好的实现车辆的安全运行。当踩下制动踏板之后, 出现的状态时同时开始再生制动和机械摩擦制动两个过程, 对其进行定义如下, 制动强度Z是制动力与汽车自重的比值。当Z小于0.1时, 只有再生制动作用存在;当Z位于0.1至0.7之间时, 为了有效确保制动过程中车辆行驶的稳定性, 选择通过再生制动与机械摩擦制动共同完成的作用;当Z大于0.7时, 车辆为紧急制动模式, 制动来源只通过机械摩擦力实现。

4 结束语

影响电动汽车的发展重要限制因素为电动汽车能量供应问题, 采用再生制动技术能够在一定程度上提升电动汽车的行驶里程, 能够为解决电动汽车能量供应提供一定积极作用。再生制动技术在辅助制动过程的同时来进行发电, 在一定程度节约能源的使用, 具有一定的环境保护作用。本文通过对再生制动特点的分析, 分析整体影响因素, 将汽车在行驶过程中的主要制动过程进行分析, 从而将机械摩擦制动过程和再生制动过程的关系进行全面的分析, 同时提出了并行制动力分配的对策, 以后在设计过程中可以采用这一思路进行研究, 提升整体电动汽车的发展速度。如果能够有效解决电动汽车的能源供应问题, 电动汽车本身清洁性、环保型特征将会被充分发挥, 能够在很大程度上代替传统的汽车, 为环境保护工作提供积极影响。

参考文献

[1]何仁.电动汽车混合制动系统控制策略的改进[J].江苏大学学报, 2013 (03) :125-130.

[2]成龙, 崔俊杰.电动汽车再生制动技术研究[J].河北农机, 2015 (02) :46-50.

[3]翟志强.电动汽车再生制动控制策略研究[J].计算机仿真, 2013 (11) :160-169.

汽车再生论文 篇3

汽车制动能量再生系统就是在制动过程中,把车辆的一部分动能回收并利用的装置,它大大提高了汽车综合能量利用率,降低了汽车废气排放[1]。但再生制动系统参与制动后改变了车辆原有的制动特性,为了达到良好制动效果,再生制动需要与常规制动系统协调兼容。

目前主要有两种再生制动系统(regenerative braking system,RBS)与常规制动协调方式,一种是驾驶员手动启用或停止滑行能量回馈充电,再生制动力矩大小由车速、蓄电池充电状态(state of charge,SOC)等决定,操作繁锁,回馈能量少,切换过渡不柔和;另一种是根据车速、制动踏板行程、制动液压传感器判断制动力总需求,通过对再生制动力矩与机械制动力矩的合理分配,来实现两者兼容,这种方法控制复杂,且不能实现与ABS系统的兼容[2,3]。本文提出一种基于ABS的RBS集成控制方式,把电机制动融合到ABS制动系统中,实现RBS与液压ABS制动系统的协调兼容。

1 系统结构

基于ABS的RBS系统结构如图1所示,常规制动为双管路四通道四传感器液压ABS制动系统。再生制动力矩由电机产生并由机械变速机构传递动力,在制动过程中,集成控制器获取储能器状态信号,对轮速、车速、制动踏板信号、管路压力信号等进行综合处理,进而确定制动模式,按照制动控制策略对电机及常规制动系统进行控制,实现常规制动与RBS的协调运行。

2 系统模型

为方便建模,对车辆制动作如下假设:①道路路面坡度为零,无坑洼不平;②转向角输入为零;③忽略轮胎变形影响。

本文采用如图2所示的车辆单轮制动模型[4],图中,Tb为制动总力矩,M为轴荷,v为车速,ω为轮速,Fz为地面支承力,rw为轮胎有效滚动半径。

在制动过程中,制动力矩Tb在纯电机制动时为电机制动力矩,此时有Tb=δi0igTbe,其中,δ为传动效率,i0为主减速比,ig为变速机构变速比,Tbe为电机制动力矩。常规制动力矩Tbn为零,即Tbn=0。当常规制动与电机制动复合时,有Tbi=δi0igTbe+Tbn。

忽略车辆空气阻力和车轮滚动阻力,车辆运动方程为

$m\dot{v}=-F{}_{x\text{s}\text{u}\text{m}}(1)$

式中,m为车辆质量;Fxsum为车轮水平方向受力。

根据牛顿运动定律,制动时,车轮运动状态的动力学方程为

$J{}_i\dot{\omega }{}_i=-{\rm T}{}_{\text{b}i}+F{}_{\text{t}i}r{}_{\text{w}}(2)$

Fti=Fziμi(λi) (3)

Fxsum=∑μi(λi)Fzi (4)

式中,J为当量车轮转动惯量;Ft为地面制动力;μ为附着系数;λ为滑移率;μi(λi)为第i个车轮附着系数随滑移率变化的函数;i为第i个车轮。

3 滑模控制器设计

由式(1)～式(4)可得

$\dot{v}=-\frac{1}{m}{\displaystyle \sum \mu }{}_i(\lambda {}_i)F{}_{\text{z}i}(5)$

$\dot{\omega }{}_i=\frac{1}{J{}_i}[-{\rm T}{}_{\text{b}i}+\mu {}_i(\lambda {}_i)F{}_{\text{z}i}r{}_{\text{w}}](6)$

由滑移率定义有$\lambda {}_i=1-\frac{\omega {}_{i}r{}_{\text{w}}}{v}$,则对滑移率定义式微分可得

$\begin{array}{l}\dot{\lambda }{}_i=(-\frac{r{}_{\text{w}}\dot{\omega }{}_i}{v}+\frac{r{}_{\text{w}}\omega {}_i\dot{v}}{v{}^2})=\\ -\frac{r{}_{\text{w}}}{v}[\mu {}_i(\lambda {}_i)F{}_{\text{z}i}\frac{r{}_{\text{w}}}{J{}_i}-\frac{1}{J{}_i}{\rm T}{}_{\text{b}i}]-\frac{r{}_{\text{w}}}{v{}^2}\frac{1}{m}{\displaystyle \sum \mu }{}_i(\lambda {}_i)F{}_{\text{z}i}(7)\end{array}$

为了简化计算,本文采用双线性模型来简化轮胎模型[4],如图3所示,轮胎模型用两条直线方程来表达,即

$\begin{array}{l}\mu {}_i(\lambda {}_i)=\frac{\mu {}_{\text{h}}}{\lambda {}_{\text{t}\text{h}}}\lambda {}_i\lambda {}_i\le \lambda {}_{\text{t}\text{h}}\\ \mu {}_i(\lambda {}_i)=\frac{\mu {}_{\text{h}}-\mu {}_{\text{g}}\lambda {}_{\text{t}\text{h}}}{1-\lambda {}_{\text{t}\text{h}}}-\frac{\mu {}_{\text{h}}-\mu {}_{\text{g}}}{1-\lambda {}_{\text{t}\text{h}}}\lambda {}_i\lambda {}_i＞\lambda {}_{\text{t}\text{h}}\end{array}\}(8)$

其中,λth为理论理想滑移率,在滑移率达到λth时路面附着系数达到最高,防抱死制动控制就是要实现车轮滑移率在λth值附近。令

$A=\frac{\mu {}_{\text{h}}}{\lambda {}_{\text{t}\text{h}}}B=\frac{\mu {}_{\text{h}}-\mu {}_{\text{g}}\lambda {}_{\text{t}\text{h}}}{1-\lambda {}_{\text{t}\text{h}}}C=\frac{\mu {}_{\text{h}}-\mu {}_{\text{g}}}{1-\lambda {}_{\text{t}\text{h}}}$

则式(8)可简化为

$\begin{array}{l}\mu {}_i(\lambda {}_i)=A\lambda {}_i\lambda {}_i\le \lambda {}_{\text{t}\text{h}}\\ \mu {}_i(\lambda {}_i)=B-C\lambda {}_i\lambda {}_i＞\lambda {}_{\text{t}\text{h}}\end{array}\}(9)$

式(9)代入式(7)得

$\dot{\lambda }{}_i=-\frac{r{}_{\text{w}}}{v}(A\lambda {}_{i}F{}_{\text{z}i}\frac{r{}_{\text{w}}}{J{}_i}-\frac{1}{J{}_i}{\rm T}{}_{\text{b}i})-\frac{r{}_{\text{w}}}{v{}^2}\frac{1}{m}{\displaystyle \sum A}\lambda {}_{i}F{}_{\text{z}i}(10)$

定义滑模面S=λth-λi,则滑模控制律如下[5]:

$\dot{S}=-\eta \text{s}\text{a}\text{t}(\frac{S}{\text{ϕ}})(11)$

式中,η为收敛因数;ϕ边界层厚度。

假设λth为一常数,则有防抱死控制规律:

$\begin{array}{l}{\rm T}{}_{\text{b}i}=r{}_{\text{w}}A\lambda {}_{i}F{}_{\text{z}i}+\frac{J{}_i}{v}\frac{\omega {}_i}{m}{\displaystyle \sum A}\lambda {}_{i}F{}_{\text{z}i}+\\ \eta \frac{J{}_i}{r{}_{\text{w}}}v\text{s}\text{a}\text{t}(\frac{\lambda {}_{\text{t}\text{h}}-\lambda {}_i}{\text{ϕ}})(12)\end{array}$

为了验证滑模防抱死制动控制模型的非线性系统稳定性,本文采用Lyapunov法进行其稳定性分析[6]。设能量函数V=[λth(t)-λi(t)]2,显然V>0,对其求导得

$\dot{V}=-2\eta (\lambda {}_{\text{t}\text{h}}-\lambda {}_i)\text{s}\text{a}\text{t}(\frac{\lambda {}_{\text{t}\text{h}}-\lambda {}_i}{\text{ϕ}})(13)$

当(λth-λi)变号时,饱和函数也变号,从而可得出$\dot{V}$总是为负,即$\dot{V}＜0$。

综上所述,根据Lyapunov渐近稳定性定理,可知式(11)所表述的闭环非线性系统在理想滑移率范围内具有渐近稳定状态,从而表明控制器模型有效。

当前轴所需制动力矩小于电机所能提供制动力矩时,为纯电制动,电机平衡方程为

Tbe=KI (14)

$L{}_{\text{m}}\dot{{\rm I}}=-R{}_{\text{m}}{\rm I}-{\rm K}\omega +U{}_{\text{a}}(15)$

式中,K为电机扭矩常数;I为回馈电流;Lm为电机电感;Rm为电机电阻;Ua为电机制动防抱死控制输入电压。

I由所需的制动力矩(制动强度)、储能器充电状态决定。将式(15)的解代入式(14),再将纯电制动时制动力矩Tbi代入式(12)中可得到Ua的表达式,即电机制动防抱死控制规律:

$\begin{array}{l}U{}_{\text{a}}=\frac{R{}_{\text{m}}}{{\rm K}\delta i{}_{0}i{}_{\text{g}}}[r{}_{\text{w}}A\lambda {}_{i}F{}_{\text{z}i}+\frac{J{}_i}{v}\frac{\omega {}_i}{m}{\displaystyle \sum A}\lambda {}_{i}F{}_{\text{z}i}+\\ \eta \frac{J{}_i}{r{}_{\text{w}}}v\text{s}\text{a}\text{t}(\frac{\lambda {}_{\text{t}\text{h}}-\lambda {}_i}{\text{ϕ}})]+{\rm K}\omega (16)\end{array}$

当前轴所需的制动力矩大于电机所能提供制动力矩时,采用机电复合制动,仍由电机来实现汽车防抱死制动控制,液压系统产生的制动力矩为

Tbn=kpp (17)

式中,kp为制动器制动因数;p为制动液压缸压力。

电机防抱死制动控制为对Ua的控制:

$\begin{array}{l}U{}_{\text{a}}=\frac{R{}_{\text{m}}}{{\rm K}\delta i{}_{0}i{}_{\text{g}}}[r{}_{\text{w}}A\lambda {}_{i}F{}_{\text{z}i}+\frac{J{}_i}{v}\frac{\omega {}_i}{m}{\displaystyle \sum A}\lambda {}_{i}F{}_{\text{z}i}+\\ \eta \frac{J{}_i}{r{}_{\text{w}}}v\text{s}\text{a}\text{t}(\frac{\lambda {}_{\text{t}\text{h}}-\lambda {}_i}{\text{ϕ}})-k{}_{p}p]+{\rm K}\omega (18)\end{array}$

当紧急制动时,为了制动可靠和提供较大的制动力矩,由机械制动单独完成制动,将式(17)代入式(11)可得其控制规律为

$\begin{array}{l}p=\frac{r{}_{\text{w}}A\lambda {}_{i}F{}_{\text{z}i}}{k{}_p}+\frac{1}{k{}_p}\frac{J{}_i}{v}\frac{\omega {}_i}{m}{\displaystyle \sum A}\lambda {}_{i}F{}_{\text{z}i}+\\ \eta \frac{J{}_i}{k{}_{p}r{}_{\text{w}}}v\text{s}\text{a}\text{t}(\frac{\lambda {}_{\text{t}\text{h}}-\lambda {}_i}{\text{ϕ}})(19)\end{array}$

4 仿真与试验

基于上述控制方法,进行了仿真计算,表1所示为仿真中的主要参数。

图4为低路面附着系数(0.3)下,电机制动防抱死控制电压Ua随时间变化规律曲线。图5为电机参与防抱死控制和不参与防抱死控制时车轮轮速变化规律,电机参与防抱死控制制动时防抱死制动效果与单纯液压ABS制动基本一样,且电机参与防抱死控制后,相同条件下车速波动较小,说明采用电机防抱死制动响应速度较快。

为了进行集成控制器调试与性能比较,在本课题组建立的汽车能量再生制动试验台上进行了在环仿真试验。试验中用负载电机模拟路面工况,惯性飞轮模拟汽车惯性,开关磁阻电机为辅助制动电机,采用超级电容与蓄电池并联的复合储能器回收制动能量,试验系统平台,如图6所示。

在一个制动循环中,分别对集成的控制和不集成控制方式(即RBS不能进行防抱死控制)进行比较试验。因为一个制动循环中制动能量不多,试验系统由超级电容单独完成储能功能,这样便于测试比较。试验结果用超级电容能量状态值(state of energy,SOE)表示,制动初速度为100km/h,制动强度分别取0.1g、0.3g、0.5g、0.8g(g为重力加速度),路面附着系数取0.7,初始能量状态均为0,充电环境温度、湿度保持不变,测试结果如表2所示。

参考文献

[1]何仁.汽车制动能量再生方法的探讨[J].江苏大学学报(自然科学版),2005,24(6):1-4.

[2]张毅,杨林,朱建新,等.电动汽车能量回馈的整车控制[J].汽车工程,2005,27(1):24-27.

[3]詹迅,秦大同,杨阳,等.轻度混合动力汽车再生制动控制策略与仿真研究[J].中国机械工程,2006,17(3):321-324.

[4]程军.汽车防抱死制动系统的理论与实践[M].北京:北京理工大学出版社,1999.

[5]Nakamura E,Soga M,Sakai A.Development of E-lectronically Controlled Brake System for HybridVehicle[J].SAE Paper,2002,111(6):471-476.

汽车再生论文 篇4

电动汽车的再生制动功能是其节能的重要途径之一。由于再生制动受诸多因素约束而使其制动能力有限,故在大制动强度工况下,仍需机械制动器参与制动。由此而提出的制动控制策略有:小制动强度时仅用再生制动,大制动强度时采用机电复合制动,紧急制动时只用机械制动[1],或发动机制动与机械制动均参与紧急制动[2]。但是当在低附着系数的路面(如冰雪路面)上进行再生制动时,即使制动强度小,也极有可能使驱动轴抱死;即使不会使车轮抱死,但在转向再生制动工况下,车辆操纵稳定性将受到严重影响,因为这时制动只发生在驱动轴上,不管车辆有无ESP系统,车辆操纵稳定性均将严重下降[3]。解决这个问题的途径有两种:一种是在车轮即将抱死时,切断再生制动,只采用传统ABS制动[4],这种方法将降低制动能的回收;另一种是使电动汽车具有电气ABS功能,即在电气制动时,调节驱动电机的电制动力来防止车轮抱死,以达到回收制动能与防止车轮抱死的双重功能。

电气制动包括再生制动、反接制动与能耗制动。文献[5-6]利用模型跟随控制法和最优滑移率控制法对电气ABS与液压ABS的性能进行了对比分析,研究表明电气ABS比液压ABS的反应速度和控制精度都要高;文献[7]利用蓄电池与超级电容器的串联、并联组合,建立了离散型电气ABS滑模变结构控制系统。文献[8]建立了驱动电机转速在基速之上的弱磁调速型再生ABS仿真模型。文献[9]基于滑模控制理论建立了再生ABS仿真模型。

模糊控制是一种高智能化的控制,很适合于非线性系统,已广泛应用于地铁、电梯等交通工具中[10],也有学者将它引入到汽车传统ABS的控制研究中[11,12]。但是,目前却鲜见有将模糊控制应用于再生ABS的研究报道。

本文以驱动电机为永磁无刷直流电机的电动汽车为例,首先分析电机在基速以下的再生ABS工作原理,然后在建立单轮车辆制动动力学模型基础上,基于模糊控制理论,设计了低速再生ABS模糊控制器,最后分析了再生ABS在冰雪等低附着系数路面上的制动性能与这一过程的能量转换情况。

1 低速再生制动与再生ABS使能条件

1.1 低速再生制动原理

低速再生制动是指电机转速低于理想空载转速以下的电气制动,其制动原理是升压斩波[13],制动时,只有处于相同半桥上的3个元件(如T4、T5、T6)有开关动作,另一半桥上的3个元件(如T1、T2、T3)总是截止(图1)。如某区间T4导通时,汽车动能就转化为磁场能量并存储在电感中,当T4截止时,汽车动能及前半周期内存储在电感中的磁场能量则一起转化为电能,并通过电感的升压作用,向蓄电池充电。该过程中的电枢电流方向与电动运行时的电枢电流方向相反,故产生的电磁力矩对电动汽车起制动作用。这种制动方式的制动强度与电机电流平均值成正比,它可能达到的最大制动强度与电机的限流值和车速成正比。在电路稳态条件下,如设充电方向为电枢电流参考方向,忽略储能器内阻,则低速再生制动的线性化方程为[14]

式中,Ub为储能器端电压;Ia为电枢电流的时间平均值;R为电枢回路电阻;E为电枢反电动势;D为功率开关的导通占空比;T为PWM载波周期;La电枢电感。

设调制比为β,则β=2D-1,则由式(1)可得

当β<0时,电机为反接制动;当0<β<E/Ub时,电机为再生制动,相应的充电电流平均值Ic和充电功率Pc分别为

由式(2)可得电机在电路稳态条件下一个PWM周期内的平均电制动力矩为

式中,kt为力矩常数。

而电机反电动势方程为

式中,ωm为电机机械角速度。

1.2 再生ABS使能条件

再生ABS的使能条件由图2所示的智能控制模块控制。制动开始时,如动力电池的充电状态值SOC小于预先设定的许可值SOCmax,同时制动强度z小于纯再生制动能达到的最大制动强度zre,则进入纯电制动。此工况下,如驱动轮滑移率λ大于设定的理想滑移率λd,则再生ABS起作用,如果在再生ABS工作期间出现SOC>SOCmax的情况,则系统切入纯机械制动。此外,在机电复合制动时,如λ>λd,则仅由传统ABS调节驱动轮上的机械制动力,以保证制动稳定性的同时,充分回收制动能。

2 单轮车辆制动动力学模型

为建模方便,忽略制动时载荷转移的影响,驱动轮受力如图3所示。车轮力矩平衡方程与车辆纵向动力模型分别如下:

式中,JW车轮转动惯量;为车轮角加速度;Tb为轮边电制动力矩;Tf为滚动阻力偶;m为单轮车辆质量;m1为车体重量;m2为车轮质量;fr为滚动阻力系数;Fxb为地面制动力;Fz为地面对车辆的法向支承力;μ(λ)为地面与车轮间的附着系数;r为车轮动力半径;dv/dt为车体制动减速度;FW为空气阻力;CD为空气阻力系数;A为迎风面积;ρ为空气密度;Ff为滚动阻力。

此外,电机与车轮间力矩与角速度的关系分别如下:

式中,ig为传动系传动比。

由式(2)~式(8)得再生制动时车轮动力学模型为

这里,轮胎模型采用双直线模型:

式中,λ为滑移率;μp为峰值附着系数;λp为峰值附着系数对应的滑移率(本文设λp=0.2);μs为车轮抱死(λ=1)时的附着系数。

3 再生ABS模糊控制器设计

根据模糊控制理论设计的再生ABS控制系统如图4所示。控制对象为车轮滑移率。驱动电机为永磁无刷直流电机,控制量为调制比变化率,控制器根据实际滑移率与目标滑移率(λd=0.2)的偏差及偏差的变化量,对调制比变化率的指令值进行调整,PWM变换器根据输入的信号调节调制比β,使电机电枢电流改变,从而使电制动力矩发生相应变化,以实现实际滑移率对目标滑移率的追踪。由于在制动时,轮速不断下降,电机的反电动势越来越低,加上电机的铜损、机械损耗和杂散损耗,当车轮转速降低到一定转速时,再生制动力将不能满足制动请求,此时控制器将使β<0,电机进入反接制动,由于反接制动与再生制动均属电气制动,过渡自然,且制动模式的改变也易实现,只需将电压变换器采用双向四象限型直流斩波器(图1)。

3.1 调制比变化率指令值的确定

由传统ABS工作机理可知,当系统达到稳态时,制动器制动力矩保持不变,以维持滑移率在目标滑移率附近工作,由此可知对于驱动电机为永磁无刷直流电机的再生ABS系统,稳态时电机电枢电流保持不变,则对式(2)求导并令电枢电流变化率为零可得调制比变化率指令值为

式中,下标ZL表示指令值。

又由于稳态时有

式中,v为车体速度。

对式(13)求导,并结合式(10)可得

将式(14)代入式(12)可得

3.2 定义模糊集合、隶属函数与控制规则

对于滑移率偏差eλ、偏差变化量ecλ及控制器输出变量dβ/dt定义的模糊变量与隶属函数的关系如图5所示。图中语言值含义为:NL为负大,NM为负中,NS为负小,ZE为零,PS为正小,PM为正中,PL为正大。以某电动单轮车辆模型(表1)为例[8],设定滑移率偏差e的量化因子为30,滑移率偏差变化量ec的量化因子为0.5,控制量的比例因子为1/6。模糊推理采用Mamdani推理法,反模糊化采用重心法。经反复仿真与调整后得到的控制规则如表2所示。

4 仿真结果与分析

设制动初速度为v0=50km/h,分别仿真了系统在积雪路面与结冰路面工况下的制动性能。控制器输出量如图6所示。从滑移率变化(图7)可知,在两种工况下,滑移率均能在不到1s的时间内达到目标值,并且十分平稳地稳定在目标值上,从而使得轮速在制动过程中没有波动(图8),这说明系统不但具有足够的鲁棒性而且反应迅速、控制精度高。

从积雪路面工况下的调制比变化(图9)可知:调制比在整个制动过程中,绝大部分时间位于再生制动上边界线与下边界线之间(图9中AB段),这说明整个制动过程的主体是再生制动;当车速达到某一车速(本例为v=3.64m/s)以下时,再生制动回馈的能量小于电机铜损(本例只考虑了铜损,其他机械损耗、杂散损耗可折算为铜损)等的损耗,在控制器作用下,电机进入反接制动(图9中BC段),以实现停车;当电枢回路电阻R从0.099Ω增大到0.5Ω时,进入反接制动的时间相应提前,这说明电枢回路电阻越大,再生制动所占比例越小。

当电枢回路电阻R=0.099Ω时,制动过程能量转换关系如表3所示。由表3可知,在两种路面上,回收的制动能均大于车辆初始动能的50%以上;而且随着路面附着条件的改善,回馈的制动能也相应增加,这是由于附着条件越好,地面制动力越大,只要是在电机峰值工作能力以内,再生ABS的控制器就会相应提高电枢电流(图10),以增大电制动力矩,来保证车轮滑移率在期望滑移率附近,使得制动距离缩短,这样就减少了空气阻力、滚动阻力等的制动耗能,增大了电制动的能量回收,回收的制动能ε由下式计算:

5 结论

(1)基于滑移率的再生ABS模糊控制系统不但鲁棒性强,而且反应迅速,控制精度高。

(2)再生ABS制动过程由再生制动与反接制动两阶段组成。再生制动占主体,反接制动在制动末期出现。

(3)随着电机电枢回路电阻的增大,反接制动出现的时间将相应提前。

(4)在电机峰值工作能力内,随路面附着性能提高,再生ABS回收的制动能也将增加。

汽车再生论文 篇5

在制动或 减速时,混合动力 汽车 (hybrid electric vehicle,HEV)中的发电机将汽车的动能或势能转换为电能,存储在能量存储单元中,从而显著提高汽车的能量利用效率,这是HEV所具有的重要特点[1,2]。HEV制动系统 包含机械 制动系统和再生制动系统,这就造成汽车存在3种制动工作模式:电再生制动、机电混合制动以及纯机械摩擦制动。为了在确保汽车制动稳定性的前提下,尽可能多地回收制动能量,必须制定合理的控制策略,以便解决好前后轮制动力分配,协调好驱动轮上电再生制动和机械摩擦制动 之间的关系,这是目前混合制动技术的核心[3,4]。

目前国内外许多学者开展了此方面的研究工作,并取得了一系列研究成果。He等[5]针对并联式混合动力客车进行了前后轮制动力分配研究, 目的是使驱动轴分得最大的制动力,以便回收最多的制动能量。Bao等[6]针对采用气压制动的混合动力客车,制订了前后轴制动力分配原则:在保证制动稳定性的前提下,回收尽可能多的能量。 杨亚娟等[7]针对一款轻型HEV,以整车效率最高为目标,提出了最大能量回收制动控制策略,并采用序列二次规划法对充电功率进行了优化,获得了ISG电机优化转矩。近年来,随着人们对乘坐舒适性的要求越来越高,再生制动控制策略的设计除了像现有研究重点考虑汽车制动安全性、稳定性和能量回收率等因素外,还应兼顾制动舒适性和部件性能。

本文以一款并 联式混合 动力汽车 (parallel hybrid electric vehicle,PHEV)为研究对象,在满足制动力分配原则的基础上,提出了一种基于最佳制动效果和模糊控制相结合的再生制动控制策略,并利用ADVISOR软件和硬件在环仿真实验对该策略从部件性能、制动能量回收、制动感觉等方面进行了全面仿真分析和实验验证。

1理论基础

1.1制动力分配原则

当前后轮同时抱死拖滑时,前后轮都获得最大制动力,制动距离和制动时间最短,制动效果最佳,此时作用于前后轮上的制动力分布曲线为理想制动力分布曲线,称为I曲线[8],如图1所示, 用公式表示为

式中,Ffb、Frb分别为前后轮地面制 动力;G为汽车重 力; hg为汽车质心高度;Lb为汽车质心至后轴中心线的距离; L为汽车轴距。

当前轮先抱死时

此时,随着附着因数φ的不同,所画出的前后轮制动力分布曲线簇称为f线组。

当后轮先抱死时

式中,La为汽车质心至前轴中心线的距离。

此时,随着附着因数φ的不同,所画出的前后轮制动力分布曲线簇称为r线组。

制动强度为

其中,u为汽车车速;g为重力加速度。根据联合国欧洲经 济委员会 (ECE) 汽车法规,z处于0.15~0.80之间时,后轮附着因数利用曲线不能位于前轮对应曲线上方,当φ在0.20~0.80之间时,有z≥0.1+0.85(φ-0.2)。满足ECE制动法规的前后轮制动力分布曲线称为ECE规程曲线,它限定了制动时后轮最小制动力。用公式表示为

PHEV前后轮制动力分配 不能超过 由r曲线、f曲线以及ECE曲线共同包围的区域,例如, 当φ =0.7时,PHEV前后轮制动力分配不能超过图1中的阴影部分,否则会出现各种不稳定制动状态。

1.2制动效果评价指标

为了评价制动能量回收情况,通常以总制动能量、再生制动能量和制动能量回收率为评价指标,其定义分别为

式中,Eb为总制动能量;Fb为总制动力;a为汽车的纵向制动减速度;Ere为再生制动能量;Ub为蓄电池充电电压; Ib为蓄电池充电电流;ηch为蓄电池充电效率;ηre为制动能量回收率。

本文为了综合体现制动效果,兼顾汽车舒适性,增加了一个评价指标:汽车的冲击度j,即汽车减速度的变化率,计算如下:

德国学者研究认为,人体在感觉舒适的范围内所能承受的最大冲击度为10m/s3,如果超过这个值,制动感觉的舒适度会严重降低。冲击度越小,舒适性越好。

2PHEV基于最佳制动效果的再生制动控制策略设计

PHEV在制动过程中因受行驶工况、驾驶员意图、电机与蓄电池状态影响巨大而具有不确定性和非线性,因此需将模糊控制技术应用于制动力分配控制策略的设计中。采用模糊控制技术可以方便地表达不同因素对再生制动的影响,如制动强度z、蓄电池荷电状态(state of charge,SOC) 值等,同时也可以方便地表述难以定量的控制规则,另外对带有不确定性的行驶工况具有较强的鲁棒性和抗干扰能力[9,10]。

2.1控制策略原理

以制动强度z、蓄电池SOC值两个变量作为模糊控制器的输入变量,以期望再生制动力Ff为模糊控制器的输出变量,所设计的基于最佳制动效果的模糊控制策略原理如图2所示。

理想制动力分配模块根据I曲线先求出前后轮制动力Ffb和Frb,其中Frb全部采用机械制动。 然后由模糊控制器根据z、蓄电池荷电状态SOC值求出Ff,与Ffb作取小运算后得到前轮再生制动力Fre和前轮机械制动力Fff。由此可见,基于最佳制动效果的制动力分配策略关键在于如何通过模糊控制器计算出Ff。

2.2模糊控制器的设计

首先,单位化输入变量和输出变量。Ff的取值范围为[0,Fmd],其中,Fmd表示再生制动系统所能提供的 最大再生 制动力;蓄电池荷 电状态SOC值的取值 范围为 [0,0.8],z的取值范 围为 [0,0.7]。然后设计输入输出变量的语言值。将Ff的语言值设计为VS(极小)、MS(中小)、S(小)、 M(中)、B(大)、MB(中大)、VB(极大);将蓄电池SOC值的语言值 设计为MS(中低)、S(低)、M (中)、B(高)、MB(中高);将z的语言值 设计为MS(中低)、S(低)、M(中)、B(高)、MB(中高)。

然后,利用MATLAB的FUZZY工具箱的 图形用户界面 (GUI)建立模糊 推理系统 (fuzzy logic system,FIS),并对输入变量隶属函数、输出变量隶属函数及模糊控制规则进行设计。输入、 输出变量隶属函数均采用两边梯形、中间三角的隶属函数,对应的隶属函数如图3所示。

根据输入和输出变量的量化等级和实际工程经验,确定了25条模糊规则。制动模糊控制规则如表1所示。模糊控制器的推理曲面如图4所示。

最后,采用重心法进行解模糊,经过去单位化运算后,最终得到Ff的有效值。

3ADVISOR仿真分析

利用ADVISOR,选择CYC_NYCC(纽约城市工况)和CYC_US06_HWY(美国高速公路工况)对所设计 的基于最 佳制动效 果控制策 略与ADVISOR自带制动力控制策略进行对比仿真。 表2给出仿真车辆的主要参数。

首先,对部件性能进行仿真。图5和图6分别是CYC_NYCC、CYC_US06_HWY工况下蓄电池SOC的仿真结果。图7和图8分别是CYC _NYCC、CYC_US06_HWY工况下电机工 作点的仿真结果。

由图5和图6可以看出,2种工况下基于最佳制动效果控制策略都能使蓄电池SOC下降减缓,特别是在CYC_NYCC循环工况下蓄电池剩余电量提高幅度更大,工况结束时蓄电池SOC值为0.67,大于ADVISOR自带制动力控制策略的0.65,说明蓄电池回收了更多的制动能量。由图7可以看出,在CYC_NYCC工况下,基于最佳制动效果控制策略的电机提供的再生制动力矩比ADVISOR自带制动力控制策略的电机提供的再生制动力矩明显要大,而在CYC_US06_HWY工况下,这个特点 不太明显 (图8)。 这是因为ADVISOR自带制动力控制策略是依据车辆行驶速度查表来分配制动力的,虽然简单可行,但未考虑是否满足ECE制动法规,同时也没有考虑电机发电特性、蓄电池SOC值等影响因素,电机发电能力未得到充分利用。

然后对制动能量回收情况进行仿真。不同工况下制动能量回收情况如表3所示,不同制动强度下制动能量回收情况如表4所示。

由表3可知,和ADVISOR自带制动力控制策略相比,在CYC_NYCC工况下,基于最佳制动效果控制策略的再生制动能量Ere提高53.53%, 制动能量回收 率ηre提高15.67%;而在CYC_ US06_HWY工况下,Ere只提高5.62%,ηre只提高2.52%。造成这种差别的原因是:2种工况的特点不同。CYC_NYCC为城市道路 循环工况, 车辆启停较为频繁,平均速度为11.41km/h,最大制动强度为0.269,平均制动强度低于0.1。由表4可知,制动强度小于0.1时制动力70%由再生制动提供,因此,本文制定的控制策略可以充分回收CYC_NYCC工况下的制动能量。而CYC_ US06_HWY属于高速工况,制动次数不多,平均速度达 到97.91km/h,最大制动 强度为0.314,制动强度普遍较大。由表4可知,制动强度大于0.1时制动力由再生制动系统与机械制动共同提供,因此,高速公路工况下回收制动能量的优势不明显。

车辆以30km/h初速度行驶,蓄电池SOC初始值为0.7,路面附着系数φ为0.85,2种控制策略在制动强度z分别为0.08、0.35和0.75时的制动能量回收计算结果如表4所示。由表4可知,z<0.1(轻度制动)时,绝大部分制动力由再生制动力提供,此时,基于最佳制动效果控制策略优势突出,相比ADVISOR自带制动力控制策略, Ere提高30.70%,ηre提高17.64%;当0.1≤z< 0.7(中度制动)时,制动力由再生制动与机械制动共同提供,各占50% 左右,此时基于最佳制动效果控制策略优势有所下降,Ere提高20.34%, ηre提高8.74%;当z≥0.7(紧急制动)时,制动力全部由机械制动提供,无再生制动能量。这和所制定的控制规则一致。

最后,对制动感觉进行仿真。图9是制动强度z随前轮制动力Ffb变化曲线。由图9可以看出,制动强度z没有突变,也就是说冲击度j被控制在良好范围内,从而能有效保证良好的制动感觉,提高制动舒适性。

4硬件在环仿真实验

基于MATLAB/Simulink/dSPACE控制系统快速开发和半实物仿真平台,结合所在实验室拥有的发动机和电机实验台架、性能测试设备等硬件,搭建的PHEV硬件在环仿真实验平台如图10所示。

在初速度为30km/h、蓄电池SOC初始值为0.7、总制动能量Eb为550kJ,车辆主要参数保持不变的情况下,将2种控制策略在制动强度z分别为0.08、0.35和0.75时的制动能量回收情况进行ADVISOR仿真和硬件在环仿真实验,两者对比结果如图11所示。对照图11a和图11b可以看出,硬件在环仿真实验结果和ADVISOR仿真结果是一致的,即在轻度制动的情况下,基于最佳制动效果控制策略优势最为突出,在中度制动时优势有所下降,在紧急制动时没有优势。因此, 所设计的控制策略非常适合于车辆启停较为频繁的城市道路循环工况。图11b中的再生制动能量Ere小于图11a中对应值,主要原因是硬件在环仿真实验平台中的发动机、电机、扭矩合成装置等部件的效率低于ADVISOR仿真中的设定值。

5结论

(1)在分析制动力分配应遵循原则的基础上, 提出了基于最佳制动效果和模糊控制的再生制动控制策略,综合考虑了汽车制动的安全性、稳定性、舒适性和能量利用等各种因素,很好地实现了机械制动和再生制动的协同工作。

(2)设计了以制动强度和蓄电池SOC为输入变量,以期望再生制动力为输出变量的模糊控制器,对于带有不确定性的行驶工况具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。

(3)对所设计的控制策略进行了全面ADVISOR仿真分析,包括部件性能分析、不同工况和不同制动强度下制动能量回收情况、制动强度的变化三个方面。仿真结果表明,所设计的控制策略在保证汽车制动稳定性的前提下,有效提高了汽车能量利用率和驾驶员的舒适性,取得了最佳制动效果。

汽车再生论文 篇6

1 纯电动汽车电液制动系统分析

纯电动汽车在使用过程中完全依赖电能作为动力。从传统角度看, 机械式摩擦制动系统在很多方面都存在运行隐患, 并会对纯电动汽车本身造成较大的影响。纯电动汽车的电液制动系统更好地弥补了机械制动系统的不足之处, 并适应了车载系统融合的发展趋势, 为纯电动汽车的运行提供了更多的帮助。博世开发的EHB系统是比较常见的电液制动系统。在该系统的运行中, 车轮制动器与制动踏板不属于机械连接, 主要使用制动踏板模拟器感知驾驶员的制动意向, 并将信息传递至电子控制单元, 控制单元可在运行过程中根据内置控制策略发出相应的控制命令, 从而控制相应的制动执行机构, 最终提供所需的制动力。因此, 纯电动汽车的电液制动系统较好地满足了车辆的制动需求。

2 电液制动系统再生制动控制策略

目前, 虽然纯电动汽车将电液制动系统的积极作用发挥了出来, 但并不表示该系统无任何缺陷。长期运行后发现, 电液制动控制系统存在一定的漏洞——无法充分利用制动能量, 在客观上造成了浪费, 这并不是纯电动汽车的最终诉求。因此, 应对纯电动汽车电液制动系统再生制动控制策略进行研究, 实现浪费制动能量的重新应用, 为纯电动汽车的运行提供更多的保障。

2.1 基于机械式摩擦制动系统的控制策略

对于纯电动汽车电液制动系统再生制动控制, 提出了3种制动能量回收控制策略, 即理想制动力分配曲线控制、最大化能量回收和并行分布的控制策略。根据电动汽车的制动ECE法规和限制条件, 提出了并行分布控制策略、再生制动控制策略和电动车最大化能量回收制动力分配策略。以上制动能量回收的控制策略具有的共同特点为:制动能量回收过程受ECE制动法规的限制, 制动能量回收未最大化, 这是因为机械摩擦制动系统与电动液压制动系统相比, 无法独立控制各个车轮的制动转矩、立即掌握车辆的工作状态和缺点, 进而无法确保汽车制动的安全限制制动能量回收。

2.2 电液制动对制动能量回收的影响

对于电液制动对制动能量回收的影响, 应从以下2方面着手改善: (1) 为了能在实际工作中更加充分地回收制动能量, 必须减少施加在驱动轴上的摩擦制动力。摩擦制动力作为传统的制动手段, 应在多方面予以优化, 从而提高回收制动能量的有效性, 保证纯电动汽车在运行过程中实现较高的制动水平。 (2) 电液制动过程是完全可控的, 因此, 应精确控制施加给各个车轮的制动力。同时, 为了在实际工作中更好地处理相关问题, 可在制动前判断地面施加给前、后轴的最大地面制动力, 以保证制动效果不出现波动。

3 结束语

本文对纯电动汽车电液制动系统再生制动控制策略进行了讨论, 从现有的工作看, 再生制动控制正向着非常积极的方向发展, 阶段性的成果也被投入到了纯电动汽车的研究中, 并取得了一定的成果。在未来的工作中, 需将再生制动控制工作与其他的工作相结合, 制订健全的系统和实施方案, 从而保证纯电动汽车具有更好的性能, 实现经济效益和社会效益的双创收。

参考文献

[1]王琪, 孙玉坤, 黄永红.一种蓄电池-超级电容器复合电源型混合动力汽车制动力分配策略研究[J].电工技术学报, 2014 (S1) :155-163.

[2]初亮, 蔡健伟, 富子丞, 等.单轴解耦式复合制动系统的控制策略及试验验证[J].华南理工大学学报 (自然科学版) , 2014 (11) :40-49.

[3]孙海龙, 顾力强, 童晓敏.纯电动汽车电驱动系统硬件在环仿真试验台架开发[J].传动技术, 2014 (04) :19-26.

汽车再生论文 篇7

会议由苏州市物资再生有限公司董事长卢源伟主持。

卢源伟董事长首先通报了苏州市各公司今年报废汽车回收拆解企业技术规范的落实情况, 指出了汽车以旧换新信息管理系统运行以来出现的问题, 认为实行网络统一管理, 对防止报废车流失具有积极意义。应加强完善系统, 方便企业更加高效完成以旧换新工作。公司董事、副总经理翁永钧介绍了汽车以旧换新信息管理系统运行以来的实际操作问题, 要求操作人员认真工作, 正确录入, 有问题及时反馈, 各单位积极配合。

与会人员就当前报废汽车回收的热点问题进行了热烈的讨论。与会代表认为, 取消养路费和汽车报废年限, 增加了报废汽车回收的难度, 影响了正常的回收拆解工作。公安、交通配合不力, 补贴资金太少, 手续繁琐是影响以旧换新工作的主要因素, 在当前金融危机的影响下, 特别是新税制后, 各企业今年的经营状况都不乐观。

卢源伟董事长最后指出, 客观分析形势, 正视现实, 远利长谋, 抓好当前, 着眼长远, 积极做好汽车以旧换新工作, 做好技术规范达标工作。增强环保意识, 抓好环保工作, 拓展回收渠道, 扩大经营范围, 取得经济效益和社会效益的双赢, 确保明年底达标验收过关。

会议还就行业发展的其他问题进行了交流。