制动能量回收（精选7篇）
制动能量回收 篇1
制动能量回收主要应用于城市公交车辆和一些需要频繁制动的车辆,在这些车辆的制动过程中,有大量的能量被浪费。能量回收系统就是要把这部分能量回收起来,再加以利用。目前制动能量回收的途径主要有3种:一是机械蓄能法,即利用飞轮进行蓄能,将制动能转化为飞轮的动能;二是液压蓄能法,即把制动能转变为高压油贮存在液压缸中;三是蓄电池蓄能法,即把能量转化为电能储存在蓄电池中。
1 能量回收方法
1.1 飞轮蓄能
飞轮蓄能是机械蓄能的一种形式,以惯性能(动能)的方式,将能量储存在高速旋转的飞轮中。当车辆制动时,飞轮蓄能系统带动飞轮加速,将车身的惯性动能转化为飞轮的旋转动能。当车辆需起动或加速时,飞轮减速,释放其旋转动能给车身。按构成材料,飞轮主要有两种:金属制飞轮与超级飞轮。金属制飞轮以钢制飞轮为主,此种飞轮能量密度(单位飞轮重量储存的最大能量)较低,但因其价廉,宜于加工,并在传动系中易于连接而得到广泛应用。超级飞轮选用比强度(拉伸强度/密度)高10倍。然而它的成本却相当高,并且转速甚快,目前已有78 000 r/min的报道。为了使飞轮能充分有效地保存能量,常将飞轮运行于密闭的真空系统中。目前该方面的前沿研究是飞轮轴承采用高温超导磁悬浮技术,利用永磁铁的磁通被超导体阻挡所产生的排斥力使飞轮处于悬浮状态。设计飞轮时,既要考虑本身强度,又需注意系统的共振及稳定性。飞轮储能附加重量较轻、成本低,但技术难度大,节油效果不如液压蓄能。
1.2 液压蓄能
液压蓄能以液压能的方式储存能量。系统由一个具有可逆作用的泵/马达实现蓄能器中的液压能与车辆动能之间的转化,即在车辆制动时,蓄能系统将泵/马达以泵的形式工作,车辆行驶的动能带动泵旋转,将高压油压入蓄能器中,实现动能到液压能的转化;在车辆起动或加速时,蓄能系统再将泵/马达以马达的形式工作,高压油从蓄能器中输出,带动马达工作,实现液压能到车辆动能的转化。蓄能器主要有重锤式、弹簧式和充气式,其中以气体储能器使用最为广泛。该储能器是在钢制的压力容器内装有气体和油,中间以某种材料隔开,按隔离方式分为活塞式和皮囊式两种,都是利用密封气体的可压缩性原理制成。液压储能的能量密度比飞轮储能与蓄电池储能都小,但其在三者中,具有最大的功率密度,能在车辆起步和加速时提供给车辆所需要的大扭矩。同时,液压储能系统可较长时间储能,各个部件技术成熟,工作可靠,整个系统实现技术难度小,便于实际商业化应用。
美国明日浦公司设计的制动能量回收系统就是采用这一原理,其结构如图1所示。
1.3 蓄电池储能
蓄电池以电能方式储存能量。系统以具有可逆作用的发电机/电动机实现蓄电池中的电能和车辆动能的转化。在车辆制动时,发电机/电动机以发电机形式工作,车辆行驶的动能带动发电机将车辆动能转化为电能并储存在蓄电池中。在车辆起动或加速时,发电机/电动机以电动机形式工作,将储存在蓄电池中的电能转化为机械能供给车辆。蓄电池储能非常适合于电动车。现在由于人们环保意识增强,对汽车排放有日趋严格的限制,同时为进一步缓解非再生石化燃料紧张的矛盾,电动汽车的无污染、行驶噪声小的优点受到人们广泛关注。蓄电池储能,各方面性能都较好,但是功率密度低,充放电频率小,不能迅速转化吸收大量能量,而车辆在制动或起动时,需要迅速释放或得到大量能量,这使储能蓄电池的应用受到很大限制。现在,各国技术人员加紧研制大容量、高性能蓄电池,从而为蓄电池储能提供应用基础。现在又出现超级大电容,可望对制动能量回收的棘手问题有一定的解决。
2 方案比较
从以上的各种方案看,飞轮蓄能虽然结构比较简单,但无法实现大量蓄能,要加大蓄能就要增加飞轮的质量或增加转速,同时要求增加强度,这会使成本增加,使实现的难度增大。而且如果要实现高效蓄能,要将飞轮置于真空的环境,需要增加许多额外的设备。蓄电池蓄能也面临着大量蓄能的实现问题,虽然实现大量蓄能的超级电容已经出现,但是其成本太高。因此,选用液压蓄能法,它能很简便地实现大量蓄能,且可靠性比较高。液压蓄能能量回收系统主要由液压马达/液压泵、蓄能器、离合器和控制系统组成。
液压蓄能能量回收系统的工作原理如图2所示,主要由机械传动和液压系统两部分组成。其中,机械传动主要由车轮轴、三角皮带、传动轴、摩擦片式离合器、气/液组合缸等组成;液压系统主要由液压泵/液压马达、顺序阀、液压蓄能器、溢流阀、二位四通换向阀等组成。当车辆开始制动时,气/液组合缸受到来自车辆制动分配阀压力气体(或压力油)的作用,使原来处于分离状态的摩擦片式离合器转换成结合状态,再通过三角皮带、传动轴将车轮轴与液压泵连接成一体,实现启动液压系统工作,开始吸收车辆动能之目的。液压油经过滤油器、单向阀、液压泵/液压马达、顺序阀(用来调节液压泵/液压马达出口的工作压力,即制动装置的制动力)进入液压蓄能器,此时在压力气体(或压力油)的作用下,机动二位四通换向阀的左位工作,使液压油不能通过换向阀,而只能通过顺序阀进入液压蓄能器;当进入液压蓄能器的液压油超过其额定容量时,作为安全阀的溢流阀将打开,起过载保护作用,以限制液压系统的最高工作压力。
在车辆停止的过程中,制动用的压力气体(或压力油)仍然存在(此时车辆的原制动装置仍在工作)或车辆的原手制动装置在起作用,都能使液压机动二位四通换向阀仍然以左位工作,使吸收了车辆能量的高压油在顺序阀、溢流阀和液压机动换向阀的共同作用下,被封闭储存在液压蓄能器中,以备车辆随时再次起动或加速时使用。
在车辆再次起动或加速的过程中,车辆原有的制动装置(包括手制动装置)已停止工作,液压机动二位四通换向阀在其弹簧力的作用下以右位工作,使从液压蓄能器中流出的压力油经换向阀的右位后同时到达气/液组合缸的液压腔和液压泵/液压马达的进油腔,促使液压泵/液压马达在与车轮轴连接的状态下以液压马达的工况运行,将液压蓄能器中的液压能以机械能的形式返还给车辆,用来增加车辆的动能。当从液压蓄能器中流出的液压油的压力很低时,气/液组合缸将使摩擦片式离合器自动脱开,实现车轮轴与液压泵/液压马达的自动脱离,从而实现车辆的正常行驶。
3 结束语
制动能量回收的研究是一项利国利民的项目,对于提高燃料的利用率,降低汽车的燃油消耗,将起到重要的作用。将回收的能量用于汽车启动的加速,不但节约汽车的燃油,更重要的是使汽车在更多的时间处于最佳工况下运行,不仅提高了效率,而且会大大降低汽车尾气的排放。
参考文献
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制动能量回收 篇2
目前,地铁机车再生制动能量回收主要有逆变回馈型、电容储能型、飞轮储能型和电阻消耗型四种方式。国内地铁普遍采用电阻消耗型,使用制动电阻来吸收机车的制动能量,这种方法可靠、简单易行,具有比较成熟的应用技术。但它的最大缺点是不能合理的回收机车制动能量,造成电能浪费。电容储能型和飞轮储能型可以有效的回收机车的制动能量,但国内技术不够成熟且成本较高,不适合普遍推广使用。逆变回馈型不仅可以高效的回收利用机车的制动能量,而且国内对逆变技术的研究技术比较成熟,因此该方法是未来研究应用于吸收机车制动能量的主要方法。
逆变回馈型的核心部件是PWM变流器,变流器可以四象限工作,根据侧重点不同,逆变回馈装置的设置可以采用三种方式:独立新增、部分替代和完全替代。由于能馈式牵引供电装置在城市轨道交通牵引供电系统中应用才刚刚起步,设备容量和过载能力暂时还难以满足列车牵引供电需求,因此主要用于实现列车再生制动能量的回馈再利用,起到节能和减小列车间瓦磨损的作用,所以独立新增方案是性价比最优的一种方案。
逆变回馈装置可以直接将制动电能逆变回馈到交流中压电网,以供其它设备使用,不存在电阻发热问题,也不需要安装大容量的储能设备,国内研究技术成熟,便于检修维护。为了减少逆变时对电网的影响,本文设计一种电压、电流双闭环控制方案。该控制方式不仅可以提高变流器的宽容度,还可以提高其动态响应速度及抗干扰能力,可以有效的降低交流侧电压的谐波含量。
机车制动能量回收方式对比分析
电阻消耗型
电阻型再生制动装置安装于地铁牵引变电所母线上,当地铁列车制动产生的能量不能被同一供电区间同时运行的列车或者本地铁列车车载设备全部吸收时,吸收电阻便接入电路,吸收多余的再生制动能量。其原理示意图如图1所示。该种吸收设备大多用恒压控制策略,通过监测母线网压变化调节斩波器占空比调节制动电阻运行状态,调整能量吸收功率,从而将电压稳定在给定范围内。该装置易于控制,但能量全部以热量消耗,造成浪费。同时造成周围环境温度升高,通风动力装置的二次能源消耗。
电容储能型
如图2所示,地铁牵引供电系统接入超级电容储能设备。该设备通过直流开关设备与牵引变电所牵引正负母线或者牵引网接触轨、走行轨相连。西门子的该项技术较为成熟,超级电容值一般在几千法拉,其能量直接以电势能储存,可快速充放电,且寿命长,维护少,其速度只受限于变换器容量和电容器内阻,由于该装置在牵引网压低于给定值时,能够向其供电,故该装置对于稳定牵引网压有积极的作用。
飞轮储能型
飞轮储能装置的核心是一个高密度合成磁筒,筒内装有永久性磁粉,提供磁介质。将磁内核按两种方式磁化,一端形成半个无源磁轴承,另一部分形成永久磁极的转子,同时与存在的三相定子构成一个完整电机。其原理图如图3所示,储能原理是依靠飞轮的动能对制动能量进行储存当地铁列车制动时,飞轮转速不断加快以吸收制动能量;当列车启动时,飞轮转速逐渐降低,将存储的能量转化为列车动能。飞轮储能装置之间相互独立,可以几套装置同时使用,但该项技术尚处于研究完善之中。
逆变回馈型
逆变回馈型再生制动利用方案其原理是通过传感器实时检测直流牵引网电压,与逆变装置设定的启动工作阈值比较,从而对地铁列车运行状况进行判断。其原理示意图如图4所示,当牵引网压值高于给定值时,逆变器就进入工作状态,将地铁列车制动产生的能量逆变成交流电返回供电网。目前逆变回馈工频交流电网主要有两种方式:其一,逆变回馈于高压交流电网(10kV或35kV);其二,逆变回馈于低压交流电网400V负载侧,供站内照明通风等设备使用。
通过分析可见电阻能耗型虽然控制简单,使用寿命长,且技术较为成熟,但是制动能量全部浪费,不能起到节能效果,必然不能代表再生制动能量利用的发展方向。另外三种技术,国内外都在进行不断研究,理论也在不断完善,而且随着大功率电子器件的快速发展,加速推动了逆变回馈型再生能量吸收技术的发展,国内新建地铁己开始引入相关产品,国内相关机构如株洲时代等公司也在对该技术产品进行研发。业内普遍认为,该地铁再生制动能量利用技术潜力无限,因此研究此项技术有着重要的意义。
逆变装置设置方式
完全替代
完全替代足指两套能馈式牵引供电装置完全替代原有的两套12脉波二极管整流机組。
优点是:无需额外增加设备安装空间,总占地小。可充分利用能馈式牵引供电装置的双向变流能力,列车牵引时提供能量,列车制动时将多余再生制动能量反馈交流电网。此外,由于能馈式牵引供电装置具有输出电压调节能力,因此直流网压可以维持良好的平稳性,容量上也可以较好的满足列车再生制动能量吸收要求。
缺点:为了满足Ⅵ级负荷要求,设备的峰值容量大,要求过载能力强,在大功率TGBT半导体器件没有规模化量产前,设备价格会比较昂贵。
部分替代
部分替代是指用一套能馈式牵引供电装置代替一套12脉波二极管整流机组,保留一套原有的12脉波二极管整流机组。
优点:无需额外增加设备安装空间,总占地面积小。兼具二极管整流机组结构简单、可靠性高、价格低廉和能馈式牵引供电装置能量双向流动,输出特性可控的优点,在实现列车再生制动能量回馈利用的同时,系统总体投资增加不多。
缺点是:采用12脉波整流后交流电流的谐波含量相对于原有的24脉波整流会有所增加。此外,一台能馈式牵引供电装置容量上也难以完全满足列车特殊情况下再生制动能量吸收需求。
独立新增
独立新增是在完全保留传统的24脉波整流机组的基础上,额外新增一套独立的能馈式牵引供电装置。
优点是:在不改变既有供电机组的情况下,独立新增了第三台机组,增加了变电所牵引供电容量,实现了列车再生制动能量的有效回馈,同时不会对原有供电方式造成不利影响,系统可靠性高,推广难度小。
缺点:需额外增加设备安装空间,增加设备投资。
通过对这三种方式的分析比较,从牵引供电能力、经济成本、回馈能力等方面考虑,可以得出独立新增是一种性价比最优的设置方案。
逆变装置的控制方法设计
为了提高独立新增逆变回馈装置的工作效果,本文采用基于SVPWM的双闭环PI控制方式。比例环节(P)能够增大系统开环增益,提高系统响应速度和控制精度;积分环节(I)能够减小系统稳态误差,增强系统稳态性能。
能量回馈系统控制原理框图如图5所示,系统控制主要包括脉冲产生模块和电流调节模块两部分。脉冲产生模块产生SVPWM触发脉冲控制逆变器中IGBT导通和关断,实时调整逆变器输出的电流;电流调节模块采用PI双闭环控制策略,电压控制环是外环,电流控制环是内环。
具体的实现过程是将牵引网侧实测直流电压与牵引网给定电压参考值进行比较,将比较送入积分PI调节器计算出参考电流值id,该电流与三相电流iabc经dq解耦后得到的d轴有功电流分量比较后,将其差值经PI调节器调整后与ed分量比较,最后经过Park变换后驱动SVPWM模块产生脉冲信号,控制逆变器IGBT导通和关断,从而控制逆变器电流的输出。当检测到牵引网电压大于电压阈值时,逆变回馈装置便从待机状态进入工作状态。牵引网压低于该电压阈值时逆变器再由工作状态转为待机状态。
结束语
制动能量回收 篇3
在公交客车制动过程中蓄能器将能量回收, 同时在起步时将蓄能器收集的能量及时释放, 实现能量的存储与释放, 有效节约了能源。大多文献[1, 4]介绍回收过程, 往往忽略了能量释放过程的建模分析。对此针对宇通公交客车建立数学模型, 基于MATLAB/Simulink进行仿真计算。
1 数学模型的建立
以宇通公交客车为模型, 建立液压蓄能器并联的混合动力系统。在40km/h的车速下制动, 蓄能器回收所收集的能量全部使得汽车起步行驶, 其平衡方程式[5]为:
行驶中空气阻力方程式为:
行驶中滚动阻力方程式为:
汽车速度方程式为:
行驶距离方程式为:
汽车起步加速度方程式为:
二次元件 (马达) 方程式为:
蓄能器气体状态方程为:
蓄能器排液容积方程为:
2 仿真结果
通过数学方程式, 在MATLAB/Simulink中建立模型并仿真[6]分析, 结果如下。
图1为液压蓄能器在40km/h下制动所回收的液压容积 (14.2/L) 全部用来起步的排液容积与时间函数图。
图2为液压蓄能器全部用来作为公交客车的起步所行驶的里程 (距离) 。
仿真结果表明:在制动速度为40km/h作用下蓄能器回收的液体容积为14.2L, 全部用来起步行驶的距离为20.96m。
3 结束语
通过建立数学模型, 在Matlab/simulink仿真实现了制动能量再生, 并将蓄能器回收的能量用于起步, 提高了能源利用率。对改善汽车节能技术具有重要意义。
摘要：建立公交客车液压蓄能器回收起步数学模型, 并在MATLAB/Simulink进行了仿真分析, 结果表明:在水平良好道路上, 以40km/h下的制动车速, 蓄能器回收的能量使得公交客车起步行驶了20.96m。
关键词：液压蓄能器,公交客车,Matlab/simulink仿真
参考文献
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制动能量回收 篇4
电动汽车对能源的高效利用是发挥其节能和环保优势的关键所在。研究表明,在城市行驶工况,大约有50%甚至更多的驱动能量在制动过程中损失掉,郊区工况也有至少20%的驱动能量在制动过程损失掉。因此,制动能量回收是提高汽车能量利用效率的有效措施,对汽车的节能和环保有着不可替代的作用[1]。制动能量回收技术一直被世界各大知名汽车厂商所重视。丰田公司将该项技术应用在混合动力车型上,有效地提高了其能量利用效率和整车的燃油经济性[2]。日本本田汽车公司研制的Honda EV Plus混合动力轿车,它拥有电动制动能量回收系统,有很好的能量回收效果[3]。福特公司将制动能量回收技术用在其SUV车型Escape上,同样收到了很好的效果[4]。
相对于电机制动能量回收系统,在同等条件下,液压辅助系统能为车辆提供更大的辅助动力(能够解决纯电动汽车动力不足问题),并且具有更高的能量利用效率,存储和释放能量的速度要比蓄电池快的多,回收的能量也较多,相对地提高汽车的续驶里程[5]。
使用定压源(Constant Pressure Source,简称CPS)的飞轮系统由于具有结构简单、效率高等优点,成为目前汽车能量回收系统的主要形式之一[6,7]。
基于定压源(CPS)液压制动能量回收系统,本研究提出电动汽车液压再生制动系统(ECPS)[8]。在ECPS试验台上进行试验研究,通过仿真与实验的结合,找出最佳的参数匹配,从而提高ECPS的能量回收效率。
1液压再生制动系统
定压源(CPS)系统原理如图1所示。
1—发动机;2、7—离合器;3、8、16—变量泵/马达;4、12—三位四通换向阀;5—油箱;6—飞轮;9—溢流阀;10—单向节流阀;11—蓄能器;13—单向阀;14—过滤器;15—冷却器;17—驱动桥ECPS2
液压再生制动系统ECPS系统结构如图2所示。
1—油箱;2—单向阀;3—与驱动桥相连的变量泵/马达;4—压力计;5—与飞轮相连的变量泵/马达;6—离合器;7—飞轮;8—三位四通换向阀;9—蓄能器;10—溢流阀;11—总离合器
车辆需要减速或者制动时,连接驱动轮的泵/马达3作为泵工作,产生的阻力通过传动系统对车轮进行制动,同时将车辆制动时的扭矩转化为液压能,回收制动时的能量。制动力的大小通过调节3的排量来实现。高压油经过3的上方出口到连接飞轮的5中,离合器6连接飞轮7与5,5此时作为马达带动飞轮转动,将液压能转化为飞轮的动能储存起来。如果汽车回收能量时飞轮的转速临近临界转速时,离合器断开,以此来保护飞轮。此时电磁换向阀8通电,多余的能量储存到蓄能器中,如果超过系统压力上限值,溢流阀10会将剩余的能量释放。汽车要起动或加速行驶时,3作为马达工作,5作为泵工作,将飞轮和蓄能器中存储的能量释放为车轮提供动力,系统压力降低。当飞轮的转速到容许的最低转速且蓄能器的压力到最低值时,离合器6和连接传动系的总离合器11断开,ECPS系统不提供动力。
2液压再生制动系统实验装置
ECPS等效原理实验的实验装置构成如图3所示。
1—电机;2—电磁离合器;3—飞轮;4—油箱;5—变量泵/马达;6—压力计;7—单向阀;8—节流阀;9—蓄能器;10—溢流阀
其等效原理为:当电机驱动飞轮,飞轮与电机之间的离合器断开后,飞轮此时相当于供能元件,为液压系统提供能量。泵/马达作为泵工作,回收制动能量,将机械能能转化为液压能储存到蓄能器中,直至飞轮停转;当蓄能器作压力稳定后开始释放能量,泵/马达作为马达工作,将液压能转化为机械能储存到飞轮中。飞轮和蓄能器作为储能元件,在实际纯电动汽车中,与电动车机械系统并联布置于车身底盘。其对应的过程分别为汽车在加速和起动时的行驶工况和汽车在制动时的行驶工况。本研究以泵/马达的排量和蓄能器容积为实验变量,分别测得蓄能器最终压力与飞轮最终转速,计算得到蓄能器储能效率、飞轮储能效率和液压再生制动系统的能量利用率。
ECPS试验装置图如图4所示。
1—电机;2—电磁离合器;3—泵/马达;4—油液管道;5—单向阀;6—油箱;7—蓄能器;8—变频器;9—转速表;10—飞轮;11—压力表;12—节流阀;13—溢流阀;14—转速传感器
3仿真与试验研究
3.1能量回收效率仿真研究
本研究在AMESim上建立了试验装置仿真模型,用于研究回收能量效率,与蓄能器容积和泵排量关系。其结构如图5所示。
蓄能器的容积和泵排量的大小对蓄能器能回收能量大小的影响如表1所示。
从表1中可以看出,能量回收的效率随着蓄能器容积增加而增加,能量回收的效率与排量呈现非线性关系,而当泵排量为4 ml/r时,系统回收的的能量达到最大。
误差分析:因为实验中液压管道会有漏油现象,会使系统的压力下降,蓄能器的最终压力必然会比理想状态下的压力小。由于不同泵排量下做的试验均在同个试验装置下,误差可忽略,蓄能器的最终压力与泵排量的关系曲线大致是不会变的。
—信号输入;—飞轮;—定量泵;—单向阀;—油箱;6—蓄能器;7—液压油
q—泵排量;E—蓄能器回收的能量;V—蓄能器的容积
3.2试验研究
试验系统的各元件装置参数如下:
电机:5.5 k W,最高转速为1 440 r/min;飞轮尺寸:直径为300 mm,厚度为100 mm;飞轮的转动惯量J≈0.6 kg·m2;变量泵/马达的排量为0~10 ml/r;最大出口压力为31.5 MPa;蓄能器容积分别为4 L、6.3 L和10 L。
本研究分别安装4 L、6.3 L和10 L的蓄能器进行试验:条件是电动机带动飞轮以1 000 r/min转动,持续时间为15 s,在变量泵不同排量的情况下记录蓄能器最终能达到的压力;当然蓄能器最终的压力越大,它所储存的能量就越多。
试验步骤如下:
(1)首先,分别安装容积为10 L和6.3 L的蓄能器进行试验,试验要研究的是泵排量为2 ml/r~10 ml/r时蓄能器回收能量随泵排量的变化,当泵的排量为8 ml/r以下时,蓄能器均没有压力,因为泵和蓄能器的自身误差,再加上压力表本身的量程问题,在压力很小时无法读数就无从得知能回收多少能量,所要研究的变化曲线因为数据太少显得不严谨,所以不对该项目进行深入研究。
(2)最后安装容积为4 L的蓄能器进行试验,得到的数据如表2所示。
3.3分析与结论
仿真模拟中当泵排量为4 ml/r时,蓄能器能回收的能量最大。所以当蓄能器的容积为4 L和泵排量为4 ml/r时蓄能器回收的能量最大,为17 000 J。
试验中,所研究的蓄能器容积为4 L,当泵排量为6 ml/r蓄能器的最终压力最大为5.4 MPa,也就是所回收的能量最大。
根据上述仿真和试验的研究数据,本研究绘制了当蓄能器容积为4 L时,蓄能器能回收的能量随着泵排量变化的曲线,如图6、图7所示。
根据图6、图7可知,试验与仿真的结果有差别,仿真中当泵排量为4 ml/r时,蓄能器回收的能量最大;而试验结果是当泵排量为6 ml/r时,蓄能器所能回收的能量最大。笔者经过研究总结认为两者存在差别的主要原因在于:
(1)飞轮在高速转动过程中空气阻力与轴承阻力造成能量损耗,在低速转动时,轴承阻力损耗了较大一部分能量,而在仿真中是没有这些阻力的;
(2)一直存在的问题是高压管路存在泄露,尽管已经多次进行补漏措施;
(3)在实际的试验过程中,当泵的排量过小时,是无法给蓄能器充油进行能量回收的。
实验与仿真结果表明,液压泵/马达的排量不同,蓄能器最终回收的能量以及回收效率是不同的,排量越大,回收的能量越多,但是随着排量的增加,泵/马达上的阻力也增加,高于一定值后能量回收效率会下降。所以液压系统各元件之间需要良好的匹配才能获得最优的能量回收效果。
4结束语
为了提高纯电动汽车制动时的再生制动能量回收效率,本研究提出了飞轮液压复合再生制动系统。笔者对提出的再生制动系统分部进行了仿真分析与原理性试验研究。研究结果表明,影响ECPS制动能量回收效率的主要因素是泵/马达的排量,该研究结果具有借鉴价值。
制动能量回收 篇5
车辆在制动过程中耗散掉的能量十分可观, 在城市工况中1/3~1/2的直接驱动车辆的能量在制动过程中耗散掉了[1,2]。对于电动汽车而言, 制动能量回收技术可以利用电机将制动过程中的一部分动能转化为电能储存到动力电池中, 为延长电动汽车续驶里程做出显著的贡献。但随之而来的问题是, 如何使回馈制动力与摩擦制动力协调工作以满足驾驶员的制动需求, 这涉及到制动能量回收系统的设计以及基于该系统的回馈制动策略的制定。
在制动能量回收系统研究领域, 各大整车和零部件生产厂商的方案主要呈现出两种思路, 一类为在ABS/ESP基础上进行改造, 另一类为设计新型制动主缸。第一种思路如丰田公司的制动能量回收系统采用EHB方案[3], 由高压蓄能器作为能量源, 配备行程模拟器, 控制轮缸压力时不影响制动踏板感觉。韩国MANDO公司[4]在ESP系统基础上增加一套开关阀机构, 隔断主缸和轮缸间的联系, 保证制动感觉。Nissan公司[5]在ESP基础上将两个开关阀与蓄能器和主缸相连。用开关阀隔断主缸和轮缸, 消除轮缸压力波动对主缸压力的影响。位于蓄能器和主缸之间的开关阀根据制动踏板位移信号进行调节, 模拟主缸压力对踏板的影响。
第二种思路以Honda提出的新的系统结构为代表[6]。该系统在制动踏板相连的一级主缸后增加次级主缸。通过锥齿轮结构将电机转动转化成活塞移动来推动次级主缸内的弹簧和滑块, 进而控制压力并将其输出至各轮缸对应的开关阀处。通过一组开关阀阻断一级主缸和次级主缸, 使用蓄能器和开关阀的组合来模拟踏板制动感觉。
研究组利用ESP压力调节阀块构建出串联式回馈制动系统[7], 并提出最大回馈效率制动力分配策略和最佳制动踏板感觉制动力分配策略。这两种策略中, 前者制动能量回收效率高, 但在调节摩擦制动力时踏板感觉易受到影响;后者踏板感觉良好, 但制动初期浪费电机进行回馈制动的机会, 回收效率有所降低。本文在这两种策略的基础上, 提出兼顾回馈效率和制动踏板感觉的制动力分配策略, 试图找到折中方法协调回馈效率与踏板感觉间的矛盾, 在保证踏板感觉前提下尽可能多地回收能量。
1 制动能量回收协调控制策略
研究组研发的回馈制动系统的液压管路如图1所示。为了调节前轮摩擦制动力, 前轮轮缸需要经历增压、减压和保压三种状态。保压时, 进油阀和出油阀均关闭。减压时, 进油阀关闭, 出油阀在PWM信号控制下打开, 轮缸中的制动液流入低压蓄能器中。增压时有两种方式, 在这两种方式中出油阀均关闭, 进油阀均在PWM信号控制下打开, 不同的是一种增压方式将主阀关闭, 泵油电机工作, 将低压蓄能器中的制动液抽入轮缸中。这种增压方式适用于已经经历过减压状态的情况 (减压后低压蓄能器内才有制动液) 。当低压蓄能器中的制动液不足时, 需要使用第二种增压方式, 即令主阀打开, 泵油电机不工作, 主缸中的制动液会通过主阀和进油阀流入轮缸。这时由于轮缸压力小于主缸压力, 造成主缸压力瞬间降低, 导致制动踏板下沉, 影响踏板感觉。
图2为最大回馈效率制动力分配策略 (下称最大回馈效率策略) 、最佳制动踏板感觉制动力分配策略 (下称最佳踏板感觉策略) 及兼顾回馈效率和制动踏板感觉的制动力分配策略 (下称回馈效率和踏板感觉兼顾策略) 示意图, 三种策略均不改变原车前后制动力分配系数。按液压制动力与电机回馈制动力协调方式的不同可将制动过程分为三个阶段, 依次是电液协调准备阶段、电液协调控制阶段和回馈制动撤除阶段, 分别以OA、AB和BC段表示。
在电液协调准备阶段 (OA段) 中, 制动强度较小。最大回馈效率策略下, 前轮只利用电机进行制动, 后轮采用常规液压制动。最佳踏板感觉策略下, 在OA段前后轮均使用液压制动, 电机回馈力矩为零。回馈效率和踏板感觉兼顾策略下, 在OA段前轮轮缸建立压力时与主缸压力保持一定差值, 由电机回馈力矩补偿前轮液压制动力矩与前轮制动力矩需求之间的差值。
对于最大回馈效率策略而言, 随着驾驶员制动需求增加, 当电机回馈力矩在电机外特性限制下不能满足前轮所需全部制动力需求时, 进入电液协调控制阶段 (AB段) 。对于最佳踏板感觉策略以及回馈效率和踏板感觉兼顾策略来说, 当主缸压力较高且主缸压力变化较为平稳后, 进入AB段。
在AB段, 三种策略下前轮液压制动力矩与电机回馈制动力矩的协调方式相同, 即电机以能发出的最大回馈力矩跟踪前轮制动力矩需求, 由前轮液压制动力矩来补偿电机回馈力矩与前轮制动力矩需求之间的差值。
在三种策略下, 当车速下降至较低水平时, 进入回馈制动撤除阶段 (BC段) 。由于电机在低转速段力矩下降很快, 因此令前轮轮缸迅速增压至主缸压力水平, 由电机回馈力矩补充液压制动力矩与前轮制动力矩需求之间的差值, 直至制动过程结束。
2 实车道路试验
试验对象为一款前轴驱动的纯电动轿车, 其主要性能参数见表1。在附着良好的干沥青路面上, 以40km/h左右的制动初速度, 分别对三种策略进行了系统的中等制动强度试验。图3 (a) 、3 (b) 和3 (c) 分别为最大回馈效率策略、最佳踏板感觉策略以及回馈效率和踏板感觉兼顾策略的制动试验结果。下面以最佳踏板感觉策略为例说明制动过程中液压制动力与电机回馈制动力的协调控制过程。
最佳踏板感觉策略下, 0时刻车辆已获得来自松加速踏板产生的回馈制动力矩。0.35s驾驶员踩下制动踏板, 进入电液协调准备阶段, 前轮轮缸压力与主缸压力同步增长, 电机力矩由松加速踏板产生的-17Nm回馈力矩降低为零 (图3 (b) OA段) 。1.02 s时主缸压力较高且主缸压力变化较为平稳, 进入电液协调控制阶段, 电机开始沿着力矩限值最大限度地回收能量。由于在OA段前轮轮缸已经建立了3MPa压力, 因此在AB段前轮轮缸仅经历保压和减压状态, 且在减压状态将轮缸中的制动液排入低压蓄能器, 即便后期需要增压, 也可将低压蓄能器中的制动液抽入轮缸, 不会引起主缸压力波动。3.69 s车速下降至7 km/h以下, 进入回馈制动撤除阶段, 前轮轮缸压力上升, 电机回馈制动力矩相应减小, 直至前轮轮缸压力到达与主缸压力同水平, 车速减小至零, 制动过程结束 (图3 (b) BC段) 。
3 试验分析
3.1 各制动力分配策略下的制动踏板感觉
由前面的分析可知, 调节轮缸压力过程中有可能会造成主缸压力降低, 影响踏板感觉。在AB段轮缸压力变化频繁, 因此选取AB段作为比较各策略踏板感觉的特征工况段。图4所示为AB段最大回馈效率策略、最佳踏板感觉策略以及回馈效率和踏板感觉兼顾策略下主缸压力Pm和主缸压力变化率。可以直观地看出最大回馈效率策略下Pm波动非常明显。最佳踏板感觉策略下Pm几乎没有波动, 回馈效率和踏板感觉兼顾策略下Pm没有明显波动。表示主缸压力下降, 通过试验发现, 针对本制动能量回收系统, 当时才会引起制动踏板下沉。故定义函数
构造函数
为了度量制动踏板感觉的波动程度, 定义制动踏板感觉波动度, 用符号Flucped表示, Flucped越大表示踏板感觉越差, Flucped越小表示踏板感觉越好。
由表2可知, 最大回馈效率策略的Flucped最大, 最佳踏板感觉策略的Flucped最小, 回馈效率和踏板感觉兼顾策略的Flucped较小。表明最大回馈效率策略的踏板感觉较差, 最佳踏板感觉策略与回馈效率和踏板感觉兼顾策略的踏板感觉良好, 这与试验过程中驾驶员表达的主观感受一致。
3.2 各制动力分配策略下的制动能量回收效率
表3所示为最大回馈效率策略、最佳踏板感觉策略以及回馈效率和踏板感觉兼顾策略下的制动能量回收情况。制动能量回收效率ηreg为:
其中, Ereg为电机回收的制动能量;Ek为可回收的动能;m为整车质量;v为车速;v0为制动初始车速;g为重力加速度;f为滚动阻力系数;CD为空气阻力系数;A为迎风面积。
由于三种策略的区别集中体现在OA段, 因此有必要着重关注OA段的能量回收情况。图5所示为OA段三种策略的电机力矩。由试验结果可知最大回馈效率策略经历OA段的时间较短, 在该阶段可回收的动能仅有0.88k J, 但电机回馈力矩较大 (见图5 (a) ) , 回收能量0.6 2 k J, 回收效率高达71.11%。最佳踏板感觉策略下回馈力矩在OA段由松加速踏板产生的-17Nm回馈力矩降低为零 (见图5 (b) ) , 回收效率为22.52%。而回馈效率和踏板感觉兼顾策略下回馈力矩在OA段并没有从-17 Nm降低至零, 而是继续增加至更大的回馈力矩 (见图5 (c) ) , 回收效率为37.50%。
在AB段和BC段, 三种策略的回收效率差别不大。在整个制动过程中, 最大回馈效率策略的回收效率为49.66%。最佳踏板感觉策略的回收效率为38.18%, 回馈效率和踏板感觉兼顾策略的回收效率为47.60%。可见, 相比最佳踏板感觉策略而言, 回馈效率和踏板感觉兼顾策略将能量回收效率提高了9.42%。
4 结论
(1) 在分析最大回馈效率策略和最佳踏板感觉策略的基础上, 试图寻求回馈效率与制动踏板感觉间的平衡, 提出兼顾回馈效率和制动踏板感觉的制动力分配策略, 在保证踏板感觉的前提下尽可能多地回收能量。该策略能在制动初期将前轮轮缸与主缸的压力差维持在一定范围内, 既保证了制动踏板感觉, 又为电机留出了一部分回馈制动的空间。
(2) 按液压制动力与电机回馈制动力协调方式的不同将制动过程分为电液协调准备阶段、电液协调控制阶段和回馈制动撤除阶段。分别选取电液协调准备阶段和电液协调控制阶段作为评价能量回收效率和制动踏板感觉的特征工况段。并定义制动踏板感觉波动度来度量制动踏板感觉的波动程度。
(3) 在一款纯电动轿车上进行道路制动试验, 对比三种制动力分配策略的回收效率和踏板感觉。试验结果表明, 最大回馈效率策略的能量回收效率最高, 但踏板感觉较差。最佳踏板感觉策略的制动踏板感觉最好, 但回收效率最低。回馈效率和踏板感觉兼顾策略的踏板感觉良好, 且相比最佳踏板感觉策略而言, 将制动能量回收效率提高了9.42%。
(4) 开发回馈制动系统时不能一味地追求能量回收效率, 总制动力正确跟踪制动意图、制动踏板感觉以及制动平顺性则更为重要, 应在保证上述三个性能指标的前提下尽可能多地回收制动能量。
参考文献
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制动能量回收 篇6
使用能量回收装置有如下优点:(1)延长电动车续行里程;(2)避免类似传统制动器的抱死,减少制动噪音;(3延长铅酸蓄电池使用寿命,缓解其对环境的影响。
现有的能量回收方案通常采用直接向蓄电池充电来吸收再生制动回馈的能量[3,4],其缺点是蓄电池难以实现短时间大功率充电以及充放电循环次数有限、成本高。目前电动汽车领域已开始尝试使用超级电容储能元件进行能量回收[5]。超级电容是一种介于电池和静电电容器之间的储能元件,具有很高的功率密度,适合用作短时间功率输出源。具有比功率高、比能量大、一次储能多等优点,亦可平滑动力电池充放电电流,使动力电池的使用寿命有较大延长。现有方案的另一个问题是基本都使用电动机再生制动,这对原电动的性能要求过高且难以实现制动力矩的任意调节,不符合人们对于传统制动器的操作习惯。
1 电动车制动能量回收装置设计
1.1 能量循环工作原理
系统整体方案和能量循环如图1所示,由超级电容器(28 V/3 F)、升压监控电路、直流发电机(额定电压28 V)、免维护铅酸蓄电池(36 V)、制动手把、摩擦离合机构组成。
电动车在正常运行过程中,车载蓄电池的能量消耗于加速以及行驶阻力。制动时,手把将切断电机驱动回路,同时带动摩擦离合机构,将机械运动传至发电机,实现机械能到电能的转化。显然,制动瞬间将形成很大的电枢电流,如果直接反馈回蓄电池容易对其寿命产生影响[6]。因此考虑使用超级电容作为能量缓冲器,通过Boost斩波升压电路将电容中的电能逐步泵升回蓄电池。回收监控电路还能根据不同的控制策略进行充电电压和电流的脉宽调制,以达到保护电池延长其使用寿命的目的。
1.2 机械能转换系统简介
按功能可将电动车制动能量回收装置划分为机械能量转化及回收与监控电路两大模块。
机电能量转化模块使用了一套摩擦球与车轮啮合传动一级升速的方案,如图2所示。摩擦球在传动升速的同时一方面实现了制动器的离合,另一方面,通过改变转把力度调整下压的力量以控制弹性球的变径比,从而改变传动速度,实现制动速度无级可控,并有效防止了升速卡死。
另外,根据平行四边形法则可知,离合器下压过程中,杆组出力逐渐增大,缓解了球变形压力的非线性。实验表明,制动过程中使用者不会感到转把扭力的明显变化。
1.3 回收与监控电路模块设计
图3所示为回收与监控电路模块。因电动车短时间内制动所产生的电能被暂存到超级电容中,因此本模块使用Boost斩波升压电路将电容电压变换到UDC-DC(满足UDC-DC>Ubat,Ubat为电池电压),同时使用PWM技术来适应宽范围的输入电压波动。在微处理器(MCU)控制下,进行回馈电压与电流的滞环控制,同时将能量回收利用状况输出到显示界面。
升压电路使用了MAX668 PWM控制器。MAX668是MAXIM公司的PWM控制芯片,具有输入电压范围广、低功耗的特点,转换效率可达90%以上。根据PWM原理,通过控制图3中MOSFET1一周期内的通断,即可对电路的升压比进行调节。在理想情况下:
如图3所示,升压电路输出的UDC-DC再经过外部单片机和功率场效应管进行电压和电流滞环控制,使用的控制策略如下:
式中,Uout为电压滞环控制后的输出;Q为MOSFET 2状态,1为开通,0为关断;Q-为两开关管前一状态,由(2)可知电路在环宽范围内维持原开闭状态;h为环宽;Uref为根据铅蓄电池充电特性曲线和能量回收策略设定的参考电压,设定于微处理器中;Iout为反馈回路电流;Imax为反馈允许的最大电流。
最后根据蓄电池充电曲线和路况制定相应的控制参数,一方面提高了能量回收的效率,另一方面根据放电深度的不同选择Uref、h和Imax,有利于延长电池的使用寿命。
2 系统建模与仿真
使用MATLAB/Simulink构造了制动能量回收装置的仿真模型,为简化起见,这里对模型作以下假设:
(1)制动过程中超级电容不对电池充电,即其中能量不会转移到电池中。
(2)发电机为线性模型,忽略磁饱和等非线性现象。
(3)不考虑齿轮和带轮上的机械能损失。
(4)假定轮与球之间的滑动摩擦力在制动过程中不随摩擦球压力变化,为恒定值。
仿真模型的结构如图4所示。其中,Mech模块为摩擦轮与车轮的机械组件。
选择电容初始电压为零、电动车转速为160 r/min进行仿真,得到车轮转速和电容电压变化如图5所示。
仿真中,电动车的最大减速度约为0.72 m/s2,其动能有效地转化为电势能存储在超级电容中,后者实现了该制动系统的能量缓存。其中存储的能量由其初末电压值确定,为此,这里对不同的电容初电压的情况进行了仿真分析,并与实验结果对比,如图6所示。
根据假设,制动能量回收装置满足如下方程组:
式中,f为球与轮之间的滑动摩擦力,rb为摩擦球的半径,Te为电磁转矩,Kt是电机的转矩系数,ωm为电机的转速,Im为电动车等效转动惯量,Kw为电机的电压系数,Uc为超级电容的电压,Ra为发电机电枢电阻,C为超级电容容值,I为电容缓冲回路电流。
整理得微分方程:
由上式可解得,其中Uint为电容初始电压,A、B、D为常数。当电流降为零时,制动装置停止向超级电容充电,满足ωm·Kw=Uc。
结合(3)式,在停止充电时,应当满足A·e-Bt+D=0。
故Uc的最终电压为:
由此可知,电容的初末电压满足线性关系。
故电容中的电势能可以表示为:
由于动能Ek保持不变,效率与初末电压理论上为二次关系,且由于k燮1,故能量回收效率在某初电压可取得最大值。本文选取k=0.697 1,b=5.354 9,由仿真和实验结果证实可得电容初电压Uint=7.26 V时系统达到最大效率点,如图7所示。
除了效率,需要考虑的另外一个因素是制动加速度。随着初电压升高,发电机向电容充电的时间和电流都相应减小,于是发电机产生的减速阻力矩的作用会相应削弱,导致刹车效果不明显。如图8所示,仿真和实验数据再次同时证明此结论。
综合考虑效率和加速度的影响,可以在监控电路的控制策略中选择能量回馈电路的开启电压并控制回馈的合理速度范围。基于这一理论的最佳回收策略进行了路面实验。
3 路面实验及实验结果分析
路面实验采用总重量(含负重)110 kg的电动车,以初始速度约7.75 m/s在平直路面上运行。出于对比的需要,选择了不同制动方式和初始电压,多次测试平均数据如表1所示。其中纯能量回收式制动方式根据无级变速器变速比分为急(最高变速比×100%)、缓(最高变速比×50%)两种实验模式;混合制动即传统制动器和能量回收制动器同时使用的制动方式。制动时间按车速记录。
如表1所示,不同制动方式适应场合不同,同时也对应于不同的加速度和能量回收效率。相对一般偏急的纯能量回收制动模式,偏缓模式加速度较小,适用于行驶过程中的速度控制,但效率也相对较低。混合制动适用于紧急制动场合,减速效果甚至优于传统制动器,同时也能得到少量能量回馈。值得指出的是,减速效果与仿真分析及实验室测试数据基本一致,实验系统初始电压平均为7.3 V时能量回收效率最高(达9.0%)。
最后选择坡度为1.5°的长直坡道往复行驶,模拟城市路况实验。与充足电量下电动车正常行驶里程相比,使用制动能量回收装置后的行驶里程平均增加了24.6%,实验者反映测试过程平稳舒适,能量回收制动器与传统制动器协同性较好,且制动控制器完全符合正常使用习惯。
本文介绍了一种在PWM控制下结合机械传动与超级电容蓄能优势的电动车制动能量回收技术。新颖的机械结构使制动加速度可控,同时确保不会卡死;而超级电容和能量回馈电路的使用是本方案的核心。一方面实现了能量转换缓冲,另一方面在电能监控下合理配置电压电流滞环参数,实现了回收策略的优化,有助于延长电池寿命。制动能量回收装置的理论分析和仿真指出了效率最优的回收策略。最后,开展了路面实验,验证了装置的实用性和理论最佳回收策略。根据初步实验分析,一次能量回收率可以达到9%,城市路况下一次续行里程平均提高24.6%。
参考文献
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制动能量回收 篇7
进入二十一世纪以来, 世界各国对改善环保和降低能源消耗呼声日益高涨, 传统汽车普遍使用的燃油发动机存在各种弊病, 如油耗高、尾气排放性能差等。虽然纯电动汽车能解决上述问题, 但是目前的电池技术阻碍了电动汽车的发展应用, 所以就出现了混合动力汽车, 这一新能源过渡车型, 预计未来30年最有潜力的车型。
混合动力汽车 (HEV, Hybrid Electric Vehicle) 是指车辆同时采用两套动力系统;燃油发动机驱动系统和电力驱动系统。由于混合动力汽车采用两套动力驱动系统, 对各个控制单元之间的数据信息传递的实时生和可靠性也提出了很高的要求, 这就是基于气制动商用车的混合动力整车控制器 (HCU) 。
1 混合动力公交车的能量回收的工作原理及ABS的作用
为了能更加有效的利用电力驱动系统, 我公司参与了国内某商用车技术中心客车开发部联合开发的混合动力公交车再生制动能量回收系统, 目前正进行道路可靠性试验, 测试整车的节油率。针对混合动力公交车有频繁轻柔刹车的特点, 整车控制器HCU根据制动踏板开度信息, 在满足能量回收条件下, 电机逆转制动进行能量回收对电池进行充电, 但是气压制动的存在阻碍了一部分能量回收且为了保证电机制动和气制动力矩和要满足制动力矩安全需要, 针对这种情况通过ABS系统的电磁阀控制制动气室的瞬时气压, 就可以最大限度进行能量回收和满足制动力矩需求。目前根据道路试验, 在频繁轻柔刹车的情况下, 测试时节油率能达到10%以上。
2 基于混合动力公交车的ABS硬件系统概述
下面分析混合动力公交车的ABS系统是的硬件构成。
2.1 ABS控制器
ABS控制器安装在防水、防尘的位置, 推荐在驾驶室内, 接近性要好, 便于诊断。ECU工作温度范围:-40°C-+80℃。用外接电源为车辆充电时, 要将ECU电源断开, 防止外界高电压损伤ECU。当车辆需要电焊时, 断开CEU。不得用万用表测量ECU。各部件的拆装必须在停电后进行, 并保持各部件清洁、干燥。不得随意改变保险丝容量。
2.2 ABS电磁阀
ABS电磁阀是ABS系统中的执行组件, 用于制动压力的控制, 即减压﹑增压或保压。在混合动力系统中要求保压的时间较长, 在台架进行保压300秒测试, ABS电磁阀没有压力泄漏, 温升不高, 可以满足需要。
2.3 电磁式轮速传感器
采用通用气制动ABS系统的电磁式轮速传感器, 没有特殊要求。
2.4 电压式压力传感器
压力传感器分别安装在后桥两个双腔制动气室上, 用于监控两个制动气室压力。注意在初次安装使用时, 应首先压力标定零点;车辆贮气筒气压应为8bar, 踏板踩到底时, 测试的压力数据最大值标定为8bar。
2.5 快速充气阀
快速充气阀的出气口安装在后桥比例继动阀的其中一个控制气路口, 其进气口安装在附近贮气筒上。目的是在车辆轻踩踏板制动时, HCU要求ABS保压值较高时, ABS可以快速对制动气室充气达到HCU能量回收时所需的目标压力值。
2.6 ABS线束和保险
ABS线束的作用是通过连接ABS各组件以及ABS与整车配电系统, 使ABS系统正常发挥效能;另外从ABS控制器引出CAN线与整车控制HCU的CAN线相连, 进行相互通讯。
3 ABS系统与整车的通讯
ABS与HCU通过J1939通讯协议相互通讯, 可以更好进行配合再生制动的完成, 防止出现制动力矩过大或过小。HCU发送给ABS的报文如下。
3.1 目标压力
实时发送给ABS需要调控后桥制动气室压力值。
HCU压力控制使能:发送置1报文ABS压力控制, 发送置0报文ABS不进行压力控制。即HCU满足进入能量回收工作模式的条件, 这时允许ABS调控制动气室压力;反之, 不允许。
3.2 控制报文循环计数值
初始值为1, 每发送一次报文该值加1, 255次后置1, 如果ABS不能接收到时不进行压力调控, 如CAN线物理断开等情况。
制动踏板开度:发送给ABS踏板踩下行程的信息。
3.3 ABS发送给HCU的报文
后桥左、右制动气室压力:实时发送ABS调控的制动气室的压力值。
3.4 滑移率报警
如果在制动时有抱死趋势时, ABS发送报警信息给HCU, ABS这时不参与能量回收工作;HCU这时也不进入能量回收工作模式。
3.5 ABS故障信息
发送ABS故障信息给HCU, 这时HCU不能进入能量回收工作模式, 当解除ABS故障后, 不发送故障信息时, HCU在制动时才能进入能量回收工作模式。
4 ABS在制动能量回收模式下的功能实现
在混合动力公交车进行轻柔制动时, 在满足制动能量回收模式下, HCU通过CAN总线给ABS发送目标压力信息和踏板开度信息等报文;ABS控制器控制快速充气阀对后桥制动气室充气, 并根据压力传感器信息反馈控制ABS电磁阀对制动气室目标压力值保压并及时给HCU发送相关信息报文;在整车低于5公里/小时, HCU退出能量回收模式, 取消电机制动, 同时ABS也取消对快速充气阀控制, 车辆进入传统气制动模式。整个制动能量回收过程中, ABS能随时按照HCU的要求进行调控后桥制动气室的气压, 既保证了制动能量回收的需求又保证了整车制动力的要求。
在特殊路况下, 混合动力公交车在制动能量回收模式下, 或者紧急制动时, 车轮有抱死趋势, ABS会发滑移率报警报文给HCU, 解除制动能量回收模式下的ABS工作模式, HCU收到报文后则停止能量回收, 混合公交车进入正常制动模式, 可以有效避免车辆出现抱死、侧滑、甩尾等现象。
ABS系统的零部件有故障时, 例如有一个压力传感器没有压力信号;ABS警告灯会亮且会发送报文给HCU。HCU收到报文后, 车辆制动时不进入能量回收模式。
摘要：针对混合动力公交车, 由整车控制HCU主导和防抱死系统ABS辅助配合, 按照公交车频繁轻柔制动的特点进行道路试验, 实现了制动能量最大回收和可靠性。