能量回收傳感器在電動(dòng)汽車中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

宗紅軍

摘 要：目前，中國(guó)廣袤的土地正展開綠色發(fā)展新實(shí)踐：綠水青山就是金山銀山、保護(hù)生態(tài)環(huán)境就是保護(hù)生產(chǎn)力，綠色發(fā)展理念化為務(wù)實(shí)行動(dòng)——各行各業(yè)因地制宜、創(chuàng)新方法，為實(shí)現(xiàn)綠色中國(guó)奮斗。而電動(dòng)汽車作為綠色交通的重要組成部分，對(duì)中國(guó)未來城市建設(shè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，電動(dòng)汽車作為一種節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的交通工具得到快速發(fā)展，許多新材料、新技術(shù)得到應(yīng)用，特別是電機(jī)電控技術(shù)、電池技術(shù)、能量管理等關(guān)鍵技術(shù)等發(fā)展尤為迅猛，其中能量回收作為電機(jī)電控和能量管理的交叉技術(shù)，是電動(dòng)汽車節(jié)能效果好壞的關(guān)鍵技術(shù)之一，下文將淺析能量回收傳感器在電動(dòng)汽車中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：能量回收傳感器;控制策略;電動(dòng)汽車

1 前言

傳統(tǒng)車輛在制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器將汽車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)到空氣中，這部分能量白白浪費(fèi)了，而電動(dòng)汽車卻可以對(duì)這部分能量加以利用：當(dāng)汽車減速時(shí)，能量回收裝置就會(huì)介入，汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)，將電動(dòng)汽車減速損失的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，最后通過管理控制，將回收的電能存儲(chǔ)到電池內(nèi)，所以當(dāng)電動(dòng)汽車搭載能量回收系統(tǒng)后，車輛的續(xù)駛里程普遍能增加30%以上，但目前市面上大多數(shù)新能源車型搭載的能力回收系統(tǒng)都出現(xiàn)收加速踏板后電機(jī)制動(dòng)力太強(qiáng)，無法與制動(dòng)踏板產(chǎn)生的制動(dòng)力完全配合，這樣會(huì)導(dǎo)致汽車頓挫感，甚至扯拉感，極大的降低了乘車的舒適性;可如果將能量回收系統(tǒng)的回收比例調(diào)得太小，雖然乘坐舒適感在可接受范圍之內(nèi)，但制動(dòng)回收的能量又低，未能完全發(fā)揮電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)，為此假如給能量回收系統(tǒng)加裝能量回收傳感器，傳感器能采集駕駛員不同的制動(dòng)強(qiáng)度，并將信號(hào)傳遞給整車控制器（VCU），由VCU來控制能量回收強(qiáng)度，使電機(jī)的扭矩得到調(diào)節(jié)和控制，保證能量回收最大利用的同時(shí)又能兼顧乘坐的舒適性。

2 能量回收傳感器的安裝和工作原理

制動(dòng)踏板是最直接反饋駕駛員制動(dòng)強(qiáng)度和制動(dòng)意圖的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，把能量回收傳感器設(shè)計(jì)安裝在制動(dòng)踏板上，來向VCU反饋制動(dòng)強(qiáng)度信號(hào)。下面介紹位移傳感器和角度傳感器在制動(dòng)踏板上的安裝，如下圖所示：

圖1所示的位移傳感器工作原理是：當(dāng)踩下制動(dòng)踏板，踏板臂壓住位移傳感器活塞發(fā)生位置變化，傳感器將信號(hào)傳遞給VCU;

圖2所示的角度傳感器工作原理是：當(dāng)踩下制動(dòng)踏板，傳感器旋轉(zhuǎn)臂跟隨踏板臂旋轉(zhuǎn)，角度發(fā)生變化，同樣將信號(hào)傳遞給VCU。

3 能量回收的控制及應(yīng)用

下面結(jié)合本公司某車型，淺談能量回收的控制應(yīng)用。本車的制動(dòng)系統(tǒng)有兩部分組成，一是液壓制動(dòng)系統(tǒng)，一是電機(jī)的電制動(dòng)能量回收。兩個(gè)系統(tǒng)是非解耦的，也就是說無論是否有電制動(dòng)，液壓制動(dòng)依然存在。液壓制動(dòng)在本車中處于基礎(chǔ)地位，電制動(dòng)只是一個(gè)補(bǔ)充，用于回收部分制動(dòng)能量，其制動(dòng)系統(tǒng)壓力和傳感器電壓關(guān)系如圖3所示。

以角位移傳感器為例，在自由踏板自由狀態(tài)時(shí)，設(shè)定了初始電壓（0.8～0.9V），踩下制動(dòng)踏板，傳感器發(fā)生角位移，輸出電壓超過設(shè)定值，此電壓輸給整車VCU，VCU向電機(jī)控制器發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)電機(jī)制動(dòng)能量回收，由于制動(dòng)主缸及主缸和制動(dòng)踏板之間，均存在間隙，特別在輕踩制動(dòng)踏板情況下，制動(dòng)管路油壓尚未建立，可以在空行程范圍內(nèi)或者液壓制動(dòng)很弱的時(shí)候，盡可能多的回收能量，踏板行程和能量回收能力曲線關(guān)系如圖4所示。

根據(jù)圖4踏板行程和能量回收能力相互關(guān)系制定能量回收策略。電制動(dòng)力矩在電機(jī)高速段受最大功率限制，在電機(jī)低速段回收效率很低，應(yīng)該關(guān)閉。設(shè)計(jì)兩個(gè)速度拐點(diǎn)，一個(gè)是最低的電機(jī)回收轉(zhuǎn)速，低于該轉(zhuǎn)速停止電制動(dòng)能量回收;另一個(gè)拐點(diǎn)是電機(jī)正常回收轉(zhuǎn)速，在該轉(zhuǎn)速之上電機(jī)將按照最大回收力矩的某個(gè)百分比進(jìn)行電制動(dòng)能量回收，直至受到功率限制。在兩個(gè)拐點(diǎn)之間設(shè)計(jì)一段隨電機(jī)轉(zhuǎn)速降低的回收力矩曲線。以上拐點(diǎn)和百分比數(shù)據(jù)需要在實(shí)車上進(jìn)行匹配標(biāo)定，在能量回收率和制動(dòng)安全性和舒適性間尋找平衡。

4 以本公司某車型為例，理論計(jì)算如下

4.1 滾動(dòng)阻力功率Pf（kw）

5 結(jié)束語

由計(jì)算結(jié)果可以看出，本車增加能量回收系統(tǒng)后，理論上可以增加42.4%的續(xù)駛里程，通過在系統(tǒng)內(nèi)增加能量回收傳感器，使VCU對(duì)能力回收強(qiáng)度進(jìn)行分段控制，在保證舒適性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)能量回收最大化，有效的增加車輛的續(xù)駛里程。