某新能源汽車協調式能量回收標定研究

晏金美

關鍵詞：新能源汽車；協調式能量回收；能量回收扭矩；續航里程

0引言

隨著環境污染問題及能源短缺問題日益嚴重，新能源汽車越來越受到人們的重視[1]。相關研究表明，在城市道路行駛工況下，車輛頻繁加減速，大約有50%以上的驅動能量在行車制動過程中損失，即使在郊區行駛，車輛也有大約20%的驅動能量損失[2]。制動能量回收可提高整車續航里程，提高能量利用率，有效降低用戶的續航焦慮，提高客戶的用車滿意度。

通常，在車輛非緊急制動的普通制動場合，大約20%的能量是可以通過制動回收的。但在實際情況下，能量回收受到制動安全法規、制動系統類型、駕駛舒適性以及電池系統和電機類型的限制，實際回收效果和理論值有較大差別。本文以某款新能源汽車為基礎，對新能源汽車協調式制動能量回收系統的標定策略進行研究分析，在保證車輛行駛的安全性和舒適性的同時，提高制動時的能量回收效率，提高整車續航里程。

1協調式制動能量回收系統介紹

制動能量回收系統就是在車輛制動過程中，控制電機產生負扭矩用于發電，將汽車行駛的部分動能轉化成電能，并儲存在動力電池中，實現制動能量的回收。電機發電的同時產生反向制動力矩，通過傳動系統傳遞給車輪，從而實現車輛的減速或停車[3-4]。

協調式制動能量回收系統（CRBS）在不改變液壓制動系統結構的基礎上，匹配了線控制動系統（EHB），做到了與制動卡鉗的制動力解耦。實現方案是，機械制動力是由一個線控制動的控制器單元，依據目標制動力輸入信號執行的[5-6]。

EHB基于制動踏板位移傳感器檢測當前制動踏板角度和角速度，推測駕駛員的制動需求，并計算滿足該需求所需的制動力矩，再把制動力分配給能量回收系統和線控制動系統。再生制動力不足的部分，再由控制器單元控制EHB進行液壓制動補足，從而提高電制動的占比，進而提升能量回收（圖1）。由于EHB的制動力與制動踏板開度解耦，也就是當駕駛員踩了制動踏板，需求制動力不大時，EHB并未執行制動卡鉗制動力，先盡可能地使用再生制動力，不足的部分再由機械制動提供。

CRBS組成結構如圖2所示。EHB電機3建立壓力并不依賴駕駛員，而是能根據制動需求快速補充制動壓力，也可以避免制動能量回收退出時的制動力丟失?；诖?，可實現0.3g減速度的再生制動，滿足95%以上的日常制動工況，降低整車能耗，提升車輛續航里程。

2協調式制動能量回收標定策略

2.1整車進入制動能量回收的條件

協調式制動能量回收涉及EHB與整車控制器（VCM）、電池管理系統（BMS）及電機控制系統（MCU）的交互。VCM被喚醒后，根據制動踏板狀態信號、加速踏板狀態信號以及車速和電池荷電狀態（SOC）等信息確定整車是否進行能量回收。當整車滿足進入能量回收條件時，VCM計算當前允許最大回饋扭矩，并將允許最大回饋扭矩狀態信號和允許最大回饋的扭矩值發送給EHB。EHB根據用戶的制動需求，判斷當前是否需要由電機提供回饋制動扭矩，如需要，則分配制動回收扭矩值反饋給整車控制器，再由VCM控制電機提供制動扭矩。整車是否進入或退出制動能量回收的條件如表1所示。

協調式能量回收的標定需考慮電機的響應時間、精度及扭矩跟隨能力，VCM允許能量回收扭矩上限值、介入及退出時機協調標定，以及EHB分配給驅動電機制動的扭矩上限。同時，還要精細化標定需求扭矩-實際扭矩-液壓補償扭矩軟件參數（圖3）

2.2標定注意事項

協調式制動能量回收標定需注意以下幾點。

（1）標定工作開始前，需要進行試驗車輛磨合。車輛磨合后應達到如下狀態：輪胎表面花紋磨合均勻，無輪胎分模線；制動盤表面光滑，無銹跡，制動時摩擦片應完全貼合；鼓式制動器的領蹄摩擦片完全貼合，從蹄摩擦片貼合面積大于80%。若經過磨合后仍未能達到如上要求，則應再進行磨合，以保證整車發揮最佳制動效能。

（2）檢查EHB功能是否正常，壓力響應控制是否穩定，整車動力回收扭矩控制是否穩定。

2.3協調式制動能量回收進入及退出門限值標定

當整車滿足制動能量進入的條件后，協調式制動能量回收功能進入條件是，EHB通過調整制動能量回收進入車速門限及松開加速踏板后，制動能量回收進入的延遲時間進行標定（表2）。

在實際標定過程中，試驗車輛需加速至30km/h以上（儀表車速）。駕駛員松開加速踏板，記錄加速踏板開度信號及電機扭矩信號，通過觀測實際電機輪端扭矩的變化情況，測量加速踏板開度0.8%以下到實際輪端扭矩小于20N·m的時間。如果EHB在自身系統能力值范圍內激活協調式制動能量回收功能并請求制動回收扭矩時，電機動力扭矩還未降低到合適的扭矩范圍，不可以執行EHB請求的負扭矩，導致電機扭矩響應時間明顯延遲或者響應抖動，從而致使協調式制動能量回收進入過程整車抖動、不平順。為避免該現象的發生，需調整松開加速踏板后制動能量回收進入的延遲時間。同時，還要避免協調式制動能量回收功能激活過慢導致液壓制動介入，制動能量回收值變少，影響整車續航里程。

2.4EHB分配的電制動比值確認

EHB的制動能量回收公式如下：

E=∫{m·a（t）?f[v（t）]}·v（t）dt（1）

式中：E為回收總能量；m為整車質量；f為運行阻力；v為車速。

本研究基于某款純電新能源出租車，實車采集連續多天共285次制動結果，并繪制了能量可回收曲線（圖4）。在實際用車中，駕駛員駕駛過程會有不同的制動需求，但屬于不可控因素，影響暫不加入統計。根據圖4可以看出，在城市道路日常行車過程中，制動最大減速度超過0.3g以上的情況極少，0.3g以內的制動減速度滿足絕大部分城市路況的制動需求。因此，在協調式能量回收標定過程中，需提高電機制動減速的上限值。

在協調式制動能量回收標定過程中，需駕駛試驗車輛加速至85km/h（儀表車速），滑行至80km/h，踩下制動踏板并保持穩定狀態，觀測目標制動回收扭矩與制動回收實際扭矩響應情況。在整車動力扭矩允許情況下，通過調整制動能量回收扭矩請求變化斜率上限值來調整制動目標扭矩請求值。同時，通過調整制動能量回收目標壓力與電機回收扭矩轉換系數，合理分配液壓制動力和電制動力，保證在電液交互下的整車減速度平順性，防止減速度波動造成的制動信心不足。此外，還應使整車減速度在0.3g以內優先使用電制動，從而提高整車續航里程。

對相關參數進行調整后，需對影響制動能量回收的因素進行實車確認，如對液壓制動與電制動分配進行確認（圖5）。通過實車測試，液壓制動力和電制動力分配合理，整車正常制動過程優先采用電制動，則該參數標定符合要求。

當標定完成后整車實際續航測試仍無法滿足要求，則需要通過圖3所示能量回收的影響要素進行排查分析，確定影響整車續航的關鍵要素，再進行標定參數的優化調整。例如可通過對EHB協調式能量回收請求的降扭斜率、MCU扭矩的響應精度以及VCM的請求降扭斜率等優化，改善VCM的能量回收響應的跟隨性（圖6）。

3實車續航測試結果

通過對某新能源車型協調式制動能量回收系統的精細化標定，經實車測試評價，制動能量回收進入或退出過程中，整車減速度平順，無不安全感；減速度變化平緩，無異常扭矩變化，主觀感受良好。按照GB/T18386.1—2021《電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法第1部分：輕型汽車》的測試要求，在轉轂上采用CLCT工況進行了整車續航比對測試，結果協調式制動能量回收系統的精細化標定對整車實際續航提升效果顯著，同一車輛在CLCT工況下，能量回收提升40%左右（表3）。

4結束語

文章對某新能源汽車的協調式制動能量回收的系統組成、工作原理、標定策略及標定方法進行分析研究，對標定后的車輛進行CLCT工況續航測試驗證。數據表明，協調式制動能量回收相關參數的合理標定，在保證整車能量回收過程平順性的前提下，可以有效提高新能源汽車的續駛里程。