新能源汽车制动能量回收技术研究

新能源汽车制动能量回收技术研究摘要随着近些年传统燃油汽车市场保有量不断增加，加剧了石油等不可再生能源的大量消耗，并且燃油汽车在工作过程中所排放的尾气，不但对人民的身心健康造成十分严重的损伤，另一方面还对环境造成了极大的破坏。因此，在如此恶劣的大环境下，各个国家都在积极寻求新的出路；以清洁能源作为燃料的新能源汽车逐渐被各个国家所重视，是未来汽车行业发展的重心。对于新能源汽车的发展，目前大多数国家都选择了以电动新能源汽车，而据悉新能源燃料电池汽车面临着充电时间长，续航公里数短，充电桩并不十分完善等等一系列问题，面对这一问题，制动能量回收技术可以有效解决以上大部分新能源燃料电池汽车目前所面临的缺陷，对于增加汽车的行驶里程具有显著的效果。首先是制动能量回收技术，因为全电动汽车的制动系统与传统燃油汽车的制动系统不同，它涉及一个电动马达制动系统。电机制动系统在能量回收方面起着非常重要的作用。因此，本文的主要目的是阐明电机制动系统的制动力如何相对于机械制动系统的制动力进行合理的分配，以及驱动电机如何影响制动能量回收系统。出于这个原因，本文重点讨论了永磁同步电机，目前大多数主要制造商都在使用这种电机。关键词：新能源汽车；制动能量回收；永磁同步电机ResearchonbrakingenergyrecoverytechnologyofnewenergyvehiclesAbstractWiththecontinuousincreaseofthemarketownershipoftraditionalfuelvehiclesinrecentyears,thelargeconsumptionofnon-renewableenergyhasbeenintensified,andtheexhaustemittedbyfuelvehiclesintheprocessofworkhasnotonlycausedseriousdamagetopeople'sphysicalandmentalhealth,ontheotherhand,butalsocausedgreatdamagetotheenvironment.Therefore,insuchaharshenvironment,allcountriesareactivelyseekingnewsolutions;newenergyvehicleswithcleanenergyasfuelaregraduallyvaluedbyallcountries,isthefocusofthefutureautomobileindustrydevelopment.Forthedevelopmentofnewenergyvehicles,mostcountrieschosetoelectricnewenergyvehicles,andthenewenergyfuelcellvehiclesfacingchargingtimelong,shortkilometers,chargingpileisnotveryperfectandsoonaseriesofproblems,inthefaceofthisproblem,brakingenergyrecoverytechnologycaneffectivelysolvemostofthenewenergyfuelcellvehiclesfacingdefects,toincreasethecarmileagehassignificanteffect.Thefirstisthebrakingenergyrecoverytechnology,becausethebrakingsystemofall-electricvehiclesisdifferentfromthatofconventionalfuel-poweredvehicles,anditinvolvesanelectricmotorbrakingsystem.Themotorbrakesystemplaysaveryimportantroleintheenergyrecovery.Therefore,themainpurposeofthispaperistoclarifyhowthebrakingforceofthemotorbrakesystemisreasonablydistributedrelativetothebrakingforceofthemechanicalbrakingsystem,andhowthedrivingmotoraffectsthebrakingenergyrecoverysystem.Forthisreason,thispaperfocusesonpermanentmagnetsynchronousmotors,whicharecurrentlyusedbymostmajormanufacturers.Keywords：Newenergyvehicle;brakingenergyrecovery;permanentmagnetsynchronousmotor第第页绪论课题的背景及意义课题的背景汽车工业近百年的快速发展为人类带来了很大的便利，驾车出行逐渐成为人们日常出行的重要交通方式，近些年，随着我国经济的快速发展，人民生活水平逐渐提高，每家拥有一辆汽车成为了很容易的事情，这就使得我过汽车保有量快速上涨，到2020年底，中国的私家车数量已经达到了惊人的2.81亿辆，导致了石油燃料等不可再生资源的大量消耗，由于中国不是石油大国，只能通过进口来满足对石油能源日益增长的需求，因此我国对于庞大的石油资源需求必须依靠对外贸的依赖；除此之外，传统燃油汽车排放的尾气包括了大量的固体悬浮颗粒，氮氧化合物等80多种有害物质，严重危害了人类的身心健康，引起环境恶劣污染。因此作为主体的传统燃油车迎来了行业的变革。图1.1汽车尾气的污染课题的研究意义面对汽车保有量的逐步增加，能源的持续消耗与环境的恶劣污染这一系列难题，发展新能源汽车势在必行，可再生能源汽车，顾名思义，是以新的清洁或可持续的可再生能源为动力，及采用新技术和设计的汽车。发展新能源汽车是目前中国节能减排的最有效途径，也是中国经济发展的新要求。新能源汽车的发展将有助于改善中国的能源结构提高中国在高科技领域的竞争力。因此，新能源汽车的发展任重道远。关于新能源汽车的分类，大致可以分为以下几类：图1.2新能源汽车的分类国内外发展现状分析国外研究现状在能源紧缺，环境压力越来越大的现在，发展新能源汽车已经成为了时代背景。美国特斯拉公司的新能源汽车的发展走在最前列，同时也代表了新能源汽车发展的最高水平与最高技术，在最新改款的ModelS车型方面，纯电续航里程达到了637公里，百公里加速仅需2.1S，峰值功率达到了1020马力，它强大的续航里程与纯电动汽车本身具有的舒适稳定性甚至已经超过了许多燃油车型；日本是制造大国，在汽车工业方面一直处于世界领先的位置，在新能源汽车技术的研发上面相对也比较成熟，在2012年，丰田推出了收款新能源汽车，并且在2015年提出，“丰田环境挑战2050发展战略”目的就是为了实现节能减排；与其他地区的国家相比较而言，欧洲则更加重视纯电动汽车的发展，进入21世纪，新能源汽车在欧洲也是迅速发展壮大起来，尤其是德国早在2009年就宣布免费提供土地建立充电桩，为了推广和发展新能源汽车，法国政府宣布了截止2040年要在他本国内禁止销售汽油车和燃油车。欧洲的车企也在他们传统燃油车的基础上建立自己品牌的新能源汽车，如沃尔沃C40、宝马i系列，雷诺梅甘娜E-TECH电动车等等国内研究现状在传统燃油汽车发展领域，我国起步要比其他发达国家晚了三十多年，在基础技术上已经有很大的差距，但在新能源汽车领域，尽管中国起步较晚，但与发达国家相比，技术水平差距并不大。目前我国许多传统老牌车企，具有车辆工程专业的重点院校与一些科研机构，均投入了大量的人力以及物力加大了对新能源汽车的研究，不仅如此，在新能源汽车收到了党和国家领导人的大力支持下，在多方因素的作用下，我国新能源汽车呈现出了蓬勃发展的趋势，直至2017年，我国新能源汽车销量达到了77.7万辆，同比增长超过了54%，超过了汽车总体销量的20%。在2018年，我国又出台了有关配套新能源汽车相应的充电桩政策，至此，新能源电动汽车的配套设施逐步完善，进一步加大了我国对于新能源汽车的研究速度。与此同时，我国的汽车制造商也正在进一步的加大力度研究出更高性能的新能源汽车，例如北汽EV，比亚迪--秦，奇瑞EV等等，伴随着比亚迪--汉系列的新能源汽车的推出，它高效的电机性能以及驾驶性能不仅好评如潮更被广大网友们评测为“国货之光”。总的来说，中国对新能源汽车的研究正在与国际接轨，并进一步缩小与发达国家的差距。广州汽车最近推出的AionS是我国第一辆使用深度集成的三合一高性能电力推进系统和最新一代全地形锂电池的纯电动汽车。从目前的发展来看，中国的新能源汽车是一个朝阳产业，并且会进一步推动我国经济的发展。研究制动能量回收系统的意义在传统的汽油动力汽车中，主要的制动方式是靠刹车片和刹车盘之间的摩擦，在制动过程中会消耗大量的动能，并且需要散热，造成大量的能量损失。而对于新能源汽车来说，目前主要存在的问题就是行驶里程较短，充电较慢等一些问题，其中最显著的问题就是行驶里程的问题，关于这个问题，制动能量回收是解决这些问题的一个主要途径，关于制动能量回收，就是当新能源汽车在进行制动时，驱动电机由工作状态变为充电状态，及时的给驱动电池进行充电，在制动时对能量的损失降到最少，更大限度的增加汽车的行驶里程。加大对制动能量回收技术的研究，不仅可以更进一步保障司机的驾驶安全，并且在保证制动效果的同时，还能够有效的增加新能源汽车行驶公里数。其他国家很早就对制动能量回收系统进行了研究，并形成了一套研究体系。除了对制动能量回收的理论进行深入广泛的研究外，还从实践中取得了许多成果。1999年，美国研究人员GaoYiming和MehrdadEhsani提出了新能源汽车制动能量回收系统的三种经典控制策略他们提出了以下三种经典控制策略，对不同的制动工况提出了根据强度进行制动能量回收的理论，这次理论的提出，不仅丰富完善了初步理论的缺陷，并且保证了在制动时安全、稳定的情况下更大限度的进行了能量回收，并且在之后的实验当中取得了显著的成果。国外在实车应用方面，制动能量回收技术也得到了广泛的应用，日本丰田汽车集团推出的丰田Prius，是一款油电混合动力汽车，他所采用了利用液压制动比例调节制动力，在保证制动安全稳定的同时也取得了制动能量回收的一个效果。日本本田公司研究的混动车型Insight所搭载的制动能量回收是通过根据制动踏板的位移量，合理的计算分配给电机制动力与机械制动力，从而更加精确的达到了一个制动能量回收的效果。德国博世（BOSCH）公司针对油电混合汽车推出了ESPhev再生制动系统，这项技术不仅可以协调电机制动器与液压制动器的分配比例，并且还能在制动的同时更好的控制真空助力器，在液压制动器制动力分配不足时可以通过液压调制泵控制额外分配给液压制动器制动力，此项技术于2013年收款搭载到了Mercedes-BenzS400HYBIRD车型。总而言之，对于制动能量回收系统的研究，各国均做出了相应的贡献，美国在理论方面的研究较为先进，而德国、日本等汽车制造大国则在实车运用上比较先进。国内对于制动能量回收系统研究开始的较晚，但随着新能源汽车的崛起，我国诸多学者与车企、研究所等机构逐步投入到了制动能量回收系统的研究当中。吉林大学郭亚军教授通过将制动能量回收装置系统与防抱死（ABS）系统通过集成化技术联系在一起，实现了在制动过程中能量回收的同时有一个良好的制动稳定性。电子科技大学的王大松教授针对现有的制动能量回收装置的电子电路进行了改善，在汽车行驶在下坡路段以及减速制动的工况下使得能量回收取得了较好的成果。丁健等人将研究中心放在了制动能量回收时的经济性与驾驶舒适性，提出了将能量回收装置并连起来，保证了汽车在驾驶舒适性与使用经济型的前提下有效延长了汽车行驶续航里程。武汉理工大学刘志强等人通过研究纯电动汽车在制动工况下安全性与能量回收装置的关系中，为了将制动能量回收效果达到最大化，运用CATIA软件进行建模仿真，结果表明得到的制动回收率提高了4.52%。我国的理论研究正在逐步与国际理论研究不断地缩小差距；在实车应用方面，由于近几年国家政策的改进，将新能源汽车发展摆在了重要位置上，另一方面，加上理论研究指导实践操作，我国部分车企在制动能量回收技术领域取得了突飞猛进的进步，国内如北汽新能源汽车推出的北汽EV，比亚迪推出的汉系列、唐DM，奇瑞EV等等，都推出了具有制动能量回收装置的新能源汽车，在实际应用当中取得了不错的成果，均可增加10％--15％的行驶里程。本文研究内容本文的研究对象主要针对以2021年“特斯拉刹车失灵事故”为例，对制动能量回收系统的研究现状做出分析，并给出优化方案：王宇帆等人在2022年三月发表《特斯拉“刹车失灵”事件的车辆运动模型与分析》，通过现代汽车的阿克曼原理与车辆运动模型进行了泊车验证与特斯拉行车轨迹模拟事故还原，进行了三方面的分析，其中主要包括车速数据的真实性，结果显示，事故发生前，涉案车辆沿道路右侧正常行驶，司机在看到离事故地点不远处的红绿灯时开始减速，但刹车不符合车主司机刘女士的预期，随后为躲避前方的障碍物而撞向路边的水泥护栏。模型研究得到的结果与车主对事故的描述基本一致，特斯拉方面提供的数据与车主对事故的定性分析不矛盾，特斯拉方面提供的速度数据基本可信，超速现象可能存在，车辆的制动系统工作状态正常。如果特斯拉方面没有篡改数据，事故的主要原因可能是车辆的速度问题。通过这个实例我们可以得到，目前对于制动能量回收技术的研究还是存在一定的不足，从而加大对制动能量回收技术的研究，不仅可以更进一步保障司机的驾驶安全，并且在保证制动效果的同时，还能够有效的增加新能源汽车的行驶里程。图1.3事故现场还原图图1.4车辆的运动方程模型图1.5制动过程分阶段图第一章为绪论部分，主要介绍本课题的研究现状与研究背景并引出实例来对接下来的分析进行研究。第二章介绍制动能量回收系统的结构与原理，对制动能量回收系统进行一个系统的分析。第三章介绍关于驱动电机对制动能量回收系统的影响，以永磁同步电机为例，介绍永磁同步电机的制动能量回收第四章主要分析，在基于以上分析得出的结论条件下，分析对新能源汽车制动能量回收系统的影响因素。第五章在以上的研究基础之上对本课题进行总结与展望。制动能量回收系统的结构与原理引言传统燃油汽车所采用的制动方式多为纯机械摩擦方式，通过制动鼓、制动蹄之间的机械原件进行摩擦使车辆达到减速的效果，然而这种制动效果会导致汽车在制动过程中的能量以热能的形式散失掉，导致了能量的损耗。新能源汽车的制动方式是通过整车控制器（VCU）将指令传达到汽车的驱动电机，驱动电机将从驱动状态变为充电状态达到给驱动电池充电的效果，新能源汽车搭配制动能量回收技术，可以将制动过程中部分能量二次利用，达到增加增加行驶里程的效果。新能源汽车刹车系统的能量利用率是影响其刹车性能的重要因素。为了车辆能够平稳的进行制动，必须根据汽车的制动工况，对前后车轮的电子制动力进行合理的分配，以保证制动力不超过电动机的制动力，从而实现制动力的最大化。以方便实现更大程度的能源利用。制动能量回收系统的结构常规燃料汽车制动力的基本原理是：当车辆在运行时，制动器控制系统工作不正常时，制动筒的内圆度与制动蹄的外圆表面保持一定的间隔，从而使得车轮与制动鼓可以自由旋转，当需要制动时，驾驶员通过拉杆和活塞式主油缸拉动制动器踏板，使得制动器主油缸内的液压系统在合适的压力下进入轮缸，同时制动器蹄片绕着支承销旋转，进入双活塞轮缸，并将其转向二端，摩擦片的前端在制动器滚筒中下沉一周，使其在车轮行驶方向上受到压迫，获得摩擦力矩，从而达到车轮减速的效果。然而这种制动效果浪费了大量的能量，使得能量在传递过程中损失很大，最终以热能的形式散失。图2.1传统燃油车制动系制动原理图新能源车辆刹车时，刹车所产生的电力会经由驱动轮、刹车系统和驱动系统供给驱动马达，使驱动马达从驱动状态转变成发电状态，并由DC/DC变换器（类似于常规燃料汽车的发电机）对驱动电池进行充电。与此同时，该驱动马达会产生一股抗扭力，使车辆无法再前进。这个扭矩由传动系统分配到各个驱动轮，以实现对刹车的减慢。整车处理单元（VCU）对当前的刹车条件进行分析，并对其进行了计算，以使其能够获得最优的制动力和制动力。新能源汽车的制动能量回收模型如下图所示，制动时首先驱动电机转变它自身的工作状态，经过传动系统、DC/DC转换器，到达驱动电池给驱动电池进行充电工作，转变后的驱动电机又通过传动系统将自身产生的阻力矩分配给各个车轮达到车轮的制动效果。图2.2新能源汽车制动能量回收原理图驱动电机控制技术在新能源汽车制动能量回收技术中，影响电驱动系统的因素有很多，主要包括：环境（通常指环境温度，在过冷环境下会限制电流输入目的是保护驱动电池）、电池性能（不同的驱动电池性能各不相同）、控制系统、电机性能等等；在诸多影响因素当中，电机性能毫无疑问是最主要的影响因素，而在新能源汽车当中，电机也有着十分重要的作用，是非常关键的工作部件，驱动电机就相当于传统燃油车的发动机，一般安装在传统汽车发动机的位置，但体积相对较小。选择一款高性能的驱动电机会给性能源汽车的行驶性能带来极大的改善。驱动电机可以分为两种，一种是交流电动机，一种是直流电动机，一种是交流电动机，一种是直流电动机。目前大多数汽车制造商都在使用永磁同步电动机，特斯拉的早期产品就是异步电动机，再到后来的永磁同步电动机。表2.1中，通过对四种典型的清洁能源汽车的性能和应用进行了分析，发现它们的性能和使用性能都要优于其他三种类型，而且在很多清洁能源汽车厂家中都采用了这种电机。表2.1几种典型新能源汽车采用不同电机性能及应用对比永磁同步电机结构介绍其中，定子为三相对称绕组，通常使用Y型接法：图2.3定子绕组Y型链接永磁同步电动机的特殊之处在于其转子的构造使其与其它电动机有很大的区别，因为其具有高品质的永磁体磁极，通过对其不同的安装位置，可以将永磁同步电动机大致分为三种(1)凸装式、(2)嵌入式和(3)内埋式三种类型，如下图所示：图2.4永磁同步电机的三种类型在永磁同步电动机工作时，三相交流电流通过定子绕组，经过恒定线圈，产生一定的空间磁场。该子在其作用下输出电磁扭矩，当其数值比摩擦-阻尼扭矩之和时，该转子从立即开始转动，在该力的作用下继续加速，直到与转动磁极的速度同步为止。车辆前后轮制动力分配首先，要确保车辆在刹车过程中的平稳性和安全性，这就需要我们根据车辆的实际情况，正确地分配制动力和制动力，然后再根据新能源汽车的制动力来实现。但是，在需要提高制动力的前提下，从车辆的安全性和制动器的稳定性两方面来看，应该选用电动机和机械式刹车；在制动力要求很高的情况下，也就是在紧急刹车的时候，应该把所有的制动力都分配到机械式制动器上。新能源汽车在平整路面上刹车时的受力情况如下：图2.5车辆制动时前后轮受力图本章小结该部分首先阐述了汽车制动能量利用装置的总体构造和运行原则，然后综合考虑了永磁同步电机并研究了其总体构造、工作状态及其制动后的发电功能，而后又在先保证制动能量稳定后再尽量提高电能利用的原则下，制定出了所遵循的汽车前后轮的能量分配原则，为后文汽车制动能量利用的控制策略提出了依据。基于永磁同步电机的制动能量回收引言新能源车辆在进行制动后，所搭载的永磁同步电机被转变成发电工作状态，因此刹车电能利用管理系统就能够将发动机于这一阶段所产生的动力收集到储能设备中进行能源利用，即在进行动力利用的同时，发动机转子在电阻作用下逐渐减小速度，既产生了车辆所需要的制动力矩，也完成了刹车。因此刹车电能利用管理系统主要包括了以下二个方面作用，既有产生了车辆需要的制动能，同时还有将发动机在该阶段中产生的动力传送至汽车电池系统。这里，如果控制器中提供对应数字电机制驱动的控制系统，就能通过与PMSM连通的逆变器来进行，那么将永磁同步电机在刹车流程中所产生的电能返回到动力电池组中，就需要完善一套通过直接去联系它们的能量回收控制系统。而关于这个制动能量回收系统，将是本文的重点探讨部分，其基本结构组成将在下图中显示。图3.1制动能量回收系统的结构组成制动能量回收系统设计当实现了前文的永磁同步电机控制整体模式之后，为了使其在新能源车制动这一流程中所产生的能量返回到车内电池中，便需要实现一条可以用去连接它们的能量回收电路，至此便可以形成完善的汽车制动系统能量回收体系。能量回收系统电路结构与原理目前的汽车制动能源利用控制系统的发电机驱动电路通常与汽车储能系统之间进行了直接联系，这有着显而易见的弊端和安全隐患：因为系统无法精确调节储能电池的充放电电流大小，因此极易出现储能电池的充放电电流过大进一步的可能会损害车用动力电池寿命的问题。所以，在设计制动能量回收系统时必须重视的是要做到发电机驱动电路部分和储能系统部分电路之间的电气分离，从而精确控制进入或排出动力电池的充放电电流大小，有利于进一步提高车用蓄电池可靠性。由此，我们所设想的动能回收系统电路构造如图所示。图3.2制动能量回收系统电路结构由图中可知，制动电能转换系统主要由储能系统、DAB变化器、超强容量和电机控制器等几方面所组成。其中，电机控制器方面已于上文中展开了探讨，其功能主要为通过调节永磁同步电机所形成目标的阻力转矩，以满足新能源车辆制动。DAB转换器则是将在超强容量内所积攒的刹车流程中，永磁同步电机所形成的动力传递并保存到储能系统当中，而且DAB转换器的双向传送特性也将有助于在驱动过程中将储能系统中的动力直接传递到电机控制器中，对电机进行直接驱动。因为清洁能源车辆在制动时回收过程中电动机输出强度较大的冲击电压，而超级电容器则能够有效地减轻大电流的压力，从而防止了大电流直接进入电池组中而形成对储能电池的破坏，并且由于其吸收了峰值输出电压、允许对大电流充电的特点而有助于提高电能回收率;另外，当清洁能源车辆启动时，超级电容器也能够提高永磁同步电机的瞬时功率，同时减少了高瞬时功率需求下对动力电池形成的破坏。所以综上所述，在本章给出的制动电能回收系统电路架构中所利用的DAB电路双向传输特点，使之不但能够运用于清洁能源车辆的制动过程中进行电能收集，也能够运用于清洁能源车辆驱动过程中进行电力驱动。DAB电路工作机理解析DAB电路英文全名：DualActiveBridgecircuit，即双向有源桥型集成电路，是多种双向隔离型DC/DC转换器中的一个，其最突出优点是可支持电能双向传输，该特性符合前本文中对的转换电路要求，既支持在清洁能源汽车制动过程中的电能回收工作，又支持在清洁能源汽车驱动过程中对电源进行驱动工作的需要，并且它是完全隔离式的，符合前文中提出的在发电机驱动电路部分和汽车储能系统部分电路之间进行电力隔离，以增强蓄电池稳定性的要求。除此优点以外，与其他许多双向隔离型DC/直流转换器有所不同的是，由于DAB变换器具备了多达八条开关管，使得它具有能量传递输出功率较大的优点，也符合了本文的要用于对新能源汽车进行电能传递的大功率应用背景，并且它还具备响应快、能量传递效能较高等优势。综上所述，DAB电路将成为最优选被利用来作为本文中的能量回收电路，其电路构造如图所示[20]。图3.3DAB电路结构与工作原理结构图图3.4DAB变换器等效电路图图3.5变换器小信号模型等效电路图图中所述的DAB系统一共八条开关电源管，在它们的二端形成了二个全桥，中间分别用电子传感器和长周期电力变压器完成了串联，在针对此系统而选用了双向隔离的DC/直流逆变器上使用了最普遍的移相控制方式完成了操作，在通过这种控制方式完成操作后，每群桥臂的上侧和下侧在开关电源管(如VT一与VT2，其他三组相同)间完成了交替导通，亦即若在开关电源时间为360°时VT一导通180°，而与VT二对应地完成了互补时则关180°，相反亦然。另外地，若左右二个桥臂的各四支开管的对角线开关电源管(如原边的VT一与VT4，VT2与VT3，副边原理一样)间的驱动信号值相等，则若在互为对角线开关管的VT一中和VT四中的VT一同时进行导通或则关时，VT4也完成了同样的导通或则关，这就将导致在图上桥臂中点的①间电流u②时刻和①间电流u②正负相等时，其占空比约为零点五。如果把交流变压器的副边电流u③等同到原边的电流u④与′后，此时电路工作就被简单化为把二个交换压力u③与u④依次加到图中的电感L左右，故可以根据原边控制①间电流u②相应于副边′间电流u③之间的夹角④(φ又称作移相角，而其与π相除所得也便是移相反D)去调节输出功率值与方向，这也便是移相控制的基本工作机理。制动与电能利用子系统时域分析如图显示，但在说明了DAB转换器的电路构造原理和工作机理之后，就要根据需要对电动机系统加以分析。有别于前文中也已说明剖析的当电机处在电动状态时的三相逆变器推动永磁同步电机的整体系统构成，在新能源车制动过程中进行电力刹车时，发电机也将工作于发电状态，而此时本文中所剖析的用来推动永磁同步电机的三相逆变器也将起到整流器的功能，从而可将它看作三相PWM整流器。那么运用于制动时电能利用过程中的电源控制器也可看作是由一个通过三相电压源和三相PWM整流器相连的整个控制系统，如图显示。图3.6制动能量回收下的电机控制系统等效图本章小结本章重点阐述了刹车能量回收控制系统的总体框架，并经过了对框架内容的细致介绍和分析，并将整体控制系统分为永磁同步电机控制器、DAB转换集成电路、储能装置等三个方面加以研究阐述。首先首次构建了基于SVPWM的PMSM矢量控制模型，并通过模拟研究验证了所构建模型之正确性;然后阐述了本章系统设计的刹车能量回收电路拓扑框架、DAB转换集成电路的运行机理研究和在刹车能量回收流程中的电机控制场域研究;最后通过推演了动力电池最大充电电流和SOC值之间的关系，以得到了SOC值超过零点九五是不能实现制动能量回收的结果，从而导出了基于本文制动能量回收技术的动力电池最大充电电流理论，为后面的制动能量回收技术整体模型设计工作和仿真研究工作做好了充分基础。制动能量回收系统影响因素引言本一章将先按照上文中建立的制动能量回收电路框架以及相关功能，在Matlab/Simulink中对DAB变换器进行了模拟，然后再针对DAB变换器能量双向传递功能，分别开展了相关的综合模拟实验以证明所建立模块的正确性，然后再将已完成的DAB变换器模块，和按照前文中三点二所建立好的电动系统模块进行结合模拟试验，形成了制动能量回收的整个系统模块，本章还在驱动状态和刹车能量回收的环境下开展了模拟试验，以证明所建立的刹车能量回收电路框架的有效性和适用性，对实验结果进行了分析，最后，对影响制动能力回收过程的各种因素做出了总结。为下文控制策略的设计和实施做好了铺垫。影响制动能量回收系统的因素结合本文的调研内容和结论方法，我们进一步归纳了在新能源车制动能力回收系统中作用重要的一些要素：动力电池SOC值：通过本文的调研结果和本章仿真结论可以知道，动力电池当前的SOC值对制动能量回收有着很直观的负面影响，因为截然不同的SOC数值所相对的最高可承受充满流量也有所不同，当SOC不足时其最高充满流量也就相对很低，而一旦超过了动力电池当前可以承受的最大输出电量上限，就将会对动力电池形成能量损伤，从而危害整车安全。因此当新能源车辆还在制动时，如果此时动力电池的SOC数值高于零点九五，则其可接受的最高充电电流就已经相当小，所以此时不能通过将制动力值分配给发电机制动系统实现能量回收或者对蓄电池充电，以免因充满电流过大而造成动力电池损伤;而且当动力电池SOC值过低时，通过刹车能量回收对蓄电池加以补充就会造成动力电池完全过热，也就不能实现刹车能量回收。刹车力度：按照左右轮的制动力分配曲线，在中国新能源车制动力力量利用理论及控制策略研究中的分布策略设计可以发现，在三个不同的刹车力度区域里，车左右的制动力分配会不同，从而直接影响着刹车力量利用中的电子机构功率在车前轮上的分配，所以不同的刹车力度直接影响着刹车时的电能利用率，如果刹车力度小于零点二一，则应尽可能地增加功率的分配，但当制动速度超过零点七节时，要减少发电机制动力的占比。电动机速度：根据本章的模拟数据即可知道，由于制动能量收回时永磁同步电机所发出的感应电动势幅值与电动机速度密切有关并呈正比关联，故一方面制动能量收回时电动机速度的高低密切决定着收回的电能的多寡，而另一方面由于电动机速度是与新能源车辆速度成固定正比的，因此针对行驶中的新车辆在进行制动时这一实际应用情况加以了分析，在行驶车速较低情况下制动，收回的电能就会非常低，在相反情况下在行驶车速数值太大时就会刹车，因此为了制动平稳性和整车安全的前提，必须把总制动能全部分摊给制动效果好、安全性较强的机械制动。本章小结初步总结了对制动能量回收过程的主要影响因素，如电池SOC、刹车强度和电动机速度等，为以后的进一步研究制动能量回收控制策略、对控制策略的设计和实施等提供了铺垫。总结与展望总结新能源车有助于缓解燃料短缺、减少污染，越来越为全世界所关注，也是未来车辆领域的主要发展趋势。但目前，新能源汽车续航里程数过短的现实社会问题仍严格约束着其蓬勃发展，而刹车能量回收视为缓解该现实社会问题的主要技术一方面，将更加有效提高新能源汽车对电能的利用，也因此得以更进一步地有效提高续航里程数。因此我们将对新能源汽车制动能量回收工艺技术的管理战略开展研究和模拟试验，具体工作内容主要包括：阐述了永磁同步电机的工作机理和特性以及对于新能源汽车制动能量回收系统电源要求的相适应，经过对ECE法规曲线和最理想的汽车前后轮制动力分配曲线研究，并根据在保证车辆制动稳定性下实现最高程度能源利用的原则，设计了本文的汽车前后轮制动力分配策略。选择了具有双向传输特点的DAB回路为本文能量回收线路，并利用建立蓄动力电池的双RC等效电路模型，推出了本文制动能量回收管理系统的电池最高充满流量数学方程。在Simulink环境下，进行了基于SVPWM的PMSM控制建模、将DAB变换器系统模块构建，并且单独完成模拟实验证明了系统建模的正确性。进而，将DAB变换器管理系统和永磁同步电机管理系统在激励状态下和动能收集状态下完成了整个管理系统的整体，联动模拟实验进一步证明了本文制动能收集的集成电路结构有效性和可行性。基于以上的研究结论，对制动能量回收系统的控制因子进行了研究总结，并采取模糊控制方式，确定了制动能量回收系统的主要控制因子[20]。即基于动力电池SOC设计、设置的一个模糊传感器，以动力电池SOC位置、速度、刹车间隙和刹车高度为输入变量，以制动力分配关系为输出变量，同时进行调节电子和机械的制动力。提高能源利用效果。利用Carsim开发的精准汽车动态模拟器，利用本文Matlab/Simulink所开发的制动能量回收控制器在满足当前实际路面状态的WLTC、CLTC-P状态下完成了模拟试验。仿真试验结果显示，本文中使用的模糊控制器都具备了良好的电能收集作用，而加入制动时间间隔输入控制功能的原四输入模糊控制器，在电能收集作用上和原三输入模糊控制器一样优秀的技术水平基础上，它所要求的充电时间也更短、对电瓶产生了更良好的保护作用。展望本文中对新能源车辆制动能力回收技术与控制策略的研究虽获得了初步结果，但作者鉴于本人能力及时间限制，对本课题研究仍有许多欠缺或仍须改进之处，作者因此作出了以下几点展望：因为时间和条件限制，本文对新能源汽车制动能源利用关键技术的研究仅处在模拟试验阶段，而不能在现实汽车上展开深入研究，因而距离现实汽车的使用尚有一定工作量要进行。为了简化建模复杂度