為了降低石油等化石燃料的消耗以及解決環(huán)境污染問題，我國正在努力擴(kuò)大電動(dòng)汽車市場規(guī)模。電動(dòng)汽車運(yùn)行過程中使用更清潔的電能提供動(dòng)力，不產(chǎn)生汽車尾氣且行駛過程噪音低，已經(jīng)逐漸成為了我國能源發(fā)展的重心之一。

制動(dòng)能量回收技術(shù)是提高電動(dòng)汽車行駛里程的重要手段，在電動(dòng)汽車制動(dòng)過程中電機(jī)的可逆作用會(huì)產(chǎn)生電能，將這部分電能進(jìn)行回收再利用，可有效增加電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。研究表明，通過回收再利用電動(dòng)汽車制動(dòng)能量，可以使車輛的行駛里程增加10%-30%，具有較高高的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)意義。

制動(dòng)能量回收系統(tǒng)示意圖

1、制動(dòng)能量回收系統(tǒng)工作原理

新能源汽車的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)，也被稱為再生制動(dòng)系統(tǒng)（Regenerative Braking System），可以將制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存進(jìn)行二次利用，增加汽車的續(xù)駛里程。

純電動(dòng)汽車的運(yùn)行與制動(dòng)是能量流向相反的兩個(gè)過程，電動(dòng)汽車能夠回收制動(dòng)能量的原理也在于此，即利用電動(dòng)機(jī)也能作為發(fā)電機(jī)工作的特征，車輛通過電動(dòng)機(jī)提供的反向制動(dòng)力矩減速停車。

電動(dòng)汽車正常行駛：儲(chǔ)能系統(tǒng)向電機(jī)供電，電機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

電動(dòng)汽車制動(dòng)過程：可由電機(jī)提供一部分甚至全部的制動(dòng)力，在保證汽車制動(dòng)安全性的同時(shí)，回收一部分的動(dòng)能儲(chǔ)存在蓄電池中，以供再次利用，該過程也稱為“制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)”。

制動(dòng)能量回收過程及原理：在車輛制動(dòng)過程中，車輛的動(dòng)能通過驅(qū)動(dòng)裝置傳遞到電機(jī)，帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在驅(qū)動(dòng)裝置向電機(jī)提供力時(shí)，電機(jī)由于力的相互作用，向驅(qū)動(dòng)裝置提供反向力矩，從而車輛逐漸減速并停車。由于外部力驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生電能。將電機(jī)發(fā)出的電能存儲(chǔ)到儲(chǔ)能裝置中，從而實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車制動(dòng)過程中動(dòng)能向電能的轉(zhuǎn)化。

2、制動(dòng)能量回收系統(tǒng)構(gòu)成

制動(dòng)能量回收系統(tǒng)這對于改善汽車的能量利用效率、延長電動(dòng)汽車的行駛里程具有重大意義，尤其是在較頻繁制動(dòng)與起動(dòng)的城市工況運(yùn)行條件可有效降低能量消耗量。

制動(dòng)能量回收系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)如下：

提高電動(dòng)汽車的能量利用率，增加了電驅(qū)動(dòng)車輛一次充電的續(xù)駛里程；

通過電機(jī)分擔(dān)總制動(dòng)力，減少了傳統(tǒng)制動(dòng)器的磨損，延長制動(dòng)器使用壽命；

電機(jī)參與電動(dòng)汽車動(dòng)力學(xué)控制，控制方式靈活，提高安全性。

從整車層面分析，制動(dòng)能量回收系統(tǒng)主要包括：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器MCU、動(dòng)力電池、電池管理系統(tǒng)、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、制動(dòng)控制器BCU、整車控制器VCU、變速器、差速器、車輪。

制動(dòng)能量回收系統(tǒng)構(gòu)成

3、制動(dòng)能量回收系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換方式及應(yīng)用分析

制動(dòng)能量回收主要是將機(jī)械能通過飛輪、蓄能器、彈簧、超級(jí)電容器、蓄電池、液壓泵等儲(chǔ)能元件轉(zhuǎn)化為其它形式的能存儲(chǔ)起來，在汽車再次起步或加速時(shí)使用把能量釋放出來進(jìn)行二次利用。

五種儲(chǔ)能元件優(yōu)缺點(diǎn)對比

新能源汽車的不同能量回收結(jié)構(gòu)、能量轉(zhuǎn)換方式、車型設(shè)計(jì)和工作要求，使其結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)用方法也各不相同，能量回收效果也有很大差別。制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換方式主要有以下4種：

飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換：飛輪制動(dòng)時(shí)將能量儲(chǔ)存到飛輪中，在輔助加速時(shí)釋放出來。

液壓儲(chǔ)能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換：液壓儲(chǔ)能系統(tǒng)在下坡或者減速過程中將能量轉(zhuǎn)換為液壓能存儲(chǔ)，在汽車輔助加速時(shí)，將液壓能通過液壓泵釋放出來。

蓄電池儲(chǔ)能方式能量轉(zhuǎn)換：將汽車制動(dòng)中的動(dòng)能轉(zhuǎn)為了電能儲(chǔ)存起來，在汽車起動(dòng)或者需要輔助加速時(shí)，再將儲(chǔ)存的能量釋放出來，是目前汽車公司普通采用的能量回收儲(chǔ)能方式。

彈簧儲(chǔ)能方式能量轉(zhuǎn)換：汽車上坡或制動(dòng)過程中使得彈簧形變，將能量轉(zhuǎn)化為彈性勢能，在汽車輔助加速時(shí)通過彈簧恢復(fù)形變釋放出來。

4、制動(dòng)能量回收控制策略

制動(dòng)能量回收控制策略是制動(dòng)能量回收技術(shù)的核心，策略在滿足制動(dòng)安全法規(guī)的要求下，解決前后輪上制動(dòng)力的分配問題及電機(jī)制動(dòng)力與機(jī)械制動(dòng)力在驅(qū)動(dòng)軸上的分配問題。一方面實(shí)現(xiàn)制動(dòng)穩(wěn)定性，另一方面改善再生制動(dòng)控制效果，提高能量回收率。不同的控制策略對于制動(dòng)能量的回收有著不同的效果，制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的研究都是基于控制策略的優(yōu)化與拓展。

主流基本控制策略有4種：最優(yōu)制動(dòng)能量回收控制策略、理想制動(dòng)力分配控制策略、制動(dòng)力固定值分配控制策略以及并聯(lián)制動(dòng)能量回收控制策略。

（1）最優(yōu)制動(dòng)能量回收控制策略

在制動(dòng)力矩足夠且滿足汽車的制動(dòng)安全以及制動(dòng)性能的前提下，以最高能量回收率回收能量，當(dāng)制動(dòng)需求較小即制動(dòng)強(qiáng)度小于路面的附著系數(shù)時(shí)，制動(dòng)全部由再生制動(dòng)完成且保證制動(dòng)安全性；當(dāng)制動(dòng)需求較高且制動(dòng)力需求超過電機(jī)的再生制動(dòng)力時(shí)，再生制動(dòng)完全工作以提供最大再生制動(dòng)力，剩余部分由液壓制動(dòng)完成以保證最大的能量回收率。由于制動(dòng)安全法規(guī) ECE的要求限制，只能將上限按照ECE安全法規(guī)來分配制動(dòng)力。

最優(yōu)制動(dòng)能量回收控制策略圖來源《新能源汽車再生制動(dòng)控制策略研究綜述》

（2）理想制動(dòng)力分配控制策略

該策略基于理想制動(dòng)力分配曲線，優(yōu)先考慮制動(dòng)安全性的制動(dòng)力分配控制策略；以安全為主，在合理分配制動(dòng)力的條件下盡可能提高回收能量。在低制動(dòng)力需求時(shí)，由電機(jī)的再生制動(dòng)單獨(dú)提供制動(dòng)力，制動(dòng)需求逐漸提高后，再生制動(dòng)無法滿足制動(dòng)需求，再生制動(dòng)和液壓制動(dòng)共同工作。

理想制動(dòng)力分配控制策略圖來源《新能源汽車再生制動(dòng)控制策略研究綜述》

理想制動(dòng)力分配控制策略符合理想制動(dòng)分配曲線（I曲線），其優(yōu)點(diǎn)是充分利用了路面的附著條件來提高能量回收效率且保證最短的制動(dòng)距離，有較好的制動(dòng)方向穩(wěn)定性且保證了制動(dòng)安全；缺點(diǎn)是該控制策略對于前后車軸的法向載荷和制動(dòng)時(shí)所需要的制動(dòng)力矩的動(dòng)態(tài)監(jiān)測有著較高的精確度，控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度高。

（3）制動(dòng)力固定值分配控制策略

該策略使汽車的前后輪制動(dòng)力的分配（β曲線）和液壓制動(dòng)力分配保持一致，其優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)有明顯的駕駛制動(dòng)感變化且控制方法簡單；缺點(diǎn)是制動(dòng)的穩(wěn)定性較差。

制動(dòng)力固定比值分配控制策略圖來源《新能源汽車再生制動(dòng)控制策略研究綜述》

（4）并聯(lián)再生制動(dòng)力分配控制策略

該策略是在原有液壓制動(dòng)的基礎(chǔ)上加上再生制動(dòng)，兩者并聯(lián)工作。以液壓制動(dòng)為主，再生制動(dòng)輔助，當(dāng)制動(dòng)需求較小時(shí)，由前軸再生制動(dòng)系統(tǒng)提供制動(dòng)；當(dāng)制動(dòng)需求較大時(shí)，前軸液壓制動(dòng)提供固定制動(dòng)力，再生制動(dòng)力輔助滿足總制動(dòng)力要求；當(dāng)需要緊急制動(dòng)時(shí)，僅由液壓制動(dòng)提供制動(dòng)力。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單且安全性高，缺點(diǎn)是再生制動(dòng)的效果不佳且無法回收足夠的能量。

并聯(lián)再生制動(dòng)力分配控制策略圖來源《新能源汽車再生制動(dòng)控制策略研究綜述》

（5）基于模糊控制的再生制動(dòng)力控制策略

模糊邏輯控制是一種以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)并將其轉(zhuǎn)化為定性模糊的控制規(guī)則，其定義為“以模糊集合為理論、用模糊語言變量及模糊推理為基礎(chǔ)的一類控制方法”。由于優(yōu)秀的適應(yīng)性、容錯(cuò)性以及魯棒性，使得其較為適合作為新能源汽車的制動(dòng)控制策略建模。

基于模糊控制的再生制動(dòng)力控制策略來源《新能源汽車再生制動(dòng)控制策略研究綜述》

（6）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的再生制動(dòng)控制策略

該策略對于采用多層感知器人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（MLP-ANN）的電動(dòng)車，根據(jù)前橋制動(dòng)力分配曲線，采用4層前饋人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算后橋再生制動(dòng)力和機(jī)械制動(dòng)力分配，可以提供具有各種行駛中回收能量時(shí)充電狀態(tài)下再生和機(jī)械制動(dòng)力的知識(shí)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)表。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)再生制動(dòng)力控制策略來源《新能源汽車再生制動(dòng)控制策略研究綜述》

隨著新材料和新技術(shù)的不斷發(fā)展，必然推動(dòng)著電動(dòng)汽車的發(fā)展。電動(dòng)汽車將來必然向智能化，網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，汽車的穩(wěn)定性，舒適性將更被重視，因而電動(dòng)汽車能量回收必然向著智能化、提高舒適性、穩(wěn)定性的方向發(fā)展。

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