制動能量回收的案例
制動能量回收是怎么回事兒
制動能量回收系統包括與車型相適配的發電機、蓄電池以及可以監視電池電量的智能電池管理系統。制動能量回收系統回收車輛在制動或慣性滑行中釋放出的多余能量，并通過發電機將其轉化為電能，再儲存在蓄電池中，用于之后的加速行駛。這個蓄電池還可為車內耗電設備供電，降低對發動機的依賴、燃耗及二氧化碳排放。常見于混動車型、新能源車型中。
工作原理
制動能量回收是現代電動汽車與混合動力車重要技術之一，也是它們的重要特點。在一般內燃機汽車上，當車輛減速、制動時，車輛的運動能量通過制動系統而轉變為熱能，并向大氣中釋放。而在電動汽車與混合動力車上，這種被浪費掉的運動能量可通過制動能量回收技術轉變為電能并儲存于蓄電池中，并進一步轉化為驅動能量。例如，當車輛起步或加速時，需要增大驅動力時，電機驅動力成為發動機的輔助動力，使電能獲得有效應用。
一般認為，在車輛非緊急制動的普通制動場合，約1/5的能量可以通過制動回收。制動能量回收按照混合動力的工作方式不同而有所不同。
展開 純電動汽車整車控制器原理及功能解析
（1）對汽車行駛控制的功能
電動汽車的驅動電機必須按照駕駛員意圖輸出驅動或制動轉矩。當駕駛員踩下加速踏板或制動踏板時，驅動電機要輸出一定的驅動功率或再生制動功率。踏板開度越大，驅動電機的輸出功率越大。因此，整車控制器要合理解釋駕駛員操作；接收整車各子系統的反饋信息，為駕駛員提供決策反饋；對整車各子系統的發送控制指令，以實現車輛的正常行駛。
（2）整車的網絡化管理
整車控制器是電動汽車眾多控制器中的一個，是CAN總線中的一個節點。在整車網絡管理中，整車控制器是信息控制的中心，負責信息的組織與傳輸、網絡狀態的監控、網絡節點的管理以及網絡故障的診斷與處理。
（3）對制動能量的回收
純電動汽車區別于內燃機汽車的重要特征就是能夠進行制動能量回收，這是通過將純電動汽車的電機工作在再生制動狀態來實現，整車控制器分析駕駛員制動意圖、動力電池組狀態和驅動電機狀態等消息，并結合制動能量回收控制策略，在滿足制動能量回收的條件下對電機控制器發送電機模式指令和轉矩指令，使得驅動電機工作在發電模式，在不影響制動性能的前提下將電制動回收的能量儲存在動力電池組中，從而實現制動能量回收。
（4）整車能量管理和優化
在純電動汽車中，動力電池除了給驅動電機供電以外，還要給電動附件供電，因此，為了獲得最大的續駛里程，整車控制器將負責整車的能量管理，以提高能量的利用率。在電池的SOC值比較低的時候，整車控制器將對某些電動附件發出指令，限制電動附件的輸出功率，來增加續駛里程。
展開 線控制動eBooster介紹
傳統的制動能量回收功能控制簡單，當駕駛員松開踏板后，驅動電機便通過較小的制動扭矩產生0.1~0.2g的減速度，而當駕駛員踩下制動踏板后，電機制動力繼續保持并適度增大，于此同時液壓制動力也隨著制動踏板的深度增大而增大，兩種制動力疊加作用從而實現車輛制動。這種簡單的制動力疊加雖然實現了能量回收，但是也帶來了新的問題：相比燃油車，駕駛員會感覺到制動踏板的腳感變化，因此開新能源車需要重新適應。
傳統的制動能量回收控制示意圖
eBooster和ESC的制動組合可以完美地解決燃油車和新能源車上腳感不一致的問題，這需要對ESC的硬件進行適當的設計優化——增加ESC蓄能器的容量。在大容量蓄能器的加持下，當駕駛員踩下制動踏板時，eBooster控制主缸液壓進入輪缸產生制動力，于此同時驅動電機制動力隨著制動踏板深度增加緩慢上升，該過程中來自主缸的制動液不會直接流入輪缸，而是將一部分暫時存儲在蓄能器中，在蓄能器中的制動液不會產生制動力。整個過程中蓄能器液量和驅動電機制動力可以協調控制，此消彼長，而這個過程中eBooster通過對助力大小控制（如下圖所示）始終保證相同的踏板深度下踏板的反作用力恒定，讓駕駛員感受不出此時是電機制動還是制動液制動，從而實現踏板感的一致性，給駕駛員帶來最舒適的體驗。
eBooster實現制動能量回收時保持踏板感一致的原理
展開 電動汽車講解-再生制動＆能量回收
電動汽車講解-再生制動＆能量回收
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電動汽車講解-再生制動＆能量回收
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新能源汽車講解丨制動能量回收系統
新能源汽車講解丨制動能量回收系統
新能源汽車講解丨再生制動＆能量回收
新能源汽車講解丨再生制動＆能量回收
關于新能源汽車的「動能回收」和「剎車系統」的關系
我認為這是最好的關于能量回收的利用方式：僅靠滑行，正好把車停到你想要停的位置上就是最省電的方式！但顯然并不能實現。
從駕駛實際工況出發，純通過能量回收來減速，撇開人員駕駛感受不談（理論上電動車可以用多大電流和扭矩輸出，那就可以用多大的電流和扭矩回收，用百公里加速的勁兒來做能量回收減速，各位腦補一下），光是上面提到的「顛簸懸空無回收」的問題，就決定了完全舍棄「底盤的機械剎車盤的制動」是不可能的。
所以，我們這里就要引入了第二個部分 — 制動能量回收。
制動能量回收
簡單說就是，需要踩下制動踏板，才會產生的能量回收。這部分，其實也區分兩種情況：第一種是主機廠自己做的；第二種是底盤（博世）和主機廠一起做的。
第一種，主機廠自己做的，相對來說，簡單粗暴。就是把踩下制動踏板信號后的車輛的能量回收加大！加到多大？看具體的標定情況。例如一種簡單的方式是，檢測到制動踏板信號（開關量，不是行程）后，在原有的滑行能量回扭矩上，繼續疊加一個回收扭矩，具體加多少，也是根據車速來進行標定。
這樣的做法，也是可以達到加大能量回收來減速，一定程度上可以減少機械剎車片的摩擦。就是簡單、粗暴、效果明顯，確實可以在一定程度上提高回收的能量。
制動能量回收示意曲線圖
在上一幅圖的基礎上，單純的疊加了一部分扭矩的簡單操作。
但是卻沒有辦法很好的解決和底盤剎車力配合的問題，還是上面那個問題，「顛簸懸空無回收」輪子飛起的時候，由于是有扭矩的容易出現瞬間的空轉打滑現象。
展開 基于整車的智能發電機閥值研究
圖3 蓄電池開路電壓與電量關系
2.3 減速模式
當車輛減速時，在普通發電機車型，發電機的發電電壓不變，蓄電池的充電量不變，車輛的動能通過制動盤的摩擦轉化為熱能散失。在智能發電機車型，當車輛減速時，可通過提高發電機的目標電壓U1’,使蓄電池接收更大充電電流，實現制動能量回收。
由式（2）（3）（4）知：
U1’-I1R1=U2’+I2R， （8）
當發電機目標電壓提高U1’時，由于蓄電池的開路電壓U2’不會立即增加，蓄電池的充電電流增大，制動能量回收的效果與發電機目標電壓U1’成正比。
發電機目標電壓不是越大越好，目標電壓的值主要受限于兩方面因素。一是整車上的電氣部件工作狀態，根據ISO16750-2標準，12V系統電氣部件的工作電壓范圍一般在9V-16V，因此制動能量回收的電壓值不能高于16V，同時考慮到發電機的目標電壓在實際控制中存在一定范圍的波動，智能發電機的目標電壓設定要有一定的安全余量，一般設定在15.6V以下。二是蓄電池的充電接收能力，當發電機目標電壓高于一定值時，即使提高充電電壓也不能提升蓄電池的充電電流。圖5為某車型在其他條件相同的情況下，發電機電壓與蓄電池充電電流的關系，當發電機電壓從15V提高到15.6V后，蓄電池的充電電流沒有明顯提升。一般可將減速模式下充電電壓設定為15V。
圖4 某車型充電電壓和蓄電池電流關系
2.4 加速模式
當車輛加速時，智能發電機可通過降低發電電壓，減小發電機對發動機的扭矩消耗，提升車輛的動力性。理論上，發電機的電壓降低到不發電，整車的電量全部由蓄電池供電可獲得最大的加速性能，但實際應用中，不僅要考慮動力性，同時要考慮蓄電池的放電能力和壽命。
展開 自動駕駛的控制過程還需要解決哪些規控問題
線控制動應用原理
線控制動是線控底盤技術中難度最關鍵也是難度最高的技術，其關系著底盤安全性和穩定性控制要素。制動性能涉及響應速度、平順性等。
線控制動系統通過將電子信號通過ECU決策后再向4個車輪制動模塊發出制動指令，每個車輪制動模塊上單獨驅動其電機驅動制動摩擦部分實現合理的動力分配和、制動穩定性控控制和有效制動。整個電信號傳輸于踏板信號與執行器之間，再配合ABS、TCS、ESC等模塊實現車輛底盤集成控制。
圖6 線控制動應用原理
當前，線控制動系統的研究主要集中在 3 個方面：踏板模擬、主動制動和制動能量回收。
1）踏板感模擬
線控制動系統是通過模擬器或算法模擬的方式提供給駕駛員相應的踏板力的，這就不再需要踏板和主缸之間的機械連接。線控制動系統的好壞主要取決于踏板力的模擬精確程度。一般的情況是通過提前對大量的時延數據進行分析，可以得出踏板力與踏板行程及車輛狀態之間的關系，并模擬過程是通過彈簧或動作器踏板力進行的。
2）主動制動
主動制動系統主要涉及高級智能駕駛輔助系統ADAS以及自動緊急制動系統AEB的制動功能需求。其要求均是線控制動系統需要準確、快速地響應這個請求。主動制動的響應過程基本都要通過一定的動力學控制算法（包含PID算法、最優控制、魯棒控制、滑膜控制、模糊控制、神經網絡控制、模型預測控制等）進行優化。這些類別中可被大致歸類為基于經驗的設計方法和基于動力學的計算方法。
3）制動能量回收
制動能量回收是指在減速或制動過程中，驅動電機工作于發電狀態，將車輛的部分動能轉化為電能儲存于電池中。同時，施加電機回饋轉矩于驅動軸，對車輛進行制動。
展開 
電動汽車能量流仿真分析
2結果分析
2.1夏季能量流分析
能量流分析本質上是對各個熱力系統進行能量平衡分析。這里的關鍵是熱力系統的選擇。本文分別針對一個NEDC循環和十個NEDC循環進行能量流分析。由于兩者基本相同，故只列舉一例，如0所示。該分析的環境溫度為30℃，空調溫度目標設置為21℃。圖中的實線框表示一個熱力系統，虛線框表示進出該熱力系統的能量。實線框中的數值表示該熱力系統儲存能量的變化，正值表示該熱力系統的能量有所增加。
從圖中可以看出，夏季（打開空調）時，動力總成的效率為50.5%。從0中可以看出。壓縮機是電池能量效率的主要限制因素，消耗了23%的電能，故應避免將空調溫度調得過低?？照{壓縮機之外的其他附件耗功都很小。電池本身的損耗（產熱）只占1%。
模型采用了最大能量回收策略，即只有當電機不能滿足制動需求時，才通過剎車片提供制動力。從0中可以看出，在這種策略下剎車片浪費的制動能量只占整個制動需求的9.6%，制動能量回收節約了13%的能量。另外，夏季時，兩個冷卻液回路中最大的熱源均來自駕駛艙的制冷需求。
2.2冬季能量流分析
0為冬季將空調溫度設置為25℃時的能量流分析。冬季時，制冷劑回路工作在熱泵模式。此時動力總成的效率僅為22.4%，制動能量回收節約了6%的能量，電池加熱器和暖風消耗了大量的電能。
從0可以看出，電池加熱器和駕駛艙暖風成為電池能量效率的主要限制因素，分別消耗了33%和23%的電能，其中電池加熱器的能耗甚至與驅動電機的能耗相當。另外，電池本身的損耗也有所增加，這是由于低溫時電池內阻的增加。
展開 自動駕駛的控制過程還需要解決哪些規控問題
3）制動能量回收
制動能量回收是指在減速或制動過程中，驅動電機工作于發電狀態，將車輛的部分動能轉化為電能儲存于電池中。同時，施加電機回饋轉矩于驅動軸，對車輛進行制動。在線控制動系統中涉及協調分配電制動力矩和制動力矩，在整個制動能量回收的控制策略研究中基本圍繞這一點展開。
總結
本文從控制執行的角度講解了關于智能汽車在應用過程中規控的基礎理論，其中包含人機共駕技術，線控底盤技術等。這些技術在當前這代智能駕駛輔助產品中應用得還并不成熟。但是，鑒于當前這代產品存在的一系列問題而言，我們下一代自動駕駛系統必須要解決掉這些問題。因此，需要從根源上來分析和屏蔽掉這些問題。本文正是從此動機出發進行了相應的分析和解讀，對于下一代自動駕駛系統的設計提供了有力的參考。
展開 【多圖】P0-P4構型概述—48 V系統技術發展
圖2 48V系統構型分類
3.1 P0構型
P0構型48V系統是目前應用最廣及成本最低的48V混動方案，它是在傳統發動機的輸入軸并聯一個BSG電機，該電機可以充當智能發電機、起動機，能夠實現發動機起停、制動能量回收和發動機工作點調節等混動功能。一般而言，受限于帶傳動的可靠性，BSG電機的功率等級一般在10～15 kW之間。
P0構型48V系統的主要優勢在于成本低廉，結構改動量小，容易實現模塊化。而且，由于電機與發動機為平行軸結構，對軸向尺寸影響較小，尤其對于橫置前驅車而言，搭載性非常好。同時，由于該系統結構及功能相對簡單，控制開發的難度也相對較小。
P0構型的主要劣勢在于，發動機與電機機械固連，二者不能脫開，因此沒有純電行駛功能。而且，由于電機在發動機輸入端，在制動或滑行能量回收的過程中，回饋能量需要經過發動機的反拖才能輸入到電機端，因而制動回收效率較低。另外，由于BSG電機的功率等級較低，它調節發動機工作點的能力十分有限，對節油的貢獻度也就較小?？紤]到以上三個方面的原因，P0構型的48V系統節油率一般只有10～12%左右。
展開 燃料電池汽車整車控制策略設計
松油門時（18081-18098S），如圖5，由于燃料電池功率的特性，不能及時收回所有功率，所以一部分功率同制動能量回收功率一同給電池充電，動力電池功率為負。
5結語
通過標定試驗數據，可以看到燃料電池基本保持在功率在合理的范圍內，啟動次數少，工作區間優，燃料電池適時的給動力電池補電，使動力電池SOC穩定在一個合理的范圍內。通過實車驗證了所設計的能量管理策略符合預期設計。
