李景蒲；马金刚；郭进国
（邢台职业技术学院汽车工程系，邢台054000）
摘要：电动汽车充电一次的续航里程远小于内燃机车，严重影响到电动汽车的推广应用。而能量回馈制动是增加电动汽车续航里程的重要方法之一。本文首先简述了电动汽车能量回馈制动系统的国、内外发展现状，其次简单介绍了制动防抱死系统的工作过程，最后详细分析了能量回馈制动系统的工作原理。
关键词：电动汽车；能量回馈制动；防抱死系统
0引言
传统汽车制动时，汽车的惯性能量通过制动器摩擦转化为热能散发到大气中，无法回收。电动汽车则不同，电机具有可逆性，在特定的条件下能转变为发电机运行，因此制动时采用再生制动的方法，将制动产生的回馈电流充入储能装置，存储后用来驱动电机，最终达到增加电动汽车续航里程的目的，此即回馈制动。
回馈制动通过对制动过程中能量的回收，不但能够解决电动汽车续航里程较短的问题，而且也提高了电动汽车的经济性。因此，近年来吸引了国内外越来越多的企业和研究机构对该项技术进行深入的研究。
1能量回馈制动国内外研究现状
1.1国外研究现状
关于电动汽车的研究，国外企业起步较早，因此其技术也相对完善。现阶段市面上存在多种电动汽车能量回馈制动系统，比较成熟的包括美国Escape混合动力能量回馈制动系统、Eco Vehicle上的再生制动系统、本田EV Plus、丰田Prius。1997年丰田公司首次推出混合动力汽车Prius，该款车被业内评为最节油的汽车。Prius能量回馈制动系统通过电、液制动系统实现，理想状态下节油30%，城市工况下油耗为4.32L/100km。在节油的同时，Prius制动系统也能够为驾驶员提供更好优良的服务。EV Plus能量回馈制动系统满足驾驶员制动要求的制动力是由补偿阀和电气真空泵提供的，它除了能够提供足够所需的制动力，还能够进行一定的能量回馈，从而使制动效果良好。与上述两者不同的是Eco Vehicle是在原来液压制动系统基
础上加装制动力控制装置。该制动力控制装置包含两个电
压调节器及铸钢压力传感器。制动控制器用来接收制动信
号，经分析后控制电压调节器用以调整液压制动力和回馈
制动力在制动中的比例，保证良好的制动及能量回馈效
果。福特Escape混合动力能量回馈制动系统则是利用刹
车信号控制机械制动系统和电控系统，通过主动液压助力
技术及防滑控制，既高效的回收了制动能量，还保证了良
好的制动效果。
1.2国内研究现状
关于新能源汽车的研究我国起步较晚，但近年来，我
国花费了大量精力加大了对其的研究，进而加快了电动汽
车的研究步伐。目前已上市的有比亚迪E6、比亚迪F3DM、
奇瑞S18、众泰2008EV、奔奔EV等多款电动汽车。其中比
亚迪E6最具代表性，ET-POWER电池自主研发，清洁无
污染，能实现15分钟快速充电80%，220V民用电源慢
充；设计最高时速160km/h，续航里程300公里，百公里能
比亚迪电动汽车耗18度以内，具有良好的经济性。E6采用了较为成熟的
能量回馈制动系统，在城市工况下，续航里程可有效提高10%以上。这些年来，我国电动汽车的研发取得了不少成绩，但能量回馈制动系统方面的研究并不多见，在市场上
也没有性价比较优的产品，除几个中、高端品牌采用了能
量回馈制动系统外，大部分只是采用了ABS防抱死系统，
从而未能把电动汽车的优点发挥出来。
2ABS防抱死系统工作过程
ABS组成部分包括ABS警示灯、电子控制装置、制动压力调节装置、轮转速传感器。每个车轮均装有一个轮速
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课题项目：河北省科技厅自筹项目（项目编号：16214527）.
有一定的借鉴意义。
参考文献:
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Internal Combustion Engine &Parts
传感器，ABS 电脑根据轮速传感器采集的信息监测和判断各个车轮的运动状态，同时生成相应的控制指令。制动压力调节装置通过制动管路与制动主缸、各制动轮缸相连，其组成部分包括储液器、液压泵及调节电磁阀等。ABS 电脑控制制动压力调节装置，能够有效调节各制动轮缸的制动力。
ABS 工作过程一般包含以下四个阶段，具体如下：2.1常规制动
ABS 不发挥作用，进油电磁阀就会打开，来自制动主缸的制动液就会进入轮缸，那么随着主缸的压力变化轮缸的压力也会出现变化，也就是说主缸能随时控制制动压力的增减，如图1所示。
2.2保压制动
制动压力升高到车轮出现抱死现象时，ABS 电脑发出指令，较小电流会经过电磁线圈，电磁阀内的柱塞移到中间位置，关闭所有通道，保持轮缸内的制动压力为原有状态，如图2所示。
2.3减压制动
制动压力保持不变，而车轮有抱死趋势时，ABS 电脑发出指令，给电磁线圈通入较大电流，在电磁吸力的作用下，电磁阀内柱塞移至上端。制动主缸和轮缸的管路被切断，但接通轮缸与储液器的管路，轮缸制动液就流进储液
器，因此有抱死趋势的车轮被释放，车轮转速上升。同时使液压油泵转动，给流回储液器的制动液加压，并将其送到制动主缸，为接下来的工作做准备，如图3所示。2.4增压制动
被释放的车轮，当转速增加到一定值后，ABS 电脑发出指令，使电磁线圈断电，电磁阀内柱塞归为，即回到常规制动时的初始位置。制动主缸和轮缸的管路又再次相通，制动主缸与液压泵输出的制动液再次流进轮缸，不仅增加了制动力，又降低了轮速，如图4所示。
3电动汽车能量回馈制动系统工作原理
3.1能量回馈制动系统结构如图5所示，电动汽车能量回馈制动系统既包含了传统汽车上的液压制动系统，也包含了一套能量回馈制动监测控制回路。制动开始于制动踏板踩下的那刻，期间电脑负责依据制动踏板行程分析制动强度，并由此决定是否将能量回馈制动系统打开。轮速传感器将车轮转速信号传给电脑，分析运算出滑移率，结合回馈制动系统发出的电信号和液压传感器传来的压力信号计算出当前总制动压力，进而决定加压、减压或保压。
图中实线为回馈制动和液压制动回路，
虚线为制动信号回路。在制动过程中，电动汽车只能回馈前轮驱动轮的制动能量，与传统汽车制动系统相同，
后轮只采用液压制
图3
减压制动
图4
增压制动
图1常规制动
图2保压制动
图5电动汽车能量回馈制动系统
动系统。制动过程中，车轮通过减速器和电动机相连，直接
驱动发电机发电，把动能转化为电能，并存储到蓄电池中。
3.2能量回馈制动系统工作原理
能量回馈制动也称再生制动，在车子进行制动时，利
用主减速器、传动轴等传动部件将制动惯性能量送至电
机，电机作为电动汽车动力源，此时运转依靠发电，利用汽
车所驱动的转子的旋转，电机能够通过切割磁力线的方式
将动能转变为电能，同时利用逆变器反向二极管，回馈产
生的电流能够回馈到供电直流侧，回馈充电蓄电池，进而
实现制动能量的回馈。不仅如此，驱动电机运转过程产生
电能的同时，也能够反作用于车轮上形成制动力，增加车
子的制动力。
车子制动开始后，其电力内部会出现以下变化：制动
过程一旦开始，控制功率管就开始工作，由控制器负责用
于调解电压，避免电压过大，车轮所驱动的电机转子的转
速会逐渐增加，超过给定频率电机的同步转速，也就是说
超过了电机内部旋转磁场的转动速度。这种改变还会引发
一系列的变化，包括转子切割磁力线的方向有可能会突然
反转，导致转子上导体的感应电动势和感应电流方向发生
反转。但在此期间，随着切割方向的变化发生反转的只是
转子电流的转矩分量，无法改变转子内电流励磁分量，如
此一来，定子转矩分量势必会发生相应的变化，导致定子
电流合成量和电机转矩方向反转，此时通过电机制动能量
开始进行回馈。
分析图6，观察坐标发现，此过程为电机机械特性曲
线上的工作点从第一象限到第二象限。正常工作状态下，
电机机械特性曲线用f1表示，此时电机在第一象限工作，在转速n1时电机达到稳定，汽车负载为T L。这时需减速制动车子，具体做法是控制器通过控制变频器调压，达到降
低输出频率和电压的目的，将电机机械特性曲线从f1变为f2。但需要注意的是尽管随着频率和电压的变化，电机机械特性曲线会发生相应的改变，但是其改变不是一蹴而就
的，其运行状态点从A点变为B点。
而此时电磁转矩T由正值变为负值，电机同步转速低
于当前电机转速，因此电机处于能量回馈制动状态，电机
转速则由B点沿着f2下降到n2，即C点，这时电磁驱动转矩依然小于负载转矩，转速继续下降到D点，此时如果继续制动，电机继续在第二象限工作，车子持续处于回馈制动状态，直到汽车停止；如果停止制动，汽车会稳定运行在D点，汽车不会一直处于能量回馈制动状态，将逐渐变为
正常工作状态。
3.3电动汽车能量回馈制动系统的影响因素
电动汽车在制动过程中受以下几个方面的影响，具体如下：
①电机。影响车子能量回馈制动系统的主要因素就是电机，回馈到电池内的制动能量会随着电机发电功率的增大而增加，两者呈正比，此外，回馈制动系统的效率也受到电机发电效率的影响。
②储能装置。储能装置为电动汽车提供能量来源，同时也是回馈能量制动系统的储存装置。目前，车子上使用较多、较成熟的储能装置则是蓄电池。电机在回馈过程中要充分考虑蓄电池最大传输电流，蓄电池SOC值等问题，避免回馈制动时发现意外情况，影响电池的使用，甚至出现故障。
③控制策略。控制策略的设计直接决定了机械制动与回馈制动的分配方式及分配比例，不同制动强度下的控制方式，前、后轮的制动力分配等，而这些无疑对能量回馈制动系统影响巨大。
④使用环境。车子行驶过程中的整体工况、环境温度、路面情况及当前的工作状态等诸多因素，将直接影响到能量回馈制动系统的工作效率。因此按照实际所需，合理的设计能量回馈制动系统，使之工作协调统一，以求各方面性能达到最优。
4小结
近几年，国家大力推广使用电动汽车，使得电动汽车的研究得到了长足发展。合理利用能量回馈制动系统，不但能向车子提供制动，而且能够回收制动能量节约能源，进一步增强了其竞争实力。因此研究电动汽车能量回馈制动系统，并开发出一种高效可行的电动汽车回馈制动系统是一项重要且有意义的工作，其经济价值显著。
参考文献:
[1]朱占胜.汽车ABS性能仿真检测系统的研发[D].广州：广东工业大学硕士学位论文，2006.
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图6电机发电状态下的机械特性曲线
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