电动汽车再生制动能量回收电液复合制动系统研究

摘要

我国的汽车保有量持续高速增长，由此带来能源问题、环境问题日益凸显。而电动汽车具有节能高效，综合排放远低于传统汽车的优势，但受限于电动车续驶里程短的问题，未能大规模推广。再生制动能量回收技术作为提高电动车能量利用率，增加车辆续驶里程有效手段，是目前电动车研究的重点技术之一。
　　电动车实现再生制动是利用驱动电机将动能转换为电能，同时由电机提供制动力矩。再生制动效果受车辆制动系统性能、车辆制动工况与车辆制动效能要求等因素的影响，其中电机与液压制动组成的复合制动系统性能是影响再生制动总体表现的关键。因此，本文以对电液复合制动系统的研究作为再生制动能量回收研究的切入点。
　　以某微型纯电动车为对象，以保证驾驶员制动踏板感觉和较高的制动能量回收率为目标，进行电液复合制动系统的理论分析与方案设计，并利用AMEsim-Simulink对提出的系统方案搭建联合仿真模型，分析电液复合制动系统的性能。本文主要内容分以下几个方面开展:
　　首先，根据电动车基本参数，提出了以超级电容为储能元件再生制动系统，确定了再生制动电液复合制动系统的结构方案。
　　对实现电液复合制动的关键部件进行分析与设计:对制动操纵机构的设计，提出了带有踏板行程模拟器的制动操纵机构，并以实现反馈良好踏板感觉为目标，分析得到了踏板行程模拟器的结构参数;对液压制动执行机构进行响应特性分析，液压控制元件为高速开关阀，基于某款ABS高速开关阀分析轮缸压力的响应特性，确定高速开关阀PWM调制频率与占空比控制方法。
　　以踏板位移为输入信号，根据良好踏板感觉下踏板位移与制动强度的关系，识别驾驶员制动意图，并设定了电液复合制动系统失效的判断条件;综合考虑ECE制动法规边界条件，结合电机最大再生制动力矩限制因素，制定电液复合制动力分配策略，以保证电机制动优先的原则。
　　基于所设计电液复合制动系统与控制策略建立AMEsim-Simulink联合仿真模型，针对不同制动工况，对复合制动系统进行了制动踏板感觉与制动能量回收效果的离线仿真分析。
　　研究结果表明，电液复合制动系统能够反馈给驾驶员良好的踏板感觉，复合制动控制单元可以根据输入的踏板位移信号，执行制动力分配策略，电制动与液压制动响应迅速。当电液复合制动发生失效时，可立即切换至失效保护状态，保持驾驶员对车辆制动的控制。再生制动在小强度制动下，可得到较高制动能量回收率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 电动汽车电液复合制动系统概述

1．2 电液复合制动系统研究现状

1．3 课题意义与主要研究内容

第二章 再生制动系统的电液复合制动的结构

2．1 电动汽车的结构与基本参数

2．2 再生制动系统的结构方案

2．2．1 电动汽车再生制动原理

2．2．2 再生制动能量储存装置

2．3 超级电容能量回收系统结构

2．3．1 能量回收系统结构

2．3．2 DC／DC变换器结构

2．4 电动汽车电液复合制动系统结构方案

2．4．1 电液复合制动系统的功能要求

2．4．2 电液复合制动系统结构的设计方案

2．5 电液复合制动的上层控制方案

2．6 本章小结

第三章 电液复合制动关键部件设计与分析研究

3．1 制动操纵机构设计

3．1．1 制动操纵机构概述

3．1．2 制动踏板角度传感器

3．1．3 主切换阀、平衡阀与行程模拟器电磁阀

3．1．4 理想踏板感觉的行程模拟器设计

3．2 液压制动执行机构关键部件性能分析

3．2．1 高速开关阀结构与PWM控制

3．2．2 高速开关阀芯位移响应分析

3．2．3 PWM控制调制频率的选取

3．3 本章小结

第四章 电液复合制动力分配研究

4．1 制动意图识别

4．1．1 制动强度识别

4．1．2 电液复合制动失效判断

4．2 电机制动力矩的控制策略

4．2．1 电机制动力的限制条件

4．2．2 电机制动力的控制策略

4．3 电动车电液复合制动力分配策略

4．3．1 符合ECE法规的制动力分配系数

4．3．2 电液复合制动力分配策略

4．3．3 制动力分配控制模块

4．4 本章小结

第五章 电液复合制动的建模与联合仿真

5．1 电液复合制动联合仿真结构方案

5．2 AMEsim-simulink联合仿真模型的建立

5．2．1 基于AMEsim的液压相关模型

5．2．2 基于Simulink的模型

5．2．3 联合仿真模型

5．3 电液复合制动分析指标和仿真工况

5．4 电液复合制动联合仿真分析

5．4．1 踏板感觉仿真分析

5．4．2 制动失效保护响应

5．4．2 制动能量回收效果分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文