混动车丰田雷凌制动能量回收使用与维护

汽车行驶时,能在短距离内停车且维持方向稳定性;在下长坡时,能维持一定车速的能力称为汽车的制动性,是汽车的主要性能之一。汽车的制动性直接关系到交通安全,重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等有关,所以汽车的制动性是汽车安全行驶的重要保障。

传统汽车的制动系统采用摩擦制动,车轮制动器利用摩擦制动车轮,轮胎与路面间的摩擦力使汽车停车。因此,制动的实质就是将汽车的动能强制地转化为其他形式的能量(通常是热能),扩散到大气环境中。根据车辆制动器的形式不同,可将其分为鼓式制动器和盘式制动器。其中,盘式制动器现已在小型载客汽车上广泛使用。

混合动力电动汽车在传统汽车摩擦制动的基础上加入了制动能量回收系统,制动能量回收是现代纯电动汽车与混合动力电动汽车重要技术之一,也是它们的重要特点。在一般内燃机汽车上,当车辆减速、制动时,车辆的动能通过制动系统而转变为热能,并向大气中释放,故在传统汽车制动时的动能被浪费了,燃料燃烧驱动汽车的能量并没有充分利用。而在纯电动汽车与混合动力电动汽车上,这种被浪费掉的运动能量已可通过制动能量回收技术转变为电能并储存于蓄电池中,可进一步转化为驱动能量。例如,当车辆起步或加速时,需要增大驱动力,此时电动机驱动力成为内燃机的辅助动力,使电能获得有效应用。

再生制动系统的结构如图3-43所示,由驱动轮、主减速器、变速器、电动机、AC/DC转换器、DC/DC转换器、储能装置以及控制器组成。汽车在制动或滑行过程中,根据驾驶员的制动意图,由制动控制器计算得到汽车需要的总制动力,再根据一定的制动力分配控制策略得到电动机应该提供的电动机再生制动力。电动机控制器计算需要的电动机电枢中的制动电流,通过一定的控制方法使电动机跟踪需要的制动电流,从而较准确地提供再生制动力矩,在电动机的电枢中产生的电流经AC/DC转换器整流,再经DC/DC转换器反充到储能装置中保存起来。

图3-43　再生制动系统的结构

1.制动力分配控制策略

混合动力电动汽车制动力由前、后轮制动器提供的制动力和电动机提供的再生制动力三部分组成。其中,再生制动力只作用在驱动轮上。混合动力电动汽车采用三种制动力分配控制策略,即前后轮制动力理想分配时、比例分配时的控制策略及最优能量回收控制策略。

(1)前、后轮制动力理想分配时的控制策略

汽车制动时,如果前、后轮制动力理想分配,则前、后轮同时抱死,这对附着条件的利用、制动时汽车的方向稳定性均有利。图3-44是电液制动系统工作原理图,它说明了实现制动力的理想分配。

图3-44　电液制动系统工作原理图

1—控制器;2—制动主缸;3—制动踏板;4—压力传感器;5—轮速传感器;6—制动盘;7—制动钳;8—制动执行器;9—三通阀;10—电动机及其控制器;11—蓄能器。

当驾驶员踩制动踏板时,由压力传感器得到制动力信息,在控制器中经过计算分别得到4个轮上的制动器制动力和电动机的再生制动力矩,将这些指令传送到各轮制动执行器和电动机控制器,由一定的控制方法,使得实际的制动力按需要的制动力变化。此时,三通阀1口与3口相通,液体压力存储到蓄能器中,同时得到制动路板的脚感;当控制器检测到车轮的制动执行器产生故障时,控制器发出控制信号,使该车轮对应的三通阀1口与2口相通,该车轮同样能得到制动的效果,保证了制动系统的可靠性。

图3-45为前、后轮制动力理想分配时的控制策略。图中横轴为前轴上的总制动力,纵轴为后轴上的总制动力。当制动加速度要求较小时,仅再生制动系统工作;当制动加速度增大时,前后轴制动力将被控制在理想制动力分配曲线上。其中,前轴制动力等于再生制动力和机械制动力总和。当控制系统得到驾驶员的加速度要求时,前轴制动力将根据制动电动机的特性和车载能量存储系统的SOC值来决定驱动轴制动力是由再生制动系统单独提供,还是由机械制动系统和再生制动系统共同提供。

图3-45　前、后轮制动力理想分配时的控制策略(www.xing528.com)

图3-46中,横轴为前轴上的总制动力,纵轴为后轴上的总制动力。当制动加速度要求较小时,仅再生制动系统工作;当制动加速度增大时,前、后轴制动力将被控制在理想制动力分配曲线上。其中,前轴制动力等于再生制动力和机械制动力总和。当控制系统得到驾驶员的加速度要求时,前轴制动力将根据制动电动机的特性和车载能量存储系统的SOC值来决定驱动轴制动力是由再生制动系统单独提供,还是由机械制动系统和再生制动系统共同提供。

(2)前、后轮制动力比例分配时的控制策略

对轿车来说,空载和满载的I曲线很接近,只用比例阀就可以满足制动稳定性和附着系数利用率高的要求。如何才能在对原有制动系统进行小的改动下,从驱动轮分离出再生制动力呢?可以采用另外一种分配控制策略——并行制动,并行制动是指再生制动与机械制动以固定的关系分享驱动轮制动力。也就是说,驱动轮制动力等于再生制动力与机械制动力的总和。并行制动控制策略如图3-46所示。

图3-46　并行制动控制策略

当需要的制动力较小时,由再生制动力单独作用,其中包括对内燃机制动的模拟:当需要的制动力增大时,再生制动力所占的比例逐渐减小,机械制动力开始起作用,当总制动力大于一定值时意味着这是一个紧急制动,再生制动力减小到0,机械制动力提供所有的制动力;当所需的制动力在两者之间时,再生制动力与机械制动力共同作用。

2.电能储存装置

混合动力电动汽车的电能储存装置可以分为二次电池、超级电容和飞轮电池三类。

(1)二次电池

二次电池又称可充电电池,最常见的有铅酸电池、镍-氢电池、镍-镉电池和锂离子电池,它们的特点如表3-1所示。

表3-1　二次电池的特点

(2)超级电容

超级电容又称电化学电容器,是一种新型的双层面电容器,与常见的物理电容器不同,其特点是电容量大。

(3)飞轮电池

飞轮电池又称飞轮储能器,是利用飞轮高速旋转来储存和释放电能的一种装置,目前应用较少。