电动汽车低速行驶下电能回收中视觉检测应用的分析

石玉秋 胡 波 / 广西科技大学广西汽车零部件与整车技术重点实验室

电动汽车低速行驶下电能回收中视觉检测应用的分析

石玉秋 胡 波 / 广西科技大学广西汽车零部件与整车技术重点实验室

首先介绍了电动汽车低速行驶下电能回收的情况，分析了应用视觉检测技术提高电动汽车电能回收效率的原理，提出了几个值得注意的问题。这将有助于相关设备的开发及电动汽车电能回收效率的提高。

电动汽车；低速行驶；电能回收；视觉检测

电动汽车能够实现电能回收是电动汽车相对燃油汽车的一个重要优势，因此针对电动汽车电能回收的研究很多[1][2][3]。但是，在已有研究中针对电动汽车低速情况下的电能回收却缺乏研究，其根本原因在于低速情况下，电机转速不高，电动汽车惯性、振动等能量并不大，能量转换效率也比较低。而根本原因，主要在于能量转换效率较低。在低速情况下，电动汽车能量转化效率低的一个重要因素就是响应时间过短。比如，在制动时，短时间内实现电动汽车的制动，其能量转化时间较短，难以实现高效率的能量转换。另一方面，随着智能汽车或者称为汽车智能化的发展，通过视觉检测预估汽车的运行轨迹称为可能。特别是在辅助驾驶系统中，引入视觉检测提高电动汽车的反应提前量逐渐成为可能。综上所述，通过引入视觉检测技术，提高电动汽车反应提前量，借助辅助驾驶系统实现电动汽车低速行驶工况下的电能回收是提高电动汽车电能回收效率的一个有效途径。

1.电动汽车低速行驶情况下的电能回收

电动汽车的能量回收包括制动能量和振动能量等，在电动汽车低速行驶的情况下，一般电动汽车较为平稳，其能量回收主要是制动能量的回收。在实际行驶中，所谓的低速情况主要包括停车入库、侧方位停车、掉头转弯、调整车辆姿态等，在这些低速情况下制动是较为频繁和常见的。由电动汽车自身的重量和车辆运行的速度构成的动能在制动过程中需要全部释放，传统燃油汽车通过制动装置实现，而在电动汽车中可以考虑采用电能回收的方式。采用电能回收，与传统燃油汽车相比，可以在减轻传统制动器磨损的前提下提高能量的使用效率。

低速行驶情况下，电动汽车制动能量回收根本原理是将电动汽车低速运行的动能在较短时间能经过再生系统转换为其他行驶的能量并存储在储能器中，同时产生制动力矩，使电动机快速停止惯性转动。在低速情况下，一般制动的过程较快，制动时间较短，虽然车辆速度较慢，但是其能量转换也是非常迅速的，因此也要求高倍率的能量转换。

在已有的制动能量回收方式中主要分为三种方式，机械储能、液压储能、电化学储能。机械储能主要形式是飞轮，主要将动能转化为高速旋转的飞轮进行能量储存。液压储能主要利用液压器转化为液体压缩后的液压能。电化学储能主要通过对电子元器件的充放电实现能量的储存。电动汽车低速行驶情况下，制动的时间较短，根据动量定律和动能定律所需的制动力也较大。但是在机械储能、液压储能、电化学储能过程中，能量转化的效率受技术条件限制存在一个上限，因此一般需要根据制动效果分配能量，并不是所有能量都能够回收的。超过能量转换上限的部分还是需要通过制动系统进行制动的。比如，在机械储能中，当制动时间确定后，电动汽车的动能转化为飞轮的动能单位时间内的转化量是有上限的，超过这一上限的能量必须依靠制动系统消除。所以，制动时间较短是电动汽车低速行驶情况下电能回收的瓶颈。

2.视觉检测技术在电动汽车低速行驶情况下电能回收中的应用

根据电动汽车低速行驶情况下电能回收的特点，延长制动时间成为提高回收效率的有效途径。随着智能汽车技术的不断发展，特别是现有辅助驾驶系统智能化程度的提高，利用视觉检测进行低速行驶情况下电动汽车轨迹的估计，从而延长制动时间成为提高电能回收效率的有效途径。

以侧方位停车为例，侧方位停车过程中，电动汽车的运动轨迹可以分为若干步骤，每一步骤电动汽车的位姿确定以后制动点是可以预测的。比如向后倒车入停车位时，根据车辆与车位的夹角就能估计制动时间点，可以在电动汽车没有到达制动时间点时就开始启动电能回收系统，从而延长电能回收时间。

视觉检测技术在辅助驾驶系统中与其他检测方式一同构建了汽车位姿的检测系统，能够在汽车行驶过程中较为精确的获得汽车的位置信息。根据已有的研究成果，可以得出利用视觉检测系统可以得到侧方位停车、车辆掉头等电动汽车低速行驶时的位置和姿态信息。在这些信息的基础上，侧方位停车、车辆掉头等低速行驶过程按制动分解为若干阶段，从而据此提前启动电能回收系统，延长制动时间。

3.开发实用设备中值得注意的问题

在电动汽车低速行驶中电能回收系统的开发研究中，以下几个问题值得注意：

（1）现有技术条件下，相关电能回收元器件仍有极大提升空间。比如机械制动所采用的飞轮，目前多用于公交车等大型车辆，用于小型汽车仍有待提高。而对于电化学储能方式，由于需要高倍率充放电和迅速转换充放电模式，目前只有超级电容满足要求。因此，利用用视觉测量技术进行电能回收相关理论研究需要围绕相关制动元器件进行，特别需要关注相关电子元器件的发展。

（2）能量分配也是需要注意的问题。由于驾驶人习惯和驾驶熟练程度存在较大差异，在低速行驶情况下电动汽车有可能出现快速停车的现象，考虑到现有技术条件下视觉测量的精度，汽车能量的分配就显得至关重要。这一方面保证制动效果，另一方面也保证电能回收系统不受到过大的能量冲击。

（3）智能汽车与电能回收系统的衔接。利用视觉测量技术延长制动时间，本质上是汽车辅助驾驶系统与电能回收系统的衔接，是未来智能汽车的发展方向。无论是在燃油汽车还是在电动汽车中都有较为重大的现实意义。

（4）在特殊电动汽车中相关理论的应用。在一些作业环境下电动车辆低速行驶成为一种常态，如何发展相关电能回收系统成为低速行驶下电动汽车电能回收设备开发的突破点。这一点在电动农机中表现得最为突出，农业机械作业环境较为恶劣，其动能转换存在较大空间，特别是电动农机的提出，使得相关系统的开发成为可能。

[1]黄智奇, 姚栋伟, 杨国青等.电动汽车复合能源系统再生制动分段控制策略研究[J].机电工程,2016(3).

[2]梁新成, 李云伍.电动汽车的振动能量回收研究[J].西南大学学报（自然科学版）,2017(8).

[3]赵国柱, 孙琼琼, 唐惊幽等.基于载荷率的电动公交车再生制动控制策略[J].中国机械工程,2017(19).

广西重点实验室建设项目(14-0145-44)、广西汽车零部件与整车技术重点实验室建设项目基金( 14-A-03-03)。

石玉秋，（1977-），副教授，主要从事图像处理、模式识别的研究。