混合动力客车城市行驶制动力回收分析

王清扬

贵州交通职业技术学院 汽车工程系 贵州省贵阳市 550008

在城市中行驶的公交车，由于红绿灯、拥堵、靠站等原因，起停多；又因其质量大，动能较大，在制动时需要很大能量才能使其达到减速或者稳定的目的。在传统制动方式中，摩擦制动器负荷较大，使用寿命短，并伴有很大的安全隐患。因此在混合动力客车中使用再生制动技术，可以在客车制动时回收一部分汽车制动时损失的动能，实现的能量的最大化利用，并且降低了摩擦制动器的磨损，在节能的同时起到了保护摩擦制动器的作用[1]。

1 再生混合动力客车驱动形式的选择

混合动力客车在城市道路行驶，须应对较复杂的工况，如起停，坡道，怠速等。因此混合动力客车驱动结构必须满足复杂工况条件的需求。

并联式混合动力驱动系统结构中，发动机通过机械连接的方式直接驱动车辆；同理，电机驱动力也可以直接作用于驱动桥驱动车辆。此种结构使客车拥有发动机驱动和电力驱动两套驱动系统，两者既可以单独驱动辆，也可以共同驱动车辆。发动机既可以驱动车辆行驶，也可以带动电动/发电机发电，给电池组充电。电动机既可以作为驱动电机，驱动客车行驶，又可以在发动机负荷较小时作为发电机为电池组充电，也可以在再生制动时作为发电机回收制动能量。在起

停频繁或怠速时，发动机效率低，电机作为动力源单独驱动车辆。而在功率需求较大时与发动机共同驱动车辆，提升整车动力性能[2]。因此本文选择并联结构为插电式混合动力客车的动力结构。图1为并联式混合动力客车动力总成结构示意图。大能量回收策略效率较高，本文选择最大能量回收策略作为制动力分配策略[3]。

由于ADVISOR中汽车制动时对路面附着系数没有要求，因此本文将只针对制动强度进行制动力分配策略研究[4]。

再生制动力分配策略在ADVISOR中的实现如图2所示。

2 制动控制策略

混合动力城市客车中，再生制动力分配策略主要分为三种：理想能量回收策略；比例分配能量回收策略和最大能量回收策略。最大能量回收策略是三种常见能量回收策略中效率最高的一种，它不仅参考了理想制动力分配I曲线，同时考虑到了实际行驶中的另一条曲线：最小后轮制动力M曲线，因此最

3 工况选择及仿真

我国城市道路交通复杂，拥堵程度高，起停多。城市公交车有严格的速度限制，速度不得大于69km/h，单程行驶距离多在15—20公里。因此本文选择印第安纳城市工况，如图3所示[5][6]。

在此工况中，行驶时间为2689秒，行驶距离为17.49km，最高车速62.56km/h，平均车速23.41km/h，停车达52次，最大制动减速度2.1m/s2，平均每336米就要停车一次。

图1 并联式结构动力总成图

3.1 单次循环工况的仿真分析

将前文建立的混合动力城市客车模型在ADVISOR中进行仿真分析，运行印第安纳城市工况，结果如图4所示。

图4 单次循环仿真结果

如图所示为试验车型在一个工况循环内的运行参数，自上而下为车速曲线，SOC变化曲线，制动能量损失情况曲线和电机转矩曲线。由电机转矩曲线可以看出，在汽车行驶时，电机输出转矩，作为驱动电机，驱动汽车行驶，转矩为正；在制动时，电机作为发电机，回收制动能量，因此转矩为负。

由图可以看出，再生制动系统在客车制动时，通过电机的发电，，将动能转化为电能，发动机转矩为负，为电池组进行充电，电池组SOC值有明显上升。而在制动减速度较大时，因为电机转矩范围的限制，回收能量有限，摩擦制动逐步增大，制动损失能量增多。

在单次循环工况中，油耗为37.8L/100km，再生制动回收能量40742kJ，制动损失能量25578kJ，制动回收效率61.42%。

3.2 两次循环工况的仿真分析

在印第安纳城市工况下进行两次循环工况仿真，仿真结果如图5所示。

在此工况循环中，电池组SOC曲线趋于平稳，再生制动能量通过再生制动系统不断给电池组进行充电，使SOC值维持在高效状态，在此循环中，油耗为38.7L/100km，再生制动能量回收81296kJ，制动能量损失55339kJ，再生制动回收效率59.50%。

3.3 五次循环工况的仿真分析

在印第安纳城市工况下进行五次循环工况仿真，仿真结果如图6所示。

在五次循环工况中，油耗为4 0.6 L/1 0 0 k m，再生制动回收能量203270kJ，制动损失能量133681kJ，制动回收效率57.65%。

图5 两次循环工况仿真结果

4 结语

单次，两次，五次循环工况参数如表1所示。

由结果可以看出，单次循环工况客车运行情况最好，两次循环工况的油耗比单次循环工况上升了1.2L/100km，主要原因是在长距离行驶时，为了保持电池组SOC值处于较好状态，发动机在负荷较小时不断对电池组进行充电，因此油耗有所上升。再生制动效率小幅下降，原因是在长距离行驶时，再生制动系统工作导致制动系统温度升高，制动热衰退现象较单次工况更加明显，制动回收效率下降。而在五次循环工况中仿真中，城市客车油耗进一步上升，再生制动能量回收效率也有明显下降，再次证明发动机为保证SOC处于较好状态，对电池组充电不断增大，油耗上升；以及在长距离行驶时，制动系统不断工作导致的制动热衰退现象，会使再生制动能量回收效率下降。

表1 三种工况循环参数