能量回收传感器在电动汽车中的设计及应用

宗红军

摘 要：目前，中国广袤的土地正展开绿色发展新实践：绿水青山就是金山银山、保护生态环境就是保护生产力，绿色发展理念化为务实行动——各行各业因地制宜、创新方法，为实现绿色中国奋斗。而电动汽车作为绿色交通的重要组成部分，对中国未来城市建设和循环经济发展起着至关重要的作用，电动汽车作为一种节能、环保、可持续发展的交通工具得到快速发展，许多新材料、新技术得到应用，特别是电机电控技术、电池技术、能量管理等关键技术等发展尤为迅猛，其中能量回收作为电机电控和能量管理的交叉技术，是电动汽车节能效果好坏的关键技术之一，下文将浅析能量回收传感器在电动汽车中的设计及应用。

关键词：能量回收传感器;控制策略;电动汽车

1 前言

傳统车辆在制动时，制动器将汽车的动能转化为热能散发到空气中，这部分能量白白浪费了，而电动汽车却可以对这部分能量加以利用：当汽车减速时，能量回收装置就会介入，汽车的驱动电机转化为发电机，将电动汽车减速损失的动能转化为电能，最后通过管理控制，将回收的电能存储到电池内，所以当电动汽车搭载能量回收系统后，车辆的续驶里程普遍能增加30%以上，但目前市面上大多数新能源车型搭载的能力回收系统都出现收加速踏板后电机制动力太强，无法与制动踏板产生的制动力完全配合，这样会导致汽车顿挫感，甚至扯拉感，极大的降低了乘车的舒适性;可如果将能量回收系统的回收比例调得太小，虽然乘坐舒适感在可接受范围之内，但制动回收的能量又低，未能完全发挥电动汽车的优势，为此假如给能量回收系统加装能量回收传感器，传感器能采集驾驶员不同的制动强度，并将信号传递给整车控制器（VCU），由VCU来控制能量回收强度，使电机的扭矩得到调节和控制，保证能量回收最大利用的同时又能兼顾乘坐的舒适性。

2 能量回收传感器的安装和工作原理

制动踏板是最直接反馈驾驶员制动强度和制动意图的执行机构，把能量回收传感器设计安装在制动踏板上，来向VCU反馈制动强度信号。下面介绍位移传感器和角度传感器在制动踏板上的安装，如下图所示：

图1所示的位移传感器工作原理是：当踩下制动踏板，踏板臂压住位移传感器活塞发生位置变化，传感器将信号传递给VCU;

图2所示的角度传感器工作原理是：当踩下制动踏板，传感器旋转臂跟随踏板臂旋转，角度发生变化，同样将信号传递给VCU。

3 能量回收的控制及应用

下面结合本公司某车型，浅谈能量回收的控制应用。本车的制动系统有两部分组成，一是液压制动系统，一是电机的电制动能量回收。两个系统是非解耦的，也就是说无论是否有电制动，液压制动依然存在。液压制动在本车中处于基础地位，电制动只是一个补充，用于回收部分制动能量，其制动系统压力和传感器电压关系如图3所示。

以角位移传感器为例，在自由踏板自由状态时，设定了初始电压（0.8～0.9V），踩下制动踏板，传感器发生角位移，输出电压超过设定值，此电压输给整车VCU，VCU向电机控制器发出指令，实现电机制动能量回收，由于制动主缸及主缸和制动踏板之间，均存在间隙，特别在轻踩制动踏板情况下，制动管路油压尚未建立，可以在空行程范围内或者液压制动很弱的时候，尽可能多的回收能量，踏板行程和能量回收能力曲线关系如图4所示。

根据图4踏板行程和能量回收能力相互关系制定能量回收策略。电制动力矩在电机高速段受最大功率限制，在电机低速段回收效率很低，应该关闭。设计两个速度拐点，一个是最低的电机回收转速，低于该转速停止电制动能量回收;另一个拐点是电机正常回收转速，在该转速之上电机将按照最大回收力矩的某个百分比进行电制动能量回收，直至受到功率限制。在两个拐点之间设计一段随电机转速降低的回收力矩曲线。以上拐点和百分比数据需要在实车上进行匹配标定，在能量回收率和制动安全性和舒适性间寻找平衡。

4 以本公司某车型为例，理论计算如下

4.1 滚动阻力功率Pf（kw）

5 结束语

由计算结果可以看出，本车增加能量回收系统后，理论上可以增加42.4%的续驶里程，通过在系统内增加能量回收传感器，使VCU对能力回收强度进行分段控制，在保证舒适性的同时，实现能量回收最大化，有效的增加车辆的续驶里程。