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机工程技本2015年第44卷第08期
测控技术
DOI:10.3969/ J. Ssh..1009-9492.2015.08.022
轮毂电机驱动电动汽车再生制动系统分析
余进超,李军
(重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆400074)
摘要:以轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,介绍了轮毂电机的结构组成及其集成制动系统的解决方案;阐述了轮毂电机再生
制动的基本原理;根据再生制动系统的要求,分析了轮轂电机再生制动的约束条件;通过对几种不同典型的再生制动系统控制
策略的对比分析,确定了一种遁合轮毂电机驱动电动汽车的再生制动控制方案。
关續词:电动汽车;轮毂电机;再生制动;控制策略
中图分类号:U469.72*2
文献标识码
文章编号:1009-9492(2015)08-0077~-05
Analysis of Wheel Motor Drive Electric Vehicle Regenerative
Braking System
YU Jin-chao, Lijun
( School of Mechanical and Automotive Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chonggin 400074, China)
Abstract: With wheel hub motor drive electric vehicle as the object, the structure of the wheel hub motor and the solution of integrate
brake are introduced. This paper expounds the basic principle of wheel hub motor regenerative braking. According to the requirement of the
regenerative braking system, the constraint conditions of the wheel hub motor regenerative braking are analyzed. Based on comparativ
analysis of several different typical re enerative braking control straegies, determined a sui able regenerative braking control scheme for
wheel hub motor drive electric vehicle
Key words: electric car; wheel hub motor; regenerative braking; control strategy
0引言
制策略进行研究和分析。
再生制动能量回收系统是指在电动汽车制动1轮毂电机的结构及制动系统集成
或减速时,将汽车行驶的动能或势能通过传统系1.1轮轂电机的结构组成
统传递给发电机,并将其转换成电能,为动力电
根据轮毂电机驱动电动汽车的动力性需求
池充电,以实现制动能量的再生利用,提高电安装在电动汽车上的轮毂电机要求在低速时能提
动汽车的能量利用率,并起到保护环境的积极供较大的转矩,以确保汽车能够顺利起步;同
作用叫。电机再生制动力并不是作用在任何车轮时,电机还要有较宽的调速范围,以使汽车有较
,只有与动力传动系统相连的车轮即驱动轮才好的动力性能。目前,在轮毂电机驱动电动汽车
能获得电机再生制动,实现整车动能向电机的传上运用较多的是永磁无刷直流电机,该种轮毂电
递和转化。因此,相较于前轮或后轮驱动的电动机结构紧凑,不仅可减少汽车的轴向尺寸,且对
汽车,四轮驱动电动汽车的能量回收效果最佳2?。控制系统的响应速度快
制动能量回收系统的研究是电动汽车开发过
如图1和图2所示,该种轮毂电机的驱动方式
程中的重要环节之一,而其性能则主要依赖于该为外转子直接驱动,由电机定子、转子、轴承、
系统的控制策略。夲文以轮毂电机驱动电动汽车逆变器及控制器等组成;通过线控系统将整车的
为研究对象,对其再生制动系统能量回收及其控控制器与电机的控制器联系起来,去除了传统的
*重庆市自然科学基金重点项目(编号:CSTC2013ykfB0184);重庆交通大学研究生教育创新基金项日(编号:20120108)
收稿日期:2015-04-22
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测控技术
机电エ程枚2015年第44卷第08期
动力传递系统,在保留传统的刹车系统和转向系结构采用鼓式或盘式制动器。由于轮毂电机电制
统的基础上,提高整车能量利用效率的同时简化动容量的存在,往往可以使机械制动系统中制动
了汽车的机械结构,使其拥有更多的布置空间。
器的设计容量适当减小,如图3所示轮毂电机集
成制动系统。
定子
轮轴轴承固定转子
ss
车辆悬架
机械制动器
线圈、电控组件、逆变器
ーー-十动力电池
传统合金轮毂
图3轮毂电机集成制动系统
图1电动轮三维分解图
2轮轂电机再生制动基本原理
电动汽车制动能量的回收系统对于提高电动
1.2轮毂电机制动系统的集成
汽车能量的利用率,增加续驶里程具有重要意
汽车的制动性能是影响汽车安全行驶的最重义。该系统主要由能量转换装置、能量储存装置
要特征之一,它是汽车安全行驶的重要保障。根以及控制部分组成。当电动汽车通电时,轮毂电
据汽车制动性的三个评价指标:制动效能、制动机驱动汽车行驶;汽车制动时,此时轮毂电机处
效能恒定性和于发电状态,同时产生一个负转矩给车轮,使汽
轮胎
制动时汽车的车的部分动能转化为电能,对能量进行回收再利
转子磁钢
方向稳定性,用,以提高汽车的能源利用率并增加其续驶里程。
刹车盘
汽车的制动系
汽车在行驶过程中,牵引力F应满足:
定子铁芯
统必须满足以
P=P/+P+P+P
(1)
轴承
转轴
下要求:(1)
其中:F为滚动阻力、F为加速阻力(制动
紧急制动时必力)、F为坡度阻力、F为空气气阻力。
绕组
气隙
须保证汽车有
设刹车前车速为昭,刹车后车速为2,则刹
较好的制动效车过程中的动能损耗为:
能;(2)保持
mUっ=F,s
(2)
图2轮毂电机示意图
汽车制动时的
在存在频繁制动的城市交通工况下,一般车
方向稳定性?。
利用轮毂电机可以被控制作为发电机使用的
速和路面坡度都较低,故可认为坡度阻力F和空
特性,在汽车的制动过程中,通过轮毂电机的发
气阻力F.均可忽略不计,所以式(2)可简化为:
电特性将汽车的部分动能转化为电能并保存至能
mu
m2=(F,+F,)s
(3)
量储存装置,同时负的电枢电流产生一个制动性
m为汽车质量;s为制动距离。滚动阻力由车
的转矩,经传动系统传递给车轮以实现对汽车的轮变形及与地面的摩擦产生,这部分能量以热能
制动;然而由于轮毂电机驱动电动汽车制动系统的形式散发,无法回收;轮毂电机集成制动系统
中电机电制动容量较小,不能满足整车制动效能中的制动力包括再生动力和传统摩擦制动力;摩
的要求,