纯电动SUV制动系统及制动能量回收系统设计外文翻译资料

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摘要

塔塔汽车有限公司向欧洲市场推出一系列纯电动汽车。再生制动在充电上实现最大化是有优势的，但也是目前这些方面的挑战，包括可接受的性能、重量、成本和混合的再生制动与摩擦制动。

再生制动的控制系统是由制造商开发来恢复动能，这些动能原本会通过摩擦制动器的使用转变为热能并浪费。这篇论文介绍了塔塔汽车有限公司所采取的方式来优化再生制动系统的设计和操作，从而实现工作范围和能源效率的最大化。塔塔Ace电动车是一个类N1的后轮驱动的商业纯电动车（FEV)，这造成了一个挑战，这个挑战是从为车辆提供不同制动力的轴上收集能量，而这些制动力取决于负载。制动期间必须保持稳定,所以在任何时候过早的后轮抱死必须避免,特别是在低附着力的条件。公路车辆必须有能力完成单独由目前常规再生制动所不能实现的宣言。多模制动通过结合生成再生以及摩擦制动，使更高级的宣言得以实现。这反过来需要仔细设计控制体系结构从而创建一个传统制动踏板的lsquo;感觉rsquo;，以至于驾驶者察觉不出再生制动和摩擦制动的融合。

能量回收很受车辆使用的影响。旅途汽车在高速公路上以恒定速度行驶可能产生很少的可重用的制动能量，这是因为制动的应用不频繁。旅途汽车下坡可能会产生过度的制动能量，这些能量可能被倾泻。有数据显示，车辆的使用促进了重复恢复少量的能源(如新的欧洲驾驶循环测试时间安排,图1)这些能量最佳的利用再生制动系统从而实现（充电距离)范围的最大化。通过再生制动能量回收是提供给一个存储设备,这个设备接收和释放能量的能力,决定了再生制动系统的功率容量。

引言

欧洲汽车制造商协会和欧洲委员会之间的协议对2012年的新车提出二氧化碳排放减少平均120 g / km 。由于排放与燃油效率直接相关,该行业已经被迫尽可能提高车辆效率。这种观念已经被英国购车大众接受，部分是因为节能汽车的税收优惠政策。通过存储和重用的能量,可以显著提高燃料效率虽然再生制动。。通过再生制动来存储和重用的能量,可以显著提高燃料效率。再生制动系统产生的可恢复的能量是高度依赖于驱动循环。汽车在旅行中主要是在高速公路上以较高速度行驶。（例如图2：美国环保局的高速公路省油测试模式）无法恢复与在频繁加速和刹车下的城市驱动循环一样多的能量，研究表明，在城市驱动循环中，可以回收50% -60%制动能量。

制造商开发的这些测试时间表主要是为了通用计算汽车尾气排放。因此他们专门针对发动机的性能而不是刹车事件进行分析,并不能完全反映典型制动工况下的制动使用情况。

为了能够更真实的评估“真实世界”制动条件下,塔塔Ace电动车的使用代表--城市配送路线已经建立，这个路线包括在英国日常驾驶常见的交叉口和危险。这里介绍的工作中采取的方法是将车辆沿路线驾驶，用GPS测量位置，随后计算制动和传动系统之间的能量流动。这已经显现出塔塔Ace电动汽车的再生制动系统的设计构思。纯电动汽车需要考虑的一个重要因素是范围。联合国欧洲经济委员会所设定的评估过程与欧盟、美国和日本的相同。在充满电后,所选驱动循环将不断重复,直到达到“测试标准的终结”,如图3所示:

“测试标准的终结”被定义为[4]:

美国：违反了速度和时间公差或制造商决定停止测试由于安全原因(车辆最大速度等于或大于最大速度周期)。如果汽车速度低于95%的初始速度(第一个周期)最终达到最大速度或制造商由于安全原因(车辆最大速度小于循环中车辆的最大速度)决定停止测试。

bull;欧盟:车辆不能够满足目标曲线达到50公里/小时(城市循环)或仪表指示停止车辆。

bull;日本:车辆不能够连续超过4秒满足目标曲线或机载仪表指示停止车辆。

能源消耗可以通过总电荷能量除以电动范围来计算。

仪表

一个MicroSAT R20数据记录器(Datron技术)是用于数据收集。系统包括GPS接收器和天线,它们利用卫星信号监测车辆的速度和位置。在这里速度被精确到0.1英里每小时,、且距离精确到0.5%。测量记录被记录以20赫兹的频率。

塔塔Ace电动汽车测试车辆是后轮驱动汽车，由5.2千瓦(连续)直流电机直接驱动后桥差速器，差速器由司机通过一个由FSIP牵引控制器供能的晶体管来控制。直流电机是一种高效的，像先进的交流传动系统那样提供驾驶特征的“他励”类型。通过在笔记本电脑上使用专有软件程序，控制器可以很容易地实现再生制动水平的调整。两个功能控制来调整电动机产生的再生制动水平。“电枢回复安培”功能实现调整再生制动电流限制,更高的安培数对应着一个更短的停车距离。这个值必须设置在32和382安培之间。“现场回复安培”功能允许再生制动模式下的励磁电流的调整并将励磁电流设置在0到50安培之间。

GPS校正

GPS接收器有1.8米的圆概率误差，表明人有50%的可能性落在距离目标1.8米的圆内。为了证实GPS接收器的准确性和可重复性，进行了两个定义为短距离的校准测试详情如附件1)。为了评估重复性，每一个测试是重复6次。GPS接收器对每个测试部分的距离测量记录如表1所示,包括计算值的平均值和标准偏差。

这些结果表明,GPS的位置测试系统最糟糕的平均距离精度是0.27米,标准偏差为0.16 m。图4展示了一张由校准测试得来的GPS坐标图，表明,测量结果的差异源于绝对位置测量误差。

通过引用圆概率误差和校准测试，在城市运输测量路线中GPS的距离精确度要好于1.8m圆概率误差。这表明对于本研究目的而言，GPS的精确度是足够准确的，并且在驾驶过程的位置测量错误很好可能是外部因素造成的，如一个被干扰的卫星信号。

表1.GPS校正结果

由外部电源供电（与汽车电源隔开的电池确保性能的稳定）的Datron GPS接收器被安装到塔塔Ace电动车，连接到笔记本电脑来存储记录数据。天线固定在车辆的顶部一变最佳接受卫星信号。用一个单独的加速度计测量车辆的减速过程，加速度计与第二个车载数据记录器相连。

测试程序

通过测试仪器测试程序开始进行，具体如表2（测试1，2)。Datron GPS校准过程的细节将在附录1中给出。

车辆配备了用来测量每一个再生制动减速过程的三轴加速度器（测试3-5）。这个仪器通过测量三个相隔90度的轴实现校准。在每个再生制动过程中，车辆加速到20英里每小时后，才能松开油门踏板并滑行直到停止。尽可能近地将加速度计固定在车辆的重心,前进的速度减速度被记录下来。

表2测试过程和时间表

图5展示了为轻型商用车（如塔塔电动车)设计的典型城市运输路线。在16公里的道路上（往返都是8公里）包含一系列的坡度，路口和路面情况。因为被测试的车辆的最高车速为40公里/小时并且为地方运输工作所设计，所以这是此类型车最常用的路线。

传递路线的评估

为了确认测试程序和仪器操作(包括卫星可见性)的有序进行，路线最初只由驱动程序来驱动，这个测试的数据在图6上显示GPS数据的经度和纬度数据点(红色)覆盖在地图上的路线(蓝线),表明异常数据点都被记录下来了。

在国外旅行的两部分显示出了GPS数据记录的限制。这些部分的分析表明，当GPS只能接收到两个卫星的信号的时候，位置计算将不会更新，直到更多的卫星被观测到。第二个限制是由于沿着道路两边树的遮挡，部分的点的运动抵消了。这可以通过将GPS接收器放在车辆的右边（离道路的中央更近，远离遮蔽物）得到修正。在本节中，可以接收到的卫星数在6个以上。

传递路线测试

测试6 - 8的完成伴随这每一个不同再生制动率组合的产生(表2)。路线被划分为8个确定的部分（每个方向上有四个），为的是收集的数据可以精准的确定具体的位置，并提供在不同运行条件下可以比较的检查站。在每个检查站(每个部分的开始和结束)，车辆停止1分钟。测试路线被反复进行,直到

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