新能源汽车能量回收系统的研究.docx

本科毕业论文（设计）论文题目：新能源汽车能量回收系统的研究随着市场经济的不断发展，使得汽车的数量不断增加，以传统燃油为主要动力的车辆广泛普及，导致燃油等不可再生资源的巨大消耗。此外，汽车尾气中所含有的一氧化碳、二氧化硫等气体对人体健康及空气质量的影响也很大。随着能源短缺、环境污染等问题的日益严峻，采用清洁能源驱动的新能源汽车已越来越受到世界各国的关注，并成为了未来汽车工业发展的焦点。目前我国的新能源动力汽车技术的发展存在两大困扰。一方面，蓄电池的技术水平在短时间难以有较大突破，新能源电动汽拥有量少，车续航里程短，长期未有效解决导致其普及率低；另一方面，能源汽车充电桩建设不均衡，普及率极低，难以实现有效推广，我国仍长期处于以燃油汽车为主的汽车时代。国内外的研究人员正在积极地开展工作，以汽车节能为工作中心，开发出各种不同的能量回收方法，诸如液压储能装置、飞轮储能装置、启停系统、制动能量回收等。其中，制动能量回收是一种能够有效提升车辆行驶里程和能源利用率的关键技术。通过对制动能量产生机理的分析，实现对车辆制动力的合理分配，并以合适的电机为核心，实现对车辆的高效运行和能量回收。对于单一的锂电池充当新能源汽车蓄电池，已经不能满足人们对提高新能源汽车储能的需求，因此，采用复合储能成为了汽车储能新的发展方向。通过采用锂电池/超级电容作为汽车的蓄电池，一方面，可以弥补锂电池放电效率的问题，充分发挥超级电容快速放电的优势；另一方面，可以有效保障超级电容充放电压稳定，防止其电压变化过大。本文以研究制动能量回收为目的，选择永磁同步电机作为新能源汽车的核心，以汽车结构和制动力学分析作研究出发点，通过公式推导，得出理想制动力分配公式，引入制动强度的相关规定，构成完整的前后轴制动力分配图。在此基础上，设计制动能量回收策略，对制动影响因素，制动强度划分，制动速度分析，都有详细研究，使制定策略更加合理科学，为最后的仿真做好准备。本文的最后做策略建模和仿真分析,不仅对本论文控制策略建模,还要对ADVISOR自带控制策略建模，将两种模型放在同一种工况下进行仿真。通过比对仿真结果，证明了本文研究策略能量回收效果要优于ADVISOR自带控制策略能量回收效果。关键词：新能源汽车；制动能回收；永磁同步电机；电机机械特性论文类型：理论研究AbstractWiththedevelopmentofmarketeconomyinrecentyears,moreandmorepeoplecanaffordtobuycars,andthenumberofcarscontinuestorise.Traditionalfuelvehiclesarewidelyusedasvehicles,whichleadstothedepletionofnon-renewableresourcessuchaspetroleumfue1.Inaddition,alargenumberofautomobileexhaustemissionscontainhannfulsubstancessuehascarbonmonoxideandsulfurdioxide,whichseriouslyendangerhumanhealthandcauseseriouspollutionoftheatmosphericenvironment.Underthedualpressureofenergycrisisandenvironmentalpollution,newenergyvehiclespoweredbycleanenergyhavegraduallyattractedtheattentionofvariouscountriesandbecomethefocusofthedevelopmentoftheautomobiIeindustryinthefuture.Now,therearetwomajorproblemsinthedevelopmentofnewenergy-poweredvehicletechnologyinChina.Ontheonehand,thetechnicallevelofstoragebatteryisdifficulttomakeagreatbreakthroughinashorttime,andtheshort-termmileageofnewenergyelectricvehicleshasnotbeeneffectivelysolved;ontheotherhand,theconstructionofchargingpilesforenergyvehiclesisunevenandthepopularizationrateisextremelylow,soitisdifficulttoachieveeffectivepromotion.ChinaisstillintheautomobileeradominatedbyFuel-firedautomobileforalongtime.Inordertosolvetheaboveproblems,automobileresearchersallovertheworldaremakingactiveeffortstodevelopavarietyofenergyrecoverystrategies,includinginjectionhydraulicenergystorageregenerationdevice,flywheelenergystoragedevice,start-stopsystemandbrakeenergyrecoveryandsoon.Amongthem,brakingenergyrecovery,asoneoftheimportanttechnologiestosolvethisproblem,caneffectivelyimprovethemileageandimprovetheutiIizationofenergy.ItisnecessarytoanalyzetheprincipleOfbrakingenergy,distributethebrakingforcereasonably,selecttheappropriatemotorasthecorecomponentofthenewenergyvehide,andcarryouteffectiveworkoutputandenergyrecovery.Formulateascientificstrategyfortherecoveryofbrakingenergy,andrecovertheenergyreasonablyandeffectivelyaccordingtothesituation.Forasinglelithiumbatteryasanewenergyvehiclebattery,itcannolongermeettheneedsofpeopletoimprovetheenergystorageofnewenergyvehicle.Therefore,theuseofcompositeenergystoragehasbecomeanewdevelopmentdirectionofautomotivebattery.Byusinglithiumbattery/supercapacitorasautomobilestoragebattery,ontheonehand,itcanmakeUpfortheproblemOfdischargeefficiencyoflithiumbatteryandgivefullplaytotheadvantageoffastdischargeofsupercapacitor;ontheotherhand,itcanstabilizethecharginganddischargingvoltageofeffectivesupercapacitor.preventitsvoltagefromchangingtoomuch,soitcannottakeadvantageofitslargechargingcapacity.Throughthedesignofscientificcircuitstructure,thecompositeenergystoragecangivefullplaytoitsadvantagesofenergyrecoveryanddistribution.Forthepurposeofstudyingthebrakingenergyreturn,thispaperchoosesthepermanentmagnetsynchronousmotorasthecoreofthenewenergyvehicle,takesthevehiclestructureandbrakingdynamicsanalysisasthestartingpoint,andobtainstheidealbrakingforcedistributionformulathroughthederivationoftheformula,therelevantregulationsofbrakingforcestrengthareintroducedtoformacompletebrakingforcedistributiondiagramofthefrontandrearaxles.Onthisbasis,thebrakingenergyrecoverystrategyisdesigned,andthebrakinginuencingfactors,brakingintensitydivisionandbrakingspeedanalysisarestudiedindetailtomakethestrategymorereasonableandscientificandprepareforthefinalsimulation.Attheendofthispaper,wedostrategymodelingandsimulationanalysis,notonlytomodelthecontrolstrategyofthispaper,butalsotomodelthecontrolstrategyofADVISOR,andsimulatethetwomodelsunderthesameworkingcondition.BycomparingthesimulationresuIts,itisprovedthattheenergyrecoveryeffectoftheresearchstrategyinthispaperisbetterthanthatoftheADVISORcontrolstrategy.Keywords:brakingenergyrecoveryofnewenergy;vehiclesmechanicalcharacteristicsofpermanent;magnetsynchronousmotor摘要IAbstractII目录IV1绪论11.1 新能源汽车国内发展现况11.2 新能源汽车国外发展现况11.3 制动能量回收策略研究现状21.4 车载复合储能系统国内外研究现状21.5 本文研究内容42新能源汽车能量回收系统的结构及原理52.1 制动能量回收系统原理62.2 整车制动系统结构62.3 新能源汽车制动能量回收的动力学分析72.4 电机工作原理122.5 电机工作状态132.6 能量回收电路142.7 制动能量回收考虑要素153制动能量回收策略173.1 制动强度的划分173.2 制动速度分析183.3 制动能量回收控制策略203.4 制动能量回收评价指标224.能量回收控制策略建模及联合仿真分析234.1 纯电动汽车的各主要系统仿真模型234.2 控制策略仿真模型264.3 本文选择的行程工况314.4 仿真结果分析32总结与展望35参考文献37致谢381绪论1.1 新能源汽车国内发展现况作为我国现阶段重点发展的战略性新兴产业之一，新能源汽车在科技含量、市场效益、带动能力等方面表现越来越抢眼。2022年,我国新能源汽车在逆境下复苏向好，产销均同比增长逾九成。新兴科技与新兴产业深度融合,以电动化、智能化为特征的新能源汽车产业迎来爆发期,我国一批头部企业开始竞逐全球市场，在全球汽车产业链中的地位进一步提升，中国市场也渐成全球汽车产业风向标。一是我国新能源汽车产销连年高速增长，连续8年保持全球第一。2022年,我国新能源汽车产销分别达705.8万辆和688.7万辆,渗透率达25.6%,提前完成“在2025年新能源汽车市场渗透率达到20%”的目标。二是在关键技术上取得重大突破.批量生产的动力电池能量密度已达300whkg,居世界前列。其最大功率密度可达4.8kwkg,最大速度可达16,000rm,显示出我国在核心元件上的技术水平已有较大提高。尤其在激光雷达，人工智能芯片，智能座舱等领域，取得了重大的技术突破，已达世界领先水平。三是显著增强了企业的品牌竞争能力。在2022年，新能源汽车在中国的销量占到了79.9%,比去年高了5.4个百分点。新能源汽车的出口量为67.9万台，较上年同期翻了一番。比如，比亚迪2022年新能源乘用车累计销售量达186万辆，超越特斯拉，成为2022年全球新能源汽车销量冠军。四是基础设施建设环境不断优化.截止到2022年年底，全国已经完成了521万个充电桩和1973个换电站的建设，在2022年，新增了259.3万个充电桩和675个换电站，充换电基础设施的建设步伐显著加快。与此同时，已经累计建立了一万多个动力电池回收服务网点，基本上可以实现就近回收。1.2 新能源汽车国外发展现况(1)纯电动汽车当前，纯电动汽车的发展正受到世界各国的高度重视，各家汽车厂商纷纷投入到这一领域，在产品研发、示范和测试等方面都取得了很大的进步。随着产业发展力度持续加大，我国已建立了上下游贯通的新能源汽车完整产业体系，突破了电池、电机、电控等关键技术。而对于纯电动汽车而言，更多的则是提高了电池的续航能力，降低了成本。川(2)混合动力汽车在国外，混合动力汽车的技术已逐渐成熟，并且出现了一系列的产品。实践证明，本系统具有良好的推广价值。由于混合动力汽车在技术上的优势，在全球的竞争中占有一席之地，在国外，混合动力车的应用根据市场的不同要求，综合考虑了技术难度和产品的实用性和成本。与纯电汽车相比较，锂离子动力电池体积小，降低了整车自身质量，成本也随之降低。汽车的动力和续航方面都与燃油汽车相差无几，充电桩还无法做到普及，混合动力汽车成为汽车发展过渡中可行的方案。与传统燃油车相比，首先缓解了能源危机，运行成本较低，性价比更高。汽车起步过程中，因为有了电动机的存在，所以噪声很小，更具舒适性。同时对环境的污染也减少了很多，是当前环境下所需要的车型。从汽车动力系统的发展状况来看，汽车动力系统有两个发展方向：一是发动机动力系统一体化，以满足不同的动力系统;二是致力于动力系统和发动机的一体化，实现动力系统的电动化。(3)燃料电池汽车燃料电池汽车是燃料电池技术应用最广泛的领域。燃料电池汽车采用氢气作为燃料，其反应产物是水蒸气，不会产生污染物。与传统燃油汽车相比，燃料电池汽车有更高的能量转化效率和更少的汽车噪音。随着燃料电池技术的进展，越来越多的汽车制造商推出燃料电池汽车叫目前，国内外各大汽车企业均已把开发燃料电池车辆列为一项重大的战略任务，并在该领域投入了大量的人力、物力和财力，对其进行了研究，并在该领域取得了一定的成果。在短时间内，因为燃料电池的技术还没有得到根本性的突破,不会成为未来工业主要开发方向。1.3 制动能量回收策略研究现状随着新能源汽车的不断发展，人们对能源消费与能源回收的问题也越来越重视。因为搭载了电机，不仅能够被用来驱动汽车的运行，还能够将动能转换为电能，从而实现能量回收。针对电动汽车的能量回收，国内外科研人员对制动能量回收策略进行了大量的研究工作，并取得了一定的进展和成果。汽车制动关系到汽车运行的平稳性与安全性，所以汽车制动时应充分考虑到I曲线的约束条件。提出了一种的制动能量回收方法，该方法可以有效地将前轮轴的制动力分配，其次对电机/制动力产生的制动力进行分配。电机制动是一种将电动汽车的动能/势能转换成电能的方式，然而，当需要更大的制动力矩时，仅靠电机制动会导致制动不充分，因此,存在着两种制动方式的不平衡分配问题。现有的三种典型的制动再生方法包括：最大再生制动方法，并行再生制动方法、前、后制动力的理想分配方法。(1)前后轴制动力理想分配。在刹车减速很小的情况下，只有电动机的回馈刹车系统起作用。当刹车减速增加时，前、后轴的制动力均按I型曲线变化，前、后轴的制动力均为反馈制动与机械制动之和。(2)并行再生制动控制策略。在汽车制动系统中，制动回路是单一的，它是汽车制动器的主要结构。当发生紧急制动时，制动系统采用机械制动方式进行制动。(3)最大再生制动控制策略。最大再生制动控制策略的工作原理是在制动力矩足够的基础上最大限度地回收能量，以满足新能源汽车的制动安全距离和制动性能。在使用能量回收制动时，需要注意车辆的动力电池状态以及使用的能量回收设置，以达到最佳的能量回收效果。随着对电机研究的深入和科学技术发展水平的提高，科研人员加快制动能量回收策略的研究，最大限度地回收制动时产生的能量。1.4 车载复合储能系统国内外研究现状从上世纪50年代开始，飞轮和超级电容开始被作为车载储能系统研究和使用，但直到21世纪初，关于车载复合储能系统的研究才开始取得突飞猛进的进展，一系列高性能的车载飞轮复合储能系统陆续被提出并进行了实车验证。总的来说，目前主流的车载复合储能系统主要包括：锂电池/超级电容复合储能系统、锂电池/储能式飞轮复合储能系统、锂电池/机械式飞轮复合储能系统和锂电池/机电式飞轮复合储能系统。2023年4月，国内首个飞轮+锂电池储能”复合调频项目中国华电朔州热电复合调频项目正式投运，填补了国内飞轮与电化学复合储能领域的空白。车载复合储能电池具有广泛的应用前景，除了可以增加车辆的储能容量，充当移动备用电源，还可以参与电网调峰，平衡电网负载，提高电网稳定性和可靠性。针对锂电池和超级电容在汽车行驶过程中的功率分配问题，国内外学者们提出了许多不同的能量管理策略，主要可分为基于规则类和基于优化类。具体分类如图1所示：基于规则的能源管理方法是基于工作人员的经验，通过设定控制规则，计算量小，实时性好，易于实施，可以划分为逻辑阈值控制，模糊控制，过滤控制等。储能式飞轮系统起源于20世纪50年代兴起的飞轮电池。二者结构相似，只是储能式飞轮系统对飞轮储能的容量要求更低，安全性更好。适合在电动汽车领图1能量管理策略分类20世纪50年代,瑞士Oerlikon公司研制了款搭载飞轮电池系统的城市客车，并投入了实际运行。1978年，美国加特勒公司成功研发了一种车用飞轮电池系统，读系统采用复合材料飞轮，与普通的钢飞轮相比，性能更加优良。从1995年开始，清华大学就成立了飞轮储能研究所，并先后研制出了一系列比较成熟的飞轮储能装置。并在之后几年开发了数套成熟的飞轮电池系统。2008年，英国威廉姆斯混合动力有限公司成功研发了车用储能式飞轮混动系统，并成功将其应用于保时捷911GT3RS混合动力赛车和奥迪R18e-tronquattro混合动力赛车上,取得了很好的效果。机械式飞轮系统主要通过控制无级变速器的传动比来控制飞轮转速与传动机构转速的耦合以及飞轮功率的输入与输出，能量转换效率极高。早在2002年,荷兰埃因霍温大学就开展了关于机械式飞轮混动的研究。2008年，英国Flybrid公司成功研制了机械式飞轮混动系统,并成在jaguarXF原型车上完成了路试。2014年，沃尔沃汽车公司将机械式飞轮系统应用到了传统燃油车上，并进行了相关测试，结果表明：采用机械式飞轮系统不仅可以降低25%的油耗,提升汽车的经济性,还能缩短汽车的百公里加速时间，提开汽车的动力性能。沃尔沃汽车所用的机械式飞轮系统。1.5 本文研究内容本文基于具有复合储能体系的纯电动汽车，从提升制动能量回收效率，优化车辆动力电池储能容量与分配，以及制动能量回收等方面展开研究。新能源汽车主要包括以下几个方面：(1)对制动能量回收系统作简要概述，研究新能源汽车的制动回收结构。(2)对纯电动汽车进行动力学分析，汽车所受阻力包括滚动阻力，空气阻力和制动器制动力，在汽车行驶时，驱动力等于各项阻力之和，进而推出功率平衡方程式。(3)分析前后车轮制动力，提出理想制动力分配关系，即I曲线；考虑车轮抱死时会发生侧滑，方向失灵等危险情况，又提出制动力分配f曲线和ECE法规曲线。完善前后制动力分配图。(4)对不同种类的典型车用电机的性能以及应用做对比，选出永磁同步电机为新能源汽车电机的最优选择，分析其原理和工作状态。将电机加入能量回收电路中，分析汽车在制动状态下能量回收的原理。(5)设计新能源汽车制动能量回收策略，归纳制动回收影响因素，根据制动强度的划分，分别作出不同情况下的制动控制策略，并做出制动能量回收评价指标。(6)基于本文所研究的制动能量回收策略，在ADV1SOR2002软件中建立了SimulinVMAT1.AB仿真模型，本文设计的整车动力学，汽车电机，汽车电池以及ADVISOR2002中自带的纯电动汽车系统进行模型搭建，设计电机制动力分配模块，选择CYC_UDDS作为仿真工况，得出仿真结果，对比制动能量回收效果，得出本文设计策略优于ADVISOR2002中自带汽车系统。2新能源汽车能量回收的结构以原理2.1 制动能量回收系统原理制动能量回收是一种有效的节能方式，它可以将汽车在行驶过程中的动能转化为电能，从而节省燃料。这种技术可以有效地减少汽车的能耗，同时提高续航里程。另外，制动能量回收也可以提高汽车的行驶稳定性，减少车辆在行驶过程中出现的颠簸和不稳定现象。如图2.1为制动能量回收的基本原理图。图2.1制动能量回收的基本原理图在汽车制动时，制动轮将汽车消耗的能量收集起来，把汽车动能通过能量转换装置机械能，进而转化为化学能储存在储能装置中，在汽车起步行驶和中途加速时，储存的回收能量会优先释放，降低整车能量消耗，增加汽车里程，让使用新能源汽车更具有经济性。2.2 整车制动系统结构图2.2为纯电动车辆的刹车系统。该系统由三大模块组成：电机制动系统,液压制动系统，能源管理系统。电机制动系统主要以制动意图为基础，计算出所需的制动力：按照制动控制策略，由整车控制器（VeU）命令电机输出对应的转矩；液压制动系统通常以液压调节单元（HCU）为控制系统的核心，制动主缸、真空助力器、制动轮缸等结构联合起来，对纯电动汽车的机械制动力进行调节；在此基础上，提出了一种基于能量管理的电动汽车充电与放电方案。在制动的过程中，VCU通过CAN总线来接收制动踏板的信号，并根据电机和电池的状态，得出可提供的最大电机制动力，并与电机控制器共同控制电机输出负扭矩，从而进行再生制动。在电机制动力不足的情况下，制动控制器以轮速和轮缸压力传感器反馈的信息为基础，利用液压控制器对各个轮缸压力进行调整，直到达到制动要求为止，从而实现了纯电动汽车制动协调控制。CAN总线信号连接液压信号连接电气信号连接机楠信号连接图2.2纯电动汽车制动系统2.3 新能源汽车制动能量回收的动力学分析2.3.1 整车制动过程动力学方程本文主要研究纯电动汽车制动能量回收策略。对汽车刹车时进行受力分析,首先假设车辆在道路上行驶的情况。图2.3汽车制动时的受力(1)忽略转弯，在水平良好的道路上直线行进；(2)汽车的车身，底盘，车轮之间是刚性连接，不发生形变；(3)当车辆刹车时，不考虑轴载荷的改变：(4)不计车体的横摇、纵摇等移动。通过对车辆的受力分析，得出车辆在刹车过程中所受到的力主要有空气阻力,滚动阻力，制动力等。车辆在刹车时所受的作用力见图2.3所示。式中，G为汽车所受重力，N；hg为质心高度，m；1.为轴距，m；a为前轮距质心距离，m；b为后轴距质心距离，m；Fxbi、Fb2为地面制动力,N;Fgl>Fg2为前后车轮的地面法向反作用力No汽车制动时的受力，动力学方程为：(2.1)Fb=Ff+Fw+Fxb式中，Fb为总阻力，N；牛为滚动阻力，&为空气阻力，N；4。为前后轮所受的制动力，No汽车制动时的滚动阻力可用（2.2）表式：F1.mM（2.2）式中，m为汽车的自重，kg；f为滚动阻力系数。在车辆运行期间，可以通过公式（2.3）来表示车辆的空气阻力：f=5W（2.3）1.21.15式中，CD为空气阻力系数；A为迎风面积，m2;%为车速，km/h。对于纯电动汽车，当轮胎做滚动运动时，汽车的制动力包括前、后轴制动器制动力以及前、后轮轮毅电机的回馈制动力，用（2.4）表示：FXb=Fb1+Fb2+&加+Fbm2（2.4）式中，Fbi、Fb2为前、后轴制动器制动力，N;Fbm1、Fbm2为前、后轮载回馈制动力，No汽车在行驶的过程中，电机产生的转矩通过传动装置传递到驱动轮。设作用于驱动轮上的转矩为力，则（会使轮胎产生一个对地面的力，该作用力的反作用力被称为驱动力K,其数值为：(2.6)其中，为车轮半径；九为电机转矩；7为系统机械效率；电为主减速器传动比；为变速器传动比。汽车在水平路面上行驶时，驱动力等于各项阻力之和，即：H=EF=Ff+F",+Fe"W=ZE=mM+?吸+Fb+Fb2+Fb,n+Fbm2rJ21.25将汽车行驶平衡方程式乘以行驶车速，可得功率平衡方程式:Pe=-(mgjua+.2+m+,"2)era7614036002.3.2 前后车轮制动力分析根据图4中的受力，对前、后轮取矩，由力矩平衡得:Zw+-1.)2.10式中，丁为制动减速度，ms2odt车辆减速度与制动强度的关系可以用式(2.6)表示：duIrZg(ZU)式中，Z为制动强度。在不同制动强度下,地面给施加车辆的法向反作用力存在差异,根据式(2.5),(2.6)得出前后轴的反向作用力为：FZI1.=Gs+zhg)/1.Fz21.=G(b+zhg)1.(2.12)汽车在不同附着系数的路面的附着力为:F(P=(PFZ(2.13)式中，网,为附着力，N；为路而附着系数；FZ为路面法向反作用力，No当车辆制动时车轮处于纯滚动的状态，前后车轮的地面制动力与前后车轮各自的总制动力相等，这就可以通过公式(2.9)表达出来：FXbl=%+FbmlFxb2=&2+尸勿2(214)式中，FXbl为前轴电机回馈制动与制动器制动力之和，N；Fb2为后轴电机回馈制动与制动器制动力之和，No不同情况下，轮胎对地面的制动作用是不一样的。汽车制动的强度除了受制动器制动力影响外，还受路面附着力的影响。因此汽车制动时前后车轮的制动力可以表示为：xb=b+FbmlFb2=笈2+Fbm2FXbl(PFz=G(b+Zhg)1.(2.15)Pxh2<Pfz2=G叱-zhg)1.汽车刹车时，当两个车轮都被锁死时，车辆所受的地面制动力就是道路的附着力。在车辆对地面的制动力与路面附着力相等时，车辆的刹车系统就无法再对汽车施加更大的制动力。制动减速度达到最大时，车辆就会处在非常危险的状态网。2.3.3理想制动力分配汽车在路面系数为°的路面上前、后轮同时抱死，前、后轮的法向反作用力可以表示为：FZT=G(b+hQI1.Fz2=G(b-hs)/1.(2.16)当汽车在一条附着系数为Q的路面上行驶时，前轮和后轮同时抱死的条件是：(1)前轮和后轮的回馈制动力和制动器制动力的总和等于附着力；(2)前轮和后轮的回馈制动力以及它们制动器制动力的总和等于它们的附着力。可以表示为:xb+%2=或(2.17)xb=Fb2Fb2=(PFZl由式（2.16）和式（2.17）可得，车轮抱死时，前轮、后轮以及制动器的制动力分配关系可以用式（2.18）表示：1G匚4（Gby工匕2=5TTV'+-F-1+2居1（2.18）21.vGgJJ由式（2.18）所绘制的车辆前、后轮制动力分配曲线又称为理想制动力分配曲线,即I曲线，如图2.4所示。对于I曲线，是一种理想的工况，线以下的前、后轮制动力可分配，线以上前后车轮可以同时抱死。后轴制动力N图2.4前后轮制动力I曲线根据图5的I曲线，分三种车轮抱死顺序：（1）前轮先抱死；（2）后轮先抱死。（3）前后轮同时抱死拖滑。对于前轮先抱死，后轮滚动，虽然情况相对稳定，但失去了转向的前轮。不能完全路面的附着力；对于后轮先抱死，前轮滚动，当车辆刹车时可能会出现后轴侧滑现象，情况十分危险。对于前后轮同时抱死拖滑，汽车方向轮不会失灵，又避免了侧滑现象，优于前两种情况。所以合理地分配前后轮的比例，对汽车的方向稳定性和安全性是至关重要的。(2.19)因此，在制动时应当尽量避免制动力过大导致车轮发生抱死的现象。以相对稳定的情况，制动力的分配曲线我们称之为f曲线，公式为：Fbr=GZ-Fbf联合国欧洲经济委员会汽车法规（简称E.C.E）,是包括欧洲28个国家在内的使用的汽车法规。为了确保汽车制动的稳定性，ECE-Rl3法规对于汽车的制动强度和前、后轴利用附着系数做出了相关规定：(2.20)Z0.1+0.85(-0.2),当0.2°0.8仍z+0.056,当0.3z0.4因此，为了防止汽车在制动时出现制动不稳定和制动效能下降的情况，车辆的制动力分配应该在I曲线、f曲线、ECE法规曲线所围成的封闭区域内进行制动力的分配。如图2.5所示。前轴制动强度F/N后轴制动力F/N2.4 电机工作原理作为新能源汽车的核心元件，选择使用合适的电机非常关键，功率密度高、重量轻、体积小、转矩-转速特性好等优点，是驱动电机选择指标UO1.表2.1中所示为四种典型的车用电机的性能以及应用对比。从比较中可以看出，永磁同步电机在各方面都具有明显的优势，并已经被新能源汽车行业所广泛应用，在未来的发展中也显示出了良好的发展前景，在此基础上，本文将选取永磁同步电动机进行进一步的研究。表2.1几种典型新能源车用电机的性能及应用对比电机种类功率密度重量体积转速范围可靠性应用情况开关磁阻电动机较高轻小大于15K好较少异步电动机一般一般一般12K到20K好一般永磁同步电机很高轻小4K到IOK很好广泛直流电动机低重大4K到6K一般很少现在，永磁同步电机常用于新能源车辆的电机，内部结构决定了电机在不同工况状态下产生的对应转矩，在电动与发电之间模式互为转化。本文目标车辆选取永磁同步电机,永磁同步电机得益于省去励磁线圈而结构简单，电控调速方便,如图2.6所示，主要组成是定子，转子，永磁体，定子绕组。初始转动状态，三相电流在定子流通，存在转速差的定子和转子旋转磁场，存在交变转矩，基于同步的双旋转磁场，磁场由永磁体产生，发生了驱动转矩。当转子由于车辆减速或停止被拖动切割绕组磁场产生感应电流，从电动式高端流入低端电机，产生能量反馈到电源。图2.6永磁同步电机原理图2.5 电机工作状态根据行驶需求，电机可分为驱动状态和制动状态，驱动状态时电机转子与定子磁场所产生的转矩可分为正负方向，此时不进行能量回收；制动状态时，由于车辆惯性，电机转子会继续维持转动，与定子磁场所产生的转矩相反，通过电机控制器将电机产生的电流进行能量回收。在整车行驶需求过程中，车辆行驶在一、三象限，制动在二、四象限。电机工作四象限如图2.7所示。（1）正向驱动：电机转矩和转速均为正，电流由电源流向负载，整车由电机驱动，电机工作在第一象限。（2）正向制动：电机转矩为负，转速为正，此时电机不再作为负载，通过制动转化部分车辆动能进行发电，对电源进行充电，电机工作在第二象限。（3）反向驱动：电机转矩和转速均为负，电流由电源流向负载，通过电机直接反转来进行倒车，电机工作在第三象限。(4)反向制动：电机转矩为正，转速为负，此时电机充当发电机的作用，通过制动转化部分车辆动能进行发电，对电源进行充电，电机工作在第四象限。T转速n正向制动正向驱动O转矩反向制动反向制动图2.7电机工作象限图2.6 能量回馈电路在新能源电动车中，电机由电动到发电模式主要根据行驶工况决定，当主动减速制动或滑行制动时，电磁转矩提供反方向作用力进行回馈制动，此时产生感应电动势，电动势由高端输向低端产生电流经传输处理进入电源。如图2.8所示，车辆在行驶过程中，由于工况情境和驾驶员意图需要进行减速或停止行驶，常规工况下进行主动制动，通过踩踏板进行制动；在安全情况下的滑行工况下进行被动制动，由车阻力和电机反拖提供制动力。在这个过程中，通过开关和二极管顺向偏压作用，电路会经过三个阶段，从续流到电流逆向，最后与电源形成回路进行能量回收。GE图2.8能量回馈电路(1)车辆开始制动，处于刚开始的减速状态，回路电压为0,此时电机感应电动势与电流关系如图所示：E+1.啊=0(Z21)dt式中E为电机电动势(V),A为电枢电感（三）,i为回路电流（八）(2)在有续流时，闭合开关S使得BCEF形成回路，车辆进入制动稳态时，电机开始逆向工作，电流方向变为CBFE,此时回路感应电流如图所示：IE-U23+%(2.22)(3)在电击逆工作状态时,再断开开关S,瞬时感应电动势E徒增并高于电源电动势，此时电流方向为CAGE,电机发电对电源充电，实现能量回收，充电电流如图所示：E-U2-o+2(2.23)2.7 制动能量回收考虑要素提高电动汽车能源效率，制动能量回收是非常主要的因素。在减速或刹车过程中，因摩擦而丧失的热能并不能回收，只能回收部分通过半轴传递回电机的能量，通过传动轴的拖滞损耗再到电机与控制器的损耗，能量实际利用率不到一半。在能量损耗中，存在滚动阻力损耗、空气阻力损耗、机械摩擦损耗、惯量损耗和制动损耗以及其他因素的损耗，1 .行驶工况电动汽车在不同的行车路况中，制动系统需要实时反馈不同的状态。在城市中行进，因各种因素需要频繁的制动或加速，能量回收系统必须及时做出应对；在高速公路上，汽车基本处于正驱动状态，能量基本处于输出状态；在长下坡或其他靠惯性滑行制动的工况中，能量回收系统也可回收较多的能量。2 .电动车驱动构造中央电机驱动在系统进行能量回收时，部分能量因为转动摩擦时受到损失,主要因为电机未与驱动轮直接相连，通过传动系统，间接拉长了有效能量传递线路，致使动能转化存在一定损耗分布。分布式驱动是指电机直接牵引驱动轮，缩短有效传递线路，提高了能量转化率。在同一标准条件下，分布驱动