电动车制动能量回收技术仿真测试及评价指标分析

制动能量回收是体现电动汽车优势和特点的重要技术，是决定多种形式电动汽车能耗经济性、整车安全性的共性关键技术。制动能量回收系统实施效果的测试与评价是系统开发过程中的重要环节。本文从制动能量回收技术仿真测试系统的搭建与测试评价指标分析两个方面对制动能量回收系统的测试评价方法进行阐述。

制动能量回收系统

1、制动能量回收技术仿真测试系统

（1）硬件在环仿真测试系统

硬件在环仿真是汽车控制系统的重要开发手段，为解决汽车控制系统的设计、试验、性能优化等各方面问题提供了一种崭新的仿真分析技术，同时也为汽车控制技术快速、经济、高效的发展提供了强大的支撑平台。硬件在环仿真可以模拟现实中汽车的各种运行工况来替代工程试验工作，还可以对在工程试验中不可能出现的危险和极端工况提供模拟试验。

硬件在环测试系统

制动能量回收系统硬件在环仿真是一种半实物仿真系统，其测试平台通常基于快速控制原型技术搭建，部分系统部件以高速运行的实时仿真模型来代替，并与控制算法一同以代码的形式集成于快速控制原型中，另一部分系统部件则为硬件实物，二者相连构成了硬件在环仿真系统。

（2）制动能量回收系统硬件在环测试方案

硬件在环(Hardware-in-the-Loop)是验证制动能量回收系统软件方案的有效手段，在制动能量回收系统开发初期，能够对制动能量回收系统的软硬件进行测试和评估，具有开发周期短、成本低和效率高等优点。

制动能量回收系统硬件在环测试

制动能量回收系统硬件在环测试方案主要包括仿真控制系统和液压制动系统两部分，仿真测试利用主机建立车辆动力学模型、电机电池模型和控制算法模型，通过快速控制原型的I/O接口控制驱动电路对液压执行部件的电控模块进行驱动。

液压制动系统：由传感器和被测制动系统执行部件组成；

仿真控制系统：由主机、快速控制原型、1/0接口和功率驱动电路组成。

仿真控制系统主要有dSPACE实时仿真系统、Speedgoat实时仿真系统、MATLAB/xPC Target实时仿真系统等，这些仿真系统的功能原理类似，硬件均包含主机、快速控制原型、I/0接口和驱动电路四部分。仿真控制系统软件主要包括MATLAB/Simulink、Real-time Workshop (RTW)软件等。

（3）仿真控制系统工作流程

以dSPACE实时仿真系统为例，其软件工作流程具体包含以下几个步骤：

离线功能设计(Modelin the Loop,MIL)：根据制动能量回收系统的功能要求，在MATLAB/Simulink下进行图形化建模，建立控制器模型、车辆动力学模型、电机电池模型和制动系统模型，并进行离线仿真，开发符合制动能量回收系统功能要求的仿真模型。

实时仿真模型建立：用被控对象实物（液压制动系统）替换被控对象模型，并将实物硬件与控制器模型以系统接口相连。

目标代码生成：通过MATLAB生成实时代码并下载到dSPACE原型系统中，可针对特定ECU进行代码优化。

硬件在环仿真(HILS)：仿真控制系统与液压制动系统硬件连接完成后，通过仿真控制软件读取目标代码，进行硬件在环试验。

2、制动能量回收评价指标分析

电动汽车制动能量回收过程是一个复杂的动态过程，涉及的子系统较多，为验证制动能量回收系统的工作性能，在完成硬件在环仿真测试后，可根据评价指标确定试验项目，制动能量回收系统需考虑节能性、制动舒适性、制动性能三项指标。

（1）节能性指标

节能性指标用于评价在特定循环工况下制动能量回收系统的节能效果，根据QC/T 1089-2017《电动汽车再生制动系统要求及试验方法》，节能性的评价指标主要有制动能量回收率和续驶里程贡献率。

制动能量回收率：某循环工况下所有制动过程电机回收的总制动能量占最大理论制动能量的比例。

续驶里程贡献率：某循环工况下有制动能量回收时续驶里程延长量占无制动能量回收时续驶里程（新能源汽车在动力蓄电池完全充电状态下，以一定的行驶工况，能够连续行驶的最大距离）的比例。

（2）制动舒适性指标

新能源汽车减速过程中，电机和液压制动系统共同产生制动力，其轮缸液压力对制动盘产生的反作用力与传统制动系统有较大差异。为了不影响原有的驾驶员操纵制动系统时的感觉和习惯，新能源汽车的制动舒适性应尽量与传统汽车保持一致。

驾驶员的制动舒适性主要来自制动踏板给驾驶员脚部的反作用力（踏板位移和踏板力）和车辆减速给驾驶员带来的身体惯性感受（制动强度）。制动踏板位移与踏板力、踏板位移与制动强度和踏板力与制动强度这三项指标可综合反映新能源汽车的制动舒适性。

（3）制动性能指标

针对整车制动系统的性能要求，国内外都出台了相关标准。

中国标准：GB21670-2008《乘用车制动系统技术要求及试验方法》GB 12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》GB 13594-2005《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》

国外标准：FMVSS135《轿车制动系统》ECE R13-H《乘用车制动系统形式批准的统一规定》

根据制动性能的评价方法，新能源汽车制动能量回收系统应在常规制动、防抱死制动、失效应急制动时保持良好的制动效能，评价指标包括制动距离、充分发出的减速度、附着系数利用率等。

3、总结

电动车制动能量回收技术是一种重要的能量管理手段，通过回收制动过程中产生的能量，将其转化为电能储存起来，以提高整体能源利用效率。仿真测试及评价指标分析是对制动能量回收技术进行评估和优化的关键步骤，在设计阶段可以快速评估各种方案，节约研发成本，加速新技术的推广应用。

电动车制动能量回收技术仿真测试对推动电动车技术创新、提升能源利用效率和降低环境影响具有显著的重要性。制动能量回收评价指标分析可有效评估制动能量回收系统的整体性能，为控制策略优化提供有效的数据支持，有助于提高电动车的整体能源利用效率，减少能量浪费，还能促使技术创新，推动电动交通的可持续发展。