���綯�γ��ƶ��������ս���DZ���������
Ҧ ��1, �� ��1, �ܷ���1, ������2, ������2, κ����2
1.���ִ�ѧ ������������ƹ����ص�ʵ����,���� 130022
2.�й���һ�����ɷ����޹�˾ ��������,���� 130011
ժҪ
������������������,�������綯�γ�����������,���������ĵ����빤������������������Ч���Լ��ƶ��������ձ���֮��ĺ�����ϵ,ͨ�������ڹ���������Ȩֵ,�о���ͬ�����ڸ������еĽ���DZ��,Ϊ���綯�γ���������ƥ���ṩ�������ݡ�ͨ�������ƶ����������,�����ƶ��������ձ���,��һ�������������ܶ�,�о��ƶ���������Ч����ͨ����Matlab/Simulink�й�������ģ��,����������ܶȵļ���,����AVL/Cruise���������жԱȷ���,����������ķ����ܹ��ܺõط�ӳ��������Ч��,��ȫ������������DZ��������Ҫ��
�ؼ���: ��������; ���綯�γ�; �ƶ���������; �������ܶ�; �������
Simulation and analysis of potential of energy-saving from braking energy recovery of electric vehicle
YAO Liang1, CHU Liang1, ZHOU Fei-kun1, LIU Ming-hui2, ZHANG Yong-sheng2, WEI Wen-ruo2
1.State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control, Jilin University, Changchun 130022,China
2.R&D Center, China FAW Group Corporation, Changchun 130022,China
Abstract
Starting with the whole vehicle energy consumption, the principle of energy flow of electric vehicle was analyzed. The relational functions of electric power consumption to the driving condition, the vehicle parameters, the component efficiency and braking energy recovery ratio are established. By calculating the feature weighting of the driving condition, the potentials of energy-saving of different vehicles under different driving conditions can be analyzed to provide theoretical foundation for matching of parameters of electric vehicle. The function of braking energy recovery ratio was built to calculate the vehicle energy-saving rate based on the braking force allocation algorithm. The simulation model was built on Matlab/Simulink platform to calculate the energy-saving potential and energy recovery efficiency. In comparison with AVL/Cruise simulation, the calculation method of this paper is more effective in analyzing vehicle energy-saving potential.
Keyword: vehicle engineering; pure electric vehicle; braking energy recovery; energy-saving rate; simulation analysis

�ƶ��������ռ����ѳ�Ϊ��϶������������綯������ȼ�ϵ������������Դ�������ܼ��ŵ���Ҫ����֮һ[1]�������ڴ��綯�γ�,���ڽ����õ����Ϊ��һ����װ��,������ʽϻ�϶��������������,�Ӷ�����˵�����ƶ�����,ʹ�ƶ��������յĽ���DZ���õ���һ������[2,3]�����綯�γ��ĺĵ�������������й�,��ͬ�����й�������������,�ƶ��������յĽ���Ч����������ͬ[4]�����ĴӺĵ�������,��������������,ȷ����ͬ�����ڲ�ͬ���й������ƶ��������յĽ���DZ��,Ϊ����ѡ�ͺͲ���ƥ���ṩ�������ݡ�ͬʱ,Ϊ�˶��ƶ���������Ч����������,�������ƶ����������,�����ƶ��������ձ���,��һ�������˲�ͬ�����ڲ�ͬ�����µ��ƶ���������Ч��,����Cruise���������������˶Աȡ�

1 ������ʻ��������
1.1 ������������

��ͼ1��ʾ,�������˶��������ܵ����������������������¶������ͼ�������[5],���ĺ����¶�����,�����ƶ�����ͬ�ڸ���������,���������������ʽ:

ʽ��:FTΪ��������;MΪ��������;fΪ��������ϵ��;CDΪ��������ϵ��;AΪӭ�����;��Ϊ�����ܶ�;��Ϊ������ת��������ϵ��;vΪ����;g=9.8 m/s2��

ͼ1 �����˶�������������Fig.1 Force analysis of moving vehicle
1.2 �������ƶ����ʷ���

�ڳ�������������,���������ڿ˷��������������������ͼ�������;�ڳ����ƶ�������,�������������������������һͬ�˷��������������,�������ʼ�������:

��ʽ(2)����������Ϊ

��ʽ(2)���ƶ�����Ϊ

1.3 ������

��ͼ2��ʾ,������������,��ص���Qbatת��Ϊ����EQ,������ء����������ϵ��������,���������������ET;���ƶ�������,�ƶ�����EB�޷���ȫ����,�������ܹ����յ�����ռ���ƶ������ı���Ϊ��,��Ӵ���ϵ���յ�����Ϊ���վ�������͵��ת���ĵ���Ϊͼ2��ʾ������������,Ϊ����ϵ�������,EmotΪ����������,EdchgΪ����������;�ƶ�������,Ϊ����ϵ��������,EgenΪ�����������,EchgΪ���������������drvΪ����ϵ��еЧ��,��motΪ�������Ч��,��genΪ�������Ч��,��dchgΪ��طŵ�Ч��,��chgΪ��س��Ч�ʡ�

ͼ2 ���綯�γ�����������Fig.2 Energy flowing of pure electric vehicle
1.4 �ĵ�������

������������������,�ɵõ���������������ĺĵ���Ϊ

�ƶ������л��յ��ĵ�ص���Ϊ

���ڴ��綯�γ�,��ʵ�����й����е���͵��Ч����ʵʱ�仯��,ȡ��ƽ��Ч��,��ʽ(3)(4)����ʽ(5)(6)��

��������,���綯�γ��ĵ���Ϊ

2 ��������DZ������

Ϊ�˷�����������DZ��,���Ķ����������ܶȦ�regΪ�ƶ�����������Ч�ĵ��������ƶ���������ʱ�ĵ���֮��,����ʽ:

��ʽ(7)(8)(10),��

��ʽ(2)(3)(4),��

ʽ�еij���v����ѭ��������صġ�����ѡȡ3�ֵ��͹���NEDC��Japan 1015��UDDS���з�����ѡȡ���ֵ��ͳ���,������1��ʾ�ij����ؼ�����,����ʽ(11),�����ƶ��������ձ��������������ܶȦ�reg֮��Ĺ�ϵ,��ͼ3��ʾ��

����ͬһ���,J1015�������ƶ���������Ч�����,�������ܶ����,NEDC�������������ܶ���͡�����ͬһ������,����I���������ܶȸ��ڳ���II,�ƶ��������ձ���Խ��,�������ܶȲ��Խ��

��1 �����ؼ�����Table 1 Key parameters and average efficiency of vehicle
ͼ3 ����DZ���Աȷ���Fig.3 Comparative analysis of energy-saving potential
3 �ƶ���������Ч������

���������ƶ�������ԭ��[6],����ѡȡ���ֲ�ͬ���ƶ��������տ��Ʋ���:�������Ʋ��Ժ�Э�����Ʋ����������ƶ���������Ч����

3.1 ���Ʋ���

(1)��������

����װ����ͳĦ���ƶ�ϵͳ�Ĵ��綯�γ�,����ƶ�����Ħ���ƶ����Ƕ��������ġ��ÿ��Ʋ��Ը��ݼ�ʻԱ�����ƶ�ǿ��,��̤����г̷�Χ�ڵ��ڵ���ƶ���,��Ħ���ƶ�����������,�ƶ���������ͼ4��ʾ��


�ƶ��������ձ������������¹�ϵ:

ʽ��:PregΪ��������ƶ�����;PhydΪĦ���ƶ�����;FregΪ��������ƶ���;Fhyd_fΪǰ��Һѹ�ƶ���;Fhyd_rΪ����Һѹ�ƶ���;Tmotor_maxΪ�����������ƶ�����;iΪ������;rΪ��̥�����뾶;zfreeΪ�ƶ�ǿ�����ޡ�

(2)������

Ϊ��ʵ���ƶ������������,��Ҫ��Ħ���ƶ�ϵͳ���иĽ�,ʵ������ѹ�����ָ�ѹ���Ľ���[7],�Ӷ�ͨ��Һѹ���ڵ�Ԫ��ȷ�����ƶ�ѹ��,��Э����ϵ���ƶ���,��֤�ܵ��ƶ��������ʻԱ����,ʵ���ƶ�ǿ�ȵ�һ���ԡ�

�ƶ���������ͼ5��ʾ,��Ҫ��Ϊ�����׶�:�ٵ��ȫ�ƶ��׶Ρ������ƶ�̤��IJ���,�ƶ��ָײ���ѹ,��ͨ�����Ƶ���ƶ��������ʻԱ�ƶ�����,���ƶ��׶�ͨ��������Сǿ�������;��Һѹ�ƶ������׶Ρ����ǵ��ƶ����������,�ƶ���������һ���̶�,��Ҫ����Һѹ�ƶ������в���;�۵�ҺЭ�������׶Ρ����ź���Һѹ�ƶ����ﵽ�����ƶ���Ҫ���,ǰ���ƶ�������������������ƶ�������,ͬʱ,��Ҫ��ǰ���Ͼ����ܵ����õ���ƶ�����


�ƶ��������ձ������������¹�ϵ:

ʽ��:��IΪ�����ƶ�������ʱǰ���ƶ���ռ�ܵ��ƶ����ı���;z1��z2�ֱ�Ϊ�ƶ�ǿ�����ޡ�

ͼ4 �������Ʋ����ƶ�������Fig.4 Braking force allocation of independent
control strategy(ICS)
ͼ5 Э�����Ʋ����ƶ�������Fig.5 Braking force allocation of coordinate
control strategy(CCS)
3.2 �ؼ���������

����ʽ(14)(15)��֪,�ƶ��������տ��Ʋ�����Ӱ����������Ч���Ĺؼ���������:�ƶ�ǿ������(���������е�zfree��Э�������е�z1��z2)�͵������ƶ�����Tmotor_max��

(1)�ƶ�ǿ������

���ڶ������Ʋ���,���ݴ�ͳ�ƶ�ϵͳ�����г����̤���г����ƶ����ٶȵĹ�ϵ,���ݵȱ���ԭ��,����ʽ(16)��������ֵzfree��
sfreezfree=statol��sfreezmax(16)
ʽ��:sfreeΪ�ƶ�̤����г�;stotalΪ�ƶ�̤�����г�;zmaxΪ����ƶ����ٶȡ�
����Э�����Ʋ���,z1��ECE����ȷ��,z2��z1�������ƶ����������������
����ECE����ɵ��ƶ�������ϵ�������ƶ�ǿ��z�Ĺ�ϵ������ͼ6��ʾ,����LΪ���,hΪ���ĸߡ���Сǿ���ƶ�ʱ,������ƶ�������ϵ��û���ϸ������,�ƶ���������ȫ��ǰ���ṩ,��ʱ�ƶ�������ϵ����Ϊ1�����,���ͼ6��A�����=1�ߵ���ཻ��,������Ӧ���ƶ�ǿ�ȼ�Ϊ�ƶ�ǿ������z1��

ͼ6 �ƶ�������ϵ�� �� ���ƶ�ǿ�� �� �Ĺ�ϵ����Fig.6 Relation curve of braking force allocation
rate �� and braking strength ��

z=z2ʱ:Ftotal_f=Fhyd_f+Freg=Mg��z1(17).

Ftotal_r=Ftotal_f��I��Ftotal_f=Mg��z11����I��I(18)
����ʽ(17)(18)�ɵ�z2
z2=Ftotal_f+Ftotal_rM=z1��I(19)
ʽ��:��I=b+hg��z2L,���
z2=��b+b2+4hgLz12hg(20)
(2)�����������ƶ�����
�����������ƶ������ɵ�������Ծ���,�����ƶ�����,��������ڵ�������,�����ڳ��ٽϵ�ʱ,����ƶ�����Ҫ�𽥼�С�˳�,��˵����������ƶ������������¹�ϵʽ:
Tmotor_max=f(n),nmin
Tmax,nmin��n��nbase
9550Pmax/n,n>nbase
(21)
ʽ��:f(n)������ת�ٱ仯�����Ժ���;TmaxΪ��Ť����ʱ���������ƶ�����;PmaxΪ�㹦����ʱ���������ƶ�����;nminΪ����˳������ת������,nbaseΪ������١�
��������ת��֮��Ĺ�ϵ����:
v=2��n60��rwheeli(22)
��ʽ(21)(22)��
Tmotor_max=F(v),vmin
Tmax,vmin��v��vbase
1000Pmaxrwheelv��i,v>vbase(23)
ʽ��:F(v)��֮��Ĺ�ϵ,��ʽ(11)��������ʽ(14)(15),���복�������͵�����������,���Գ���v���������ٶ�dv/dtΪ���������亯��,���ұ����������ƶ�ǿ������ȷ������˿�����ʽ�����������ܶȦ�reg:
��reg=����~2drv��~gen��~chg��~mot��~dchg��PT<0��PTdt��PT>0PTdt
(24)
��PT<0PTdt/��PT>0PTdt=
��PT<0��vdt��Mg��f+��PT<0��v3dt��CDA��/2+��PT<0��vdvdtdt����M��PT>0vdt��Mg��f+��PT>0v3dt��CDA��/2+��PT>0vdvdtdt����M(25).

4 �������
4.1 Simulink����ƽ̨

��ͼ7��ʾ,��Matlab/Simulink�н�������ģ��,����Ϊѭ���������ݺ���������,ͨ�������ƶ��������ձ���������Ȩֵ,������������ܶȡ�����,�ƶ��������ձ����ֱ�Ͷ������Ʋ��Ժ�Э�����Ʋ��Խ��м���,����Ȩֵ��Ҫ����ѭ�������ij��ٺͼ��ٶȼ��㡣

ͼ7 �����������ͼFig.7 Flow chart of simulation
4.2 Cruise����ƽ̨

��������Cruise����ƽ̨��Ŀ������֤�����ƶ���������Ч�����㷽������Ч�ԡ���Cruise�н�������ģ�ͺͿ��Ʋ���ģ��,ͨ�����治ͬ��������ͬ���Ͳ����Ͳ�ͬ���Ʋ����µ������ĵ���,�ɼ����������ܶ�,����ʽ

ʽ��:Q1Ϊδ�����ƶ��������չ��ܵ������ĵ���;Q2Ϊ�����ƶ��������չ��ܵ������ĵ�����

4.3 �������

ѡȡ���������Ͳ���,�ֱ���NEDC��UDDS��J1015ѭ��������,�Զ������Ʋ��Ժ�Э�����Ʋ��Խ����˶Աȷ���,��������ͼ8��ʾ,����I���������ܶ�������Ҫ���ڳ���II,����ͬһ����,NEDC�������������ܶ����,J1015�����Ը���UDDS����,���2������������������DZ��һ�¡����ļ��㷽����Simulink��������Cruise�ķ��������,����,����һ��,�ܹ��ܺõط�ӳ��������Ч��,��ȫ������������DZ��������Ҫ��

�Գ���I��NEDC�����µķ�����Ϊ��,������ͬ���Ʋ����µ��ƶ��������ձ���,����Cruise����ƽ̨�Ա�,��ͼ9��ʾ��

�ԱȽ������,����������ƶ��������ձ������㷽��,��Cruise�п��Ʋ���ʵ�ֵ��ƶ���������һ�µ�,�����ƶ���������Ч�����������Ҫ��

ͼ8 �������ܶȷ������Աȷ���Fig.8 Energy-saving rate analysis
ͼ9 �ƶ��������ձ������Աȷ���Fig.9 Analysis of braking energy recovery ratio��
5 ������

ͨ���Դ��綯�γ������������ķ���,�����������ĵ����빤������������������Ч���Լ��ƶ��������ձ���֮��ĺ�����ϵ,�о��������й����Գ����ƶ��������յĽ���DZ��Ӱ��ϴ�,�������ƶ����������������,���Ͳ�����Ӱ��Ҳ�����󡣻��ڶ��ƶ���������Եķ���,��һ�������ƶ��������ձ���,����Matlab/Simulink��������ģ��,����������ܶȵļ���,����AVL/Cruise���������жԱȷ���,����������ķ����ܺܺõط�ӳ��������Ч��,��ȫ������������DZ��������Ҫ��

�����
[1] Ehsani Mehrdad, Gao Yi-min, Emadi Ali. Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory, and Design[M]. 2nd ed. New York: CRC Press, 2009. [��������:1]
[2] Hano Sunao, Hakiai Motomu. New challenges for brake and modulation systems in hybrid electric vehicles (HEVs) and electric vehicles (EVs)[C]��SAE Paper, 2011-39-7210. [��������:1]
[3] Sovran Gino. The impact of regenerative braking on the powertrain-delivered energy required for vehicle propulsion[C]��SAE Paper, 2011-01-0891. [��������:1]
[4] Sovran Gino, Blaser Dwight. Quantifying the potential impacts of regenerative braking on a vehicles tractive-fuel consumption for the U. S. ,European, and Japanese driving schedules[C]��SAE Paper, 2006-01-0664. [��������:1]
[5] Mitschke Manfred. Dynamik der Kraftfahrzeuge[M]. Berlin: Springer, 2004. [��������:1]
[6] Gao Yi-min, Chu Liang, Ehsani Mehrdad. Design and control principles of hybrid braking system for EV, HEV and FCV[C]��Proceedings of the Vehicle Power and Propulsion Conference, 2007: 384-391. [��������:1]
[7] Oshima Toshiaki, Fujiki Noriaki, Nakao Seiji. Development of an electrically driven intelligent brake system[C]��SAE Paper, 2011-01-0568. [��������:1]