混合动力电动汽车主动悬架能量回收系统的研究
摘要
本文探讨了混合动力电动汽车（HEV）主动悬架（AS）能量回收系统。为此，利用大量的模拟和控制方法，建立混合动力电动汽车动力总成和主动悬架系统于一体的仿真模型。运用混合能量储存系统（ESS），即包括电化学电池和超级电容器（UCs）的能量储存系统。仿真结果表明，主动悬架能量回收系统提高了燃油经济性。此外，通过使用混合能量储存系统，主动悬架的负荷波动从电池转移到了超级电容器，这反过来又会提高电池效率和寿命。
关键词：主动悬架（AS），能源再生，混合动力电动汽车（HEV），混合能量储存系统（ESS）。
1 导言
环境问题和燃油价格上升都加速了近年来汽车低排放和高燃油效率全球趋势。在这个方面，混合动力电动汽车（HEV），成为传统汽车的发展方向之一。混合动力电动汽车采用两个（或更多）的能量源及其相关能量转换器，以产生驱动车辆和操作附件的动力。电器元件的使用为车辆动力学，安全性和性能的改进提供了新机会[1] - [3]。此外，因为有了能量储存系统，混合动力电动汽车为子系统提供了能源再生能力。制动能量回收系统[4] [5]已成功运用于混合动力电动汽车。这一系统在制动或减速时将汽车动能的一部分转化。在这种方法中，牵引电机作为发电机使制动力矩作用于车轮，并在同一时间，为电池充电。
另外，主动悬架（AS）系统是改善车辆舒适性和安全性[6]子系统之一。然而，这一系统在传统车辆的应用中遇到了一些问题。在传统汽车中主动悬架是由汽车的发动机（ICE）驱动。在这种情况下，发动机需要时间来调整作用于主动悬架的负载。如果这些负载变化超出发动机的调整能力，则悬架将暂时无法正常运行，汽车会反应迟钝。如果，另一方面，汽车的负荷减少过快，就会发生过激反应。
此外，在悬架系统中，车身的一些部分能量由悬架节气阀将动能转化为热能。悬架系统减震器温度的增加证明了这一点[8]。我们可将部分悬架能量通过机电机构加以利用和储存。然而，传统的车辆不具备用这种再生电能所需的部件。
尽管有一些以前的文章，探讨了传统汽车和电动车的主动悬架能量回收[9]，但还没有混合动力电动汽车的研究报告。
参考文献
[1] C. Geng, L. Mostefai, M. Denai, and Y. Hori, “Direct yaw-moment control of an in-wheel-motored electric vehicle based on body slip angle fuzzy observer,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 5, pp. 1411–1419, May 2009.
[2] Y. Yamaguchi and T. Murakami, “Adaptive control for virtual steering
characteristics on electric vehicle using steer-by-wire system,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 5, pp. 1585–1594, May 2009.
[3] D.-J. Kim, K.-H. Park, and Z. Bien, “Hierarchical longitudinal controller for rear-end collision avoidance,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 54, no. 2, pp. 805–817, Apr. 2007.
[4] Y. Gao, L. Chen, and M. Ehsani, “Investigation of the effectiven ESS of egenerative braking of EV and HEV,” presented at the Society of Automotive Engineers Meeting, Costa Mesa, CA, 1999, Paper SAE-1999-01- 2910.
[5] M.-J. Yang, H.-L. Jhou, B.-Y. Ma, and K.-K. Shyu, “A cost-effective method of electric brake with energy regeneration for electric vehicles,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 6, pp. 2203–2212, Jun. 2009.
[6] D. Fischer and R. Isermann, “Mechatronic semi-active and active vehicle suspensions,” Control Eng. Pract., vol. 12, no. 11, pp. 1353–1367, Nov. 2004.
[7] R. B. Mard, S. D. Fassois, and J. A. Levitt, “A polynomial-algebraic method for non-stationary TARMA signals analysis—Part II: Application to modeling and predicting power consumption in automobile active suspension systems,” Signal Process, vol. 65, no. 1, pp. 21–38, Feb. 1998.
[8] P. Hsu, “Power recovery property of electrical active suspension systems,” in Proc. 31st IECEC, 1996, pp. 1899–1904. 96024.
[9] I. Martins, J. Esteves, G. D. Marques, and F. P. d. Silva, “Permanentmagnets linear actuator applicability in automobile active suspensions,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 55, no. 1, pp. 86–94, Jan. 2006.
