隨著地球環(huán)境的變化，世界各國制定了嚴厲的法規(guī)以限制機動車的尾氣污染物排放。有限的石油資源和日益提高的環(huán)保意識也促使汽車和摩托車必須降低燃油消耗和排放。我國摩托車年產(chǎn)量和保有量年年攀升，節(jié)能與環(huán)保問題尤其突出。但摩托車受技術(shù)、成本及空間等方面的影響，降低油耗和排放的技術(shù)不及在汽車上成熟，所以有必要開發(fā)出適合我國國情的摩托車新技術(shù)，使摩托車行業(yè)得以進一步健康發(fā)展。
一、混合動力摩托車 混合動力摩托車指的是由兩種或兩種以上的動力作為驅(qū)動源的摩托車。目前我國摩托車主要是由汽油發(fā)動機驅(qū)動，受成本的限制，這種發(fā)動機是化油器供油，于節(jié)油、環(huán)保都不利。在我國，電動摩托車得到了一定的發(fā)展，技術(shù)相對比較成熟，所以以汽油發(fā)動機和電動機作為驅(qū)動源具有廣闊的發(fā)展空間。混合動力摩托車可通過下列途徑達到節(jié)油目的：選擇較小功率發(fā)動機；取消發(fā)動機怠速；控制發(fā)動機在高效區(qū)工作；發(fā)動機斷油；適當增大電池SOC（State of Charge）窗口；回收再生摩托車制動圈能量。
二、摩托車制動圈能量回收技術(shù) 當車輛滑行或制動時，傳統(tǒng)摩托車通過機械制動器系統(tǒng)將車輛的動能轉(zhuǎn)化為熱能，消耗在轉(zhuǎn)動鼓（盤）上而浪費掉。混合動力摩托車由于加裝了電機系統(tǒng)，在車輛滑行或制動時，可利用電機吸收能量，回饋到電池組中儲存起來。為了最大限度地回收再生制動能量，控制策略應(yīng)是優(yōu)先由電機再生制動，當電機滿足不了整車制動強度或電池的SOC達到最大限值時，機械制動參與工作以實現(xiàn)制動的可靠性。在制動過程中，整車控制策略分配制動力矩，實現(xiàn)電機最大限度地回收再生制動能量。研究表明，電機再生制動能量的回收可節(jié)油5％-12％。
三、制動能量回收控制策略
1、摩托車制動圈能量回收控制邏輯 制動能量回收系統(tǒng)控制的目標是，在維持車輛原有制動性能和滿足駕駛員制動要求的基礎(chǔ)上，最大程度地回收車輛的動能。 制動能量回收系統(tǒng)工作時，首先根據(jù)制動踏板位移來判別駕駛員的制動需求，然后根據(jù)制動要求和車輛以及路面狀況來確定后輪摩擦制動扭矩和回收制動扭矩。在滿足駕駛員要求和車輪不趨于抱死的情況下，在驅(qū)動輪上應(yīng)盡量增大由電機提供的回收制動扭矩。當回收制動扭矩低于駕駛員所需求的制動扭矩時，為了滿足駕駛員的制動需求，應(yīng)使用摩擦制動裝置產(chǎn)生摩擦制動扭矩。在這種情況下回收制動扭矩和摩擦制動扭矩配合工作，達到制動目的。圖1所示為回收制動控制模塊內(nèi)部的控制邏輯。 在制動能量回收系統(tǒng)中，回收制動控制模塊根據(jù)電機的扭矩特征，決定可回收制動扭矩的范圍，并傳遞給摩擦制動模塊。摩擦制動模塊根據(jù)駕駛員制動需求，按保持摩托車的方向穩(wěn)定性和最大化能量回收的原則來初步?jīng)Q定前、后輪之間的制動力比例和數(shù)值，以及回收制動力和摩擦制動力之間的比例和數(shù)值。之后，摩擦制動控制模塊將計算出來的所需回收制動扭矩的量值傳遞給回收制動控制模塊，回收制動控制模塊再據(jù)此去控制電機回收制動能量。如果電機的回收制動扭矩已經(jīng)達到其最大值時還不能滿足驅(qū)動輪上的制動需求，則剩余部分的制動力矩由作用于該輪的摩擦制動來補充。如果作用于電機的實際回收制動扭矩為零，則驅(qū)動輪上所有的制動需求都由該輪的摩擦制動來滿足。
2、摩托車制動圈能量回收的約束條件 實用的能量回收系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：
（1）滿足制動的安全要求，符合駕駛員的制動習慣。制動過程中，對安全的要求是第一位的，需要找到電剎車和機械制動的最佳覆蓋區(qū)間，在確保安全的前提下，盡可能多地回收能量。具有能量回收系統(tǒng)的電動摩托車，其制動過程應(yīng)盡可能地與傳統(tǒng)的制動過程近似，這將保證在實際應(yīng)用中回收系統(tǒng)有吸引力，可以為大眾所接受。
（2）考慮驅(qū)動電機的發(fā)電工作特性和輸出能力。電動摩托車中常用的是永磁直流電機或感應(yīng)異步電機，應(yīng)針對不同電機的發(fā)電效率特性，采取相應(yīng)的控制手段。
（3）確保電池組在充電過程中的安全，防止過充。電動摩托車中常用的電池為鎳氫電池、鋰電池和鉛酸電池，充電時，避免因充電電流過大或充電時間過長而損害電池。
由以上分析可得能量回收的約束條件：
（1）根據(jù)電池放電深度的不同，電池可接受的最大充電電流。
（2）電池可接受的最大充電時間。
（3）能量回收停止時電機的轉(zhuǎn)速及與此相對應(yīng)的充電電流值。
四、控制系統(tǒng)的設(shè)計
1、硬件設(shè)計 本系統(tǒng)控制中心要完成的工作是：對車速的測量計算、駕駛員對制動踏板力度的測量（這一步可以通過測量摩托車制動圈位置的方法來求出）、對油門位置的確認、電池狀態(tài)的檢測。為完成以上工作，并確保其可靠性、耐久性，必須要對系統(tǒng)硬件進行精心設(shè)計。 系統(tǒng)以ATMEGA16 8位單片為控制核心，有四個信號輸入。
A、選擇PD6為車速傳感器輸入，利用ATMEGA16的16位加計數(shù)定時器/計數(shù)器T/C1的輸入捕獲功能，計算兩次輸入脈沖的時間差，從而求出車速。車速傳感器用霍爾傳感器AH20檢測，車輪轉(zhuǎn)一周則AH20發(fā)出一次脈沖，輸出圖形如圖3。 通過測出t2和t1時間差，即： Δt=t2-t1 從而可得車速：V＝2πR/Δt 其中：R為車輪的半徑
B、油門位置傳感器用一個觸點開關(guān)表示，聯(lián)接MEGA16的PD4腳，當油門踏板不工作時，PD4腳為高電平，工作時PD4接地，此時PD4為低電平，表示油門踏板已經(jīng)工作。
C、制動踏板信號用滑變電阻代替，當滑變電阻值改變時，其兩端電壓亦隨其改變，通過測量其兩端電壓值就可知道當前制動踏板所處的位置。 制動踏板傳感器輸出接到MEGA16的PA0腳，MEGA16PA針腳帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，根據(jù)制動踏板位置傳感器輸出電壓大小，就可以對駕駛員需要的制動力大小進行判斷。
D、電池信號用美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS2438蓄電池測量芯片來采集，通過DS2438對蓄電池的信息采集便可知蓄電池所處的狀態(tài)（可充電或不可充電），從而達到保護蓄電池的目的。 DS2438是美國DALLAS公司近年生產(chǎn)的Battery Monitor系列芯片的一種專門用于電池檢測的微電子芯片，該芯片內(nèi)部集成了溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、電流積分器等電路，具有測量電池溫度、電壓、電流和累計電量等多項功能，測量功能強大且價格低廉，是一種高性能價格比的測量芯片。 DS2438為了跟蹤測量電池的剩余電量而使用了一個集成電路累加器ICA（Integrated Current Accumulator）。ICA是一個累積電池組投入使用后的全部流入和流出電池電流的寄存器。所以ICA的值可以表示為電池的剩余電量。如上所述，電池電流是通過每27.46ms測量一次外接電阻Rsens上的電壓獲得的。根據(jù)此值的正、負而將其在ICA寄存器中加入或減除。ICA是一個8二進制位的計數(shù)器，它綜合了每次測得的外接電阻Rsens上的電壓。格式如下表所示: 正常情況下充滿電的電池電量是1C。剩余電量可由下式計算得出： 剩余電量＝ICA×0.01（Ahr）
E、顯示部分由LCD1602顯示，其具有兩行16字符的顯示能力，能滿足系統(tǒng)的顯示要求。系統(tǒng)主要顯示電池狀態(tài)（剩余電量、充電或放電）、當前車速等信息，使駕駛員對制動回收系統(tǒng)進行實時監(jiān)控。
2、軟件設(shè)計 要完成對制動回收系統(tǒng)的控制，須完成對制動踏板位置、油門位置及車速的確認和測量。軟件采用模塊化的設(shè)計方法，即把功能分為若干個小部分，最后將各部分組合應(yīng)用。
本軟件可分為：測速模塊、制動踏板位置測量模塊和油門位置確認模塊、電池控制測量模塊、顯示模塊等。此外加上一個主程序構(gòu)成系統(tǒng)軟件。五、試驗結(jié)果分析 試驗用車是自行設(shè)計的混合動力摩托車，裝有100ml排量的發(fā)動機，350W功率的電機，供電電壓為36V～48V，經(jīng)過道路試驗和標定，所研究開發(fā)的摩托車制動回收技術(shù)能如期實現(xiàn)。
1、制動距離 摩托車制動性能直接關(guān)系到駕駛員生命安全，因而其制動性能好壞應(yīng)是混合動力摩托車制動能量回收系統(tǒng)可行性的重要評判指標。在電池電量SOC為40％時，將實驗車從0km加速到35km/s，有/無制動功能回收系統(tǒng)制動距離對比。按GB5358《摩托車制動性能試驗方法》或GB4562《輕便摩托車制動性能試驗方法》進行。
2、蓄電池能量消耗 起始以蓄電池SOC為100％開始，經(jīng)過五次試驗，每次兩輛車的行駛條件和行駛距離都一樣，在完成50km距離后，蓄電池容量如表2所示。 通過對比制動距離和蓄電池能量消耗可知，制動能量回收系統(tǒng)在混合動力摩托車上的應(yīng)用是可行的，并且很有發(fā)展?jié)摿Α?nbsp;
六、結(jié)束語 混合動力摩托車具有節(jié)能、環(huán)保等特點，適合現(xiàn)階段我國的國情，具有很高的推廣價值。而混合動力摩托車中的制動能量回收技術(shù)更是實現(xiàn)混合動力摩托車節(jié)油的關(guān)鍵技術(shù)。在今天，汽油摩托車生產(chǎn)技術(shù)已相對成熟，誰先擁有先進的技術(shù)誰就將是行業(yè)明天的佼佼者。■
