電動汽車磁粉制動控制技術的研究

西安思源學院 楊 燕 王浩軍 李 秋

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電動汽車磁粉制動控制技術的研究

西安思源學院 楊 燕 王浩軍 李 秋

【摘要】隨著電動汽車的發(fā)展，汽車的制動性能的優(yōu)略顯得尤為突出。本文對磁粉制動器的工作特性進行了研究，提出了將磁粉制動器來用于電動汽車制動的基本方案，并對其優(yōu)缺點進行了對比。

【關鍵詞】電動汽車；磁粉；制動

新能源汽車尤其是純電動汽車是汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢，電動汽車的復合制動系統(tǒng)也是2015年陜西省科技計劃的重點項目。作為反映汽車性能優(yōu)劣的重要指標——制動性能，正是與公共交通安全息息相關的重要指標。目前電動汽車制動主要由ABS控制提供相應的機械摩擦制動力和再生制動兩種形式，這兩種方式均存在機械磨損和能量損耗。本文主要研究將磁粉制動技術用于電動汽車制動系統(tǒng)中，并對其可行性和優(yōu)缺點進行了分析。

1 電動汽車的常用制動方式

1.1 普通汽車的制動方式

汽車制動系統(tǒng)是使運行中的汽車依據司機的要求進行強行減速，直至停車；或者使已停止的汽車在各類不同的路況前提下能夠穩(wěn)定的駐車；或者使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定。汽車制動系統(tǒng)分為行車制動裝置和停車制動裝置兩套。

按照制動的動力能源區(qū)分，制動系還可分為人力制動系、動力制動系、和伺服制動系等三種。我們主要研究動力制動系部分，該部分以發(fā)動機動力所轉化的氣壓或者液壓能源作為制動能源，傳統(tǒng)的內燃機汽車一般都是從發(fā)動機進氣歧管獲取真空助力的。

制動器是汽車制動系中用來阻止車輛運動或運動趨勢的部件。目前，各種汽車所使用的制動器均為摩擦制動器。常用的制動器有兩種，一種為鼓式制動器，又稱為“鼓剎”。 鼓式剎車普遍用于后輪驅動的卡車上。另一種制動器為盤式制動器，又稱為“碟剎”，碟式剎車的主要用于轎車制動。

1.2 電動汽車的制動方式

電動汽車的制動方式與普通汽車基本相同，但也有不同于普通內燃車的地方。

第一，電動汽車可以在制動時，實現能量回饋再生。電動汽車制動時，電機運行在發(fā)電狀態(tài)，將汽車的部分動能轉化為電能，給蓄電池充電，可以延長電動汽車的續(xù)航時間。國外有關研究表明，在某些大中型城市中，道路普遍存在擁堵現象，造成汽車頻繁的制動與起動，如果能回收制動能量，即可使電動汽車的行駛距離延長10%～30%。目前國內關于制動能量回收的研究還處在初級階段。

第二，電動車因為發(fā)動機總成部分被拆除，其制動器無法從發(fā)動機進氣歧管獲得真空助力，當前采用液壓制動系統(tǒng)的電動汽車，會加裝電動真空泵來產生真空助力，真空助力器安裝在制動踏板和制動主缸之間，由踏板控制推桿來進行操縱。

有些電動車還使用了電子制動系統(tǒng)，這套系統(tǒng)不需要液壓系統(tǒng)，制動踏板將制動信號傳遞給ESP控制單元，該系統(tǒng)會使卡鉗動作進行制動?？ㄣQ內集成了電機和電控系統(tǒng)、齒輪機構、活塞以及駐車制動。這種系統(tǒng)的特點是響應速度較快，但制動力比傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)要小一些，常用作后輪制動。

基于電動汽車制動時以上的特點，本文對磁粉制動器用于電動汽車制動進行研究。

2 磁粉制動器工作原理和特性分析

磁粉制動器是一種在定子和轉子之間的工作間隙中填充磁粉，借助電磁吸力產生的磁粉間的結合力和磁粉與工作面之間摩擦力傳遞動力和運動，并能控制調節(jié)轉矩的制動裝置。磁粉制動器的實物見圖1。

圖1 磁粉制動器

圖2 磁粉制動器的工作曲線

由于磁粉制動器是根據電磁原理來工作的，并且是利用磁粉來傳遞扭矩的。其激磁電流和傳遞扭矩的關系基本呈線性。其工作特性曲線如圖2所示。

磁粉制動器在同滑差無關的情況下能夠傳遞轉矩，具有結構簡單、反應速度快、污染小、無噪音、無沖擊振動和節(jié)約能源等優(yōu)點，是一種多用途、性能優(yōu)越的自動控制元件。

磁粉制動器具有以下功能特性，有利于其使用在電動汽車的制動部件上：①轉矩的控制范圍廣，控制精度高，轉矩和激磁電流呈正比例，可實現高精度的控制。②適合高頻運轉應答敏捷快速及特別的散熱構造，適合高頻度運轉使用。③重量輕、免保養(yǎng)、壽命長型式簡潔，使用耐高溫線圈及特殊油脂軸承，并針對易生磨耗的電樞施以耐磨特殊處理，可以延長使用壽命。

3 利用磁粉制動器作為電動汽車制動的可行性分析

磁粉制動器用途十分廣泛，根據磁粉制動器的轉矩特性，只須調節(jié)激磁電流，即可達到控制制動時間，或改變制動過程曲線的目的。實際應用包括大型傳輸設備、起重機、軋機、紡織和印刷機械等的操作。磁粉制動器因為靜摩擦系數和動摩擦系數幾乎相等，所以完全連結時不會產生震蕩，可以根據負載加減速度；磁粉制動器可以達到連續(xù)滑動運轉，得到安定的扭力，無鳴叫音，且熱容量很

大。為了達到良好的散熱特性，磁粉制動器一般采用鋁合金構造，而且材質的退磁性優(yōu)良，反應速度快；運行平穩(wěn)、而且各種運動狀態(tài)下，均無振動、無沖擊、無噪聲。

基于磁粉制動器以上的優(yōu)點，因此它可以適用于電動汽車的制動。而且由于其用直流電作激磁電源這在電動汽車更容易實現。

但是磁粉制動器在工作特性上也有以下的缺點：磁粉制動器在長期停滯過程中，磁粉常常會匯聚到一處，可能會使制動器出現“卡死”現象，目前常用的解決措施為，將制動器整體翻動，使磁粉松散開來，或用杠桿撬動。在電動汽車上應考慮長期不使用時，磁粉的聚集現象會帶來的安全隱患，應采取可靠的措施來避免卡死現象。同時磁粉制動器初次使用前，應通以30%的額定電流，運轉10秒鐘后斷電再通電，反復多次，保證磁粉均勻分布和流動性。而且磁粉制動器不支持使用徑向承受主傳動力的安裝方式；其不能超轉矩和轉速使用，否則磁粉壽命會急劇下降，或者出現漏粉、卡死的現象。

基于磁粉制動器以上的使用限制，若用于電動汽車制動，還要對磁粉制動器進行進一步的改造，以滿足電動汽車制動性能的要求。

4 總結

磁粉制動器具有反應速度快、無污染、無噪音、節(jié)約能源等優(yōu)點，是一種多用途、性能優(yōu)越的自動控制元件。在保證安全性的前提下，電動汽車磁粉制動優(yōu)點是可提高能量利用率外，還有減小機械、液壓等制動方式的機械磨損，可實現更加精確的制動控制，以及降低傳統(tǒng)汽車制動過程中因溫度升高而產生的制動熱衰退現象等。

參考文獻

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作者簡介：

楊燕（1971-），女，陜西人，碩士，高級工程師，西安思源學院工學院教學副院長。