電動汽車機電復(fù)合制動力分析

趙維武

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車的保有量越來越高，由汽車的發(fā)展而帶來的問題越來越多，傳統(tǒng)汽車的能源消耗十分迅速，帶來的污染也越來越大。我們要不斷思考改善能源危機和環(huán)境問題，新動能的電動汽車因此而產(chǎn)生，其優(yōu)秀的節(jié)能效果和零污染的產(chǎn)出受到了大家的喜愛，復(fù)合制動系統(tǒng)是電動汽車制動的重要部分，詳細分析電動汽車復(fù)合制動力。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?電動汽車;復(fù)合制動系統(tǒng);再生制動系統(tǒng)

[中圖分類號] ?U469.72 ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）25-0278-02

目前電動汽車作為新能源汽車的寵兒，不斷研究其技術(shù)來支撐電動汽車的發(fā)展。但電池技術(shù)還沒有發(fā)展到高效能和低價格的水平，要不斷開發(fā)電動汽車的節(jié)能功能來支持汽車的行駛里程。復(fù)合制動是指將再生制動和液壓制動相結(jié)合制動方式。再生制動能夠產(chǎn)生制動力矩，并且具有回收動能作用，而液壓制動只是一直以來汽車采用的常用制動系統(tǒng)，通過兩種系統(tǒng)相結(jié)合的方式，既可以保證汽車機動所需要的足夠能力，也可以通過再生制動來回收更多的能量，達到節(jié)約能源的效果，怎樣才能讓這兩種制動系統(tǒng)相互配合，達到良好的制動效果？文中描述了電動汽車復(fù)合制動的原理。

一、電動汽車機電復(fù)合制動的意義

電動汽車復(fù)合制動是目前熱門的研究之一，為什么要研究電動汽車機電復(fù)合制動，它的作用體現(xiàn)在哪里？可以從以下幾個方面來講：（1）能源危機已經(jīng)不再是一個遙遠的問題了，這個危機已經(jīng)擺在了我們的眼前。我國的石油產(chǎn)量正在一點一點地減少，傳統(tǒng)汽車主要是由石油供能，對石油的消耗不容小覷。然而，我國對汽車的需求仍在不斷增加。（2）我國的石油產(chǎn)量只會越來越少，那今后將以什么來作為我國汽車的主要供能材料呢？這就促使我們不斷研究新的能源作為汽車的動能支撐，電能就是我們首選的能源之一。目前已經(jīng)研發(fā)出了純電動汽車，主要以電力作為動力支撐。使用電能，同時還能夠降低對環(huán)境的污染，利用石油供能的傳統(tǒng)汽車產(chǎn)生的排放物會給環(huán)境帶來非常大的污染，由于交通對環(huán)境造成的污染高達20%以上，這是一個不容小看的環(huán)境問題。使用電動汽車可以達到零污染的效果，這也是我們不斷研發(fā)新能源汽車的重要原因。（3）我國的汽車越來越多，隨之而來的就是交通安全問題，更加優(yōu)化的自動系統(tǒng)能夠保證車輛的運行，保證交通安全。

二、機電復(fù)合制動的優(yōu)勢

傳統(tǒng)汽車一般采用的是液壓系統(tǒng)來使汽車進行制動，液壓系統(tǒng)在制動過程中消耗的能源是比較大的，在汽車制動時，液壓系統(tǒng)的反應(yīng)較慢，不但會消耗許多能量，同時，制動時間也很長，很明顯，這樣的制動方式不是最優(yōu)的。當使用液壓系統(tǒng)來進行制動，制動時所損耗的能量是不可逆的，發(fā)現(xiàn)了這個特點。在開發(fā)和研究電動汽車的制動系統(tǒng)時，對其傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)制動方式進行改良，通過回收制動時所消耗的能量，就產(chǎn)生了再生制動系統(tǒng)，再生制動系統(tǒng)的優(yōu)勢在于反應(yīng)速度快，可以把制動的能量回收到電池或者是儲能元件上，正所謂取長補短，利用再生制動系統(tǒng)的優(yōu)勢彌補液壓制動系統(tǒng)的缺點，也就形成了機電復(fù)合制動系統(tǒng)。機電復(fù)合制動系統(tǒng)的優(yōu)勢在于制動反應(yīng)快，并且能源消耗低，電動汽車從長遠角度來看，能夠緩解我國的能源問題，而機電復(fù)合制動是電動汽車發(fā)展的核心技術(shù)。

三、國內(nèi)外的相關(guān)研究

無論是國外還是國內(nèi)對電動汽車的研究都是非常熱衷的，目前混合動力汽車和純動力汽車在許多汽車產(chǎn)業(yè)都開始投入產(chǎn)出，如豐田的特拉斯系列就是目前非常受歡迎的新能源汽車。國內(nèi)也有許多汽車企業(yè)在不斷研究機電復(fù)合制動技術(shù)開發(fā)新能源汽車，如比亞迪E6就是其中的代表。對機電復(fù)合制動系統(tǒng)的研究，各國都提出了一些新的想法與科研成果，韓國學者提出了再生制動協(xié)同控制算法，這樣的辦法通過半實物的仿真檢驗，暫時這樣的辦法可以同時實現(xiàn)可行性高、能量回收率也高的效果。美國學者討論和研究了前后軸再生制動系統(tǒng)和液壓制動系統(tǒng)制動力分配情況，反復(fù)研究制動的限制條件，開發(fā)出了自動控制器。英國學者則是研究限制再生制動系統(tǒng)的限制因素，發(fā)現(xiàn)其限制再生制動系統(tǒng)的原因有機電功率問題，車輛荷載等一系列的問題。再生制動系統(tǒng)和防抱死制動系統(tǒng)之間會產(chǎn)生一定的影響，且是不好的影響。

四、常見制動力分配策略的優(yōu)缺點

（一）前后軸制動力曲線分配

首先要確定理想制動力的曲線，然后確定總制動力。當前軸所產(chǎn)生的車動力不夠時，則由機械制動來補充，反之后軸的再生制動力不夠時，就用機械制動力來補充。從而使無論在什么時候，前后軸的再生制動力都能夠得到機械制動力的補充，同時在緊急制動的情況下，再生制動力不會發(fā)生作用，直接由機械制動力直接作用。機械制動力采用前后軸制動力曲線分配，這是一種相對理想的制動力分配方式，這種制動力分配方式的穩(wěn)定性非常高，但是其成本也非常高，對汽車的設(shè)備具有非常高的要求，這也就是其成本高的原因。

（二）并行分配

例如，在四驅(qū)電動汽車中調(diào)整前后輪的電機制動力余展車的機械制動力相配合，保證前后軸的總制動力都能夠按照一定的方式分布，并且同時還要保證制動力的比例是一定的。這樣的分配方式就叫作并行分配，通過將液壓制動系統(tǒng)與再生制動系統(tǒng)按照固定的比例分配制動力，就能夠達到復(fù)合制動的效果。這樣的方法雖然非常簡單，實施難度也較低，但是目前能夠進行并行分配的車型并不多，想要推廣和使用并行分配的方式顯然是不現(xiàn)實的。

五、電動汽車機電復(fù)合制動力分析

汽車的運行過程中常常伴隨著制動，制動時要損耗大量的能量，機電復(fù)合制動系統(tǒng)就在回收這些損耗的能量，降低其損耗率實現(xiàn)節(jié)能。機電復(fù)合制動系統(tǒng)是電動汽車延長行駛里程的重要手段，既節(jié)約能耗，又能夠使汽車的行駛效率增加。由于汽車底盤動力學的不斷發(fā)展才產(chǎn)生了如今的制動控制，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等汽車系統(tǒng)的集合控制。電動汽車機電復(fù)合制動力主要解決的問題就是在汽車的制動過程中保證其平穩(wěn)性，確保汽車在行駛過程中的安全。

（一）汽車車輪的運動狀態(tài)分析

車輪會產(chǎn)生縱向和橫向力，當車輪所受到的力不均衡時就會產(chǎn)生擺動，在制動過程中汽車車輪會受到縱向和橫向的力，制動時應(yīng)當充分以車輪的運動狀態(tài)為依據(jù)。與傳統(tǒng)的汽車相比電動汽車的前輪在附著系數(shù)低的路面制動時會容易抱死，電機回饋的力矩會影響電動汽車的穩(wěn)定性從而會影響行車安全。

（二）再生制動系統(tǒng)的原理

汽車的前后輪車軸上引入電機再生制動系統(tǒng)，通過電機控制器和機械制動器相結(jié)合的方式，在車輛制動時由整車控制器進行控制來實現(xiàn)再生制動。再生制動系統(tǒng)主要是由兩個部分組成，一個是能源再生部分，另一個是汽車制動的環(huán)節(jié)。當汽車進行制動時，汽車并不會馬上停止，而是還會繼續(xù)向前行駛一段距離才能夠完全停止下來。在制動時，車輪的轉(zhuǎn)動可以帶動汽車中的電機轉(zhuǎn)動，而電機轉(zhuǎn)動切割磁感線就能夠產(chǎn)生電流，這些所產(chǎn)生的電能就是再生電能。在電機內(nèi)所進行的切割磁感線運動會產(chǎn)生磁阻力矩，這就會給車輪一個制動力。回收儲存起來的電能在車輛進行重新驅(qū)動加速時要能夠轉(zhuǎn)化為動能，這樣就實現(xiàn)了再生利用。再生制動力可以延長自動系統(tǒng)的壽命，因為吸收了制動時所產(chǎn)生的力，減少了機械摩擦制動器的磨損。再生制動力會由于車速和電機約束問題在運行過程當中提供的制動力距比不上傳統(tǒng)液壓制動所提供的力矩。

（三）液壓制動原理

制動器由磁軛、勵磁線圈、彈簧、制動盤、銜鐵、花鍵套、安裝螺釘?shù)冉M成，制動器安裝在設(shè)備的法蘭盤（或電動機）的后端伸;傳動軸與花鍵套與制動盤聯(lián)結(jié)。制動器的勵磁線圈接通額定電壓（DC）時，電磁力吸合銜鐵，使銜鐵與制動盤脫離（釋放），這時傳動軸帶著制動盤正常運轉(zhuǎn)或啟動，當傳動系統(tǒng)分離或斷電時，制動器也同時斷電，此時彈簧施壓于銜鐵，迫使制動盤與銜鐵及法蘭盤之間產(chǎn)生摩擦力矩，使傳動軸快速停轉(zhuǎn)。在制動器散熱環(huán)境較差，傳動軸又是長時間連續(xù)工作時，如果條件允許，則可在制動器工作后，保持電壓轉(zhuǎn)換為70%～80%的額定電壓，以減少發(fā)熱。液壓制動的制動能力是非常強的。液壓制動系統(tǒng)是通過產(chǎn)生摩擦力來達到制動效果的，利用真空助力器將制動主缸中的液壓油泵入制動輪缸，使制動器產(chǎn)生巨大的摩擦力。液壓制動系統(tǒng)運用的原理簡單，易于實現(xiàn)，其成本也比再生制動系統(tǒng)的成本低，它所能夠產(chǎn)生的制動力能夠彌補再生制動系統(tǒng)制動力不足的問題。

（四）電動汽車的儲能裝置

雖然目前許多汽車產(chǎn)業(yè)都在使用的儲能裝置，飛輪儲能結(jié)構(gòu)是由功率變換器、電網(wǎng)、電動機、飛輪、外部負載器組成的，飛輪是一種將電能轉(zhuǎn)化為動能的裝置。當電動機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)時就能夠?qū)Υ娴碾娔苻D(zhuǎn)化為動能。需要為汽車供電時，飛輪又能夠釋放其動能轉(zhuǎn)化為電能為汽車供電。飛輪儲能結(jié)構(gòu)是再生制動系統(tǒng)的重要組成部分，是再生制動系統(tǒng)的儲能裝置之一。超級電容也是電動汽車的儲能裝置之一，但是超級電容的價格高，能量也低，額定電壓低及控制性的也并不是特別好，最主要的是成本太高，會抬高電動汽車的整體價格。所以采用超級電容的電動汽車并不是特別多。

（五）踏板型復(fù)合制動系統(tǒng)

在駕駛過程中，駕駛員通過松開加速踏板，觸動再生制動系統(tǒng)電機，制動系統(tǒng)開始運作。踏板型復(fù)合制動系統(tǒng)擁有疊加式和協(xié)調(diào)式兩種系統(tǒng)，疊加式指的就是直接將行駛過程中產(chǎn)生的摩擦力轉(zhuǎn)化為再生制動力矩作用于車輪，從而實現(xiàn)復(fù)合制動。將摩擦制動力與電制動力直接結(jié)合在一起，這個過程簡單不復(fù)雜，但是有可能由于結(jié)合的不合理，從而引起車輛制動不合理的問題。協(xié)調(diào)系統(tǒng)則是靈活調(diào)整電制動力與摩擦制動力的結(jié)合比例，從而實現(xiàn)更高效率地回收制動能量。提高踏板型復(fù)合制動系統(tǒng)的平穩(wěn)性是一個復(fù)雜過程，提高它的平穩(wěn)性才能夠使電動汽車在運行過程當中向傳統(tǒng)汽車制動時一樣擁有良好的制動效率。

綜上所述，電動汽車作為新能源汽車的一個開端，還需要不斷地研究，電動汽車機電復(fù)合制動目前已經(jīng)取得了一定的成效，再生制動系統(tǒng)作為一個能量回收系統(tǒng)，有非常高的應(yīng)用價值，但是再生制動力不足的問題又會影響汽車的動力以及安全問題，結(jié)合液壓制動系統(tǒng)能夠很好地彌補再生制動力不足的問題。但是，仍要繼續(xù)研究再生制動力與機械制動力的比例分配問題，再生制動力制動原理與機械制動力制動原理是有沖突的地方的，要尋找一個再生制動力與機械制動力平衡的點才能夠真正實現(xiàn)電動汽車機電復(fù)合制動的最優(yōu)化。

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編輯 趙瑞峰