西安思源學(xué)院 楊 燕 王浩軍 李 秋

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電動汽車磁粉制動控制技術(shù)的研究

西安思源學(xué)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(guān)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(fù)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(biāo)——制動性能，正是與公共交通安全息息相關(guān)的重要指標(biāo)。目前電動汽車制動主要由ABS控制提供相應(yīng)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(shù)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(jù)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(zhuǎn)化的氣壓或者液壓能源作為制動能源，傳統(tǒng)的內(nèi)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(qū)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(nèi)燃車的地方。

第一，電動汽車可以在制動時，實現(xiàn)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(zhuǎn)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(guān)研究表明，在某些大中型城市中，道路普遍存在擁堵現(xiàn)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(nèi)關(guān)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(dāng)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(chǎn)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(nèi)集成了電機和電控系統(tǒng)、齒輪機構(gòu)、活塞以及駐車制動。這種系統(tǒng)的特點是響應(yīng)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(zhuǎn)子之間的工作間隙中填充磁粉，借助電磁吸力產(chǎn)生的磁粉間的結(jié)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(diào)節(jié)轉(zhuǎn)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(jù)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(guān)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(guān)的情況下能夠傳遞轉(zhuǎn)矩，具有結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)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(zhuǎn)矩的控制范圍廣，控制精度高，轉(zhuǎn)矩和激磁電流呈正比例，可實現(xiàn)高精度的控制。②適合高頻運轉(zhuǎn)應(yīng)答敏捷快速及特別的散熱構(gòu)造，適合高頻度運轉(zhuǎn)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(jù)磁粉制動器的轉(zhuǎn)矩特性，只須調(diào)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(yīng)用包括大型傳輸設(shè)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(shù)和動摩擦系數(shù)幾乎相等，所以完全連結(jié)時不會產(chǎn)生震蕩，可以根據(jù)負載加減速度；磁粉制動器可以達到連續(xù)滑動運轉(zhuǎn)，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(gòu)造，而且材質(zhì)的退磁性優(yōu)良，反應(yīng)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(xiàn)。

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(xiàn)“卡死”現(xiàn)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(yīng)考慮長期不使用時，磁粉的聚集現(xiàn)象會帶來的安全隱患，應(yīng)采取可靠的措施來避免卡死現(xiàn)象。同時磁粉制動器初次使用前，應(yīng)通以30%的額定電流，運轉(zhuǎn)10秒鐘后斷電再通電，反復(fù)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(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速使用，否則磁粉壽命會急劇下降，或者出現(xiàn)漏粉、卡死的現(xiàn)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(jié)

磁粉制動器具有反應(yīng)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(xiàn)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(chǎn)生的制動熱衰退現(xiàn)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(xué)院工學(xué)院教學(xué)副院長。