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(lái)越高，由汽車的發(fā)展而帶來(lái)的問(wèn)題越來(lái)越多，傳統(tǒng)汽車的能源消耗十分迅速，帶來(lái)的污染也越來(lái)越大。我們要不斷思考改善能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題，新動(dòng)能的電動(dòng)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(ài)，復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車制動(dòng)的重要部分，詳細(xì)分析電動(dòng)汽車復(fù)合制動(dòng)力。

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

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

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

一、電動(dòng)汽車機(jī)電復(fù)合制動(dòng)的意義

電動(dòng)汽車復(fù)合制動(dòng)是目前熱門的研究之一，為什么要研究電動(dòng)汽車機(jī)電復(fù)合制動(dòng)，它的作用體現(xiàn)在哪里？可以從以下幾個(gè)方面來(lái)講：（1）能源危機(jī)已經(jīng)不再是一個(gè)遙遠(yuǎn)的問(wèn)題了，這個(gè)危機(jī)已經(jīng)擺在了我們的眼前。我國(guó)的石油產(chǎn)量正在一點(diǎn)一點(diǎn)地減少，傳統(tǒng)汽車主要是由石油供能，對(duì)石油的消耗不容小覷。然而，我國(guó)對(duì)汽車的需求仍在不斷增加。（2）我國(guó)的石油產(chǎn)量只會(huì)越來(lái)越少，那今后將以什么來(lái)作為我國(guó)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(dòng)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(dòng)汽車，主要以電力作為動(dòng)力支撐。使用電能，同時(shí)還能夠降低對(duì)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(huì)給環(huán)境帶來(lái)非常大的污染，由于交通對(duì)環(huán)境造成的污染高達(dá)20%以上，這是一個(gè)不容小看的環(huán)境問(wèn)題。使用電動(dòng)汽車可以達(dá)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(guó)的汽車越來(lái)越多，隨之而來(lái)的就是交通安全問(wèn)題，更加優(yōu)化的自動(dòng)系統(tǒng)能夠保證車輛的運(yùn)行，保證交通安全。

二、機(jī)電復(fù)合制動(dòng)的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)汽車一般采用的是液壓系統(tǒng)來(lái)使汽車進(jìn)行制動(dòng)，液壓系統(tǒng)在制動(dòng)過(guò)程中消耗的能源是比較大的，在汽車制動(dòng)時(shí)，液壓系統(tǒng)的反應(yīng)較慢，不但會(huì)消耗許多能量，同時(shí)，制動(dòng)時(shí)間也很長(zhǎng)，很明顯，這樣的制動(dòng)方式不是最優(yōu)的。當(dāng)使用液壓系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)所損耗的能量是不可逆的，發(fā)現(xiàn)了這個(gè)特點(diǎn)。在開發(fā)和研究電動(dòng)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，對(duì)其傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)制動(dòng)方式進(jìn)行改良，通過(guò)回收制動(dòng)時(shí)所消耗的能量，就產(chǎn)生了再生制動(dòng)系統(tǒng)，再生制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于反應(yīng)速度快，可以把制動(dòng)的能量回收到電池或者是儲(chǔ)能元件上，正所謂取長(zhǎng)補(bǔ)短，利用再生制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，也就形成了機(jī)電復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)電復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于制動(dòng)反應(yīng)快，并且能源消耗低，電動(dòng)汽車從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，能夠緩解我國(guó)的能源問(wèn)題，而機(jī)電復(fù)合制動(dòng)是電動(dòng)汽車發(fā)展的核心技術(shù)。

三、國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究

無(wú)論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)對(duì)電動(dòng)汽車的研究都是非常熱衷的，目前混合動(dòng)力汽車和純動(dòng)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(guó)內(nèi)也有許多汽車企業(yè)在不斷研究機(jī)電復(fù)合制動(dòng)技術(shù)開發(fā)新能源汽車，如比亞迪E6就是其中的代表。對(duì)機(jī)電復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的研究，各國(guó)都提出了一些新的想法與科研成果，韓國(guó)學(xué)者提出了再生制動(dòng)協(xié)同控制算法，這樣的辦法通過(guò)半實(shí)物的仿真檢驗(yàn)，暫時(shí)這樣的辦法可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)可行性高、能量回收率也高的效果。美國(guó)學(xué)者討論和研究了前后軸再生制動(dòng)系統(tǒng)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力分配情況，反復(fù)研究制動(dòng)的限制條件，開發(fā)出了自動(dòng)控制器。英國(guó)學(xué)者則是研究限制再生制動(dòng)系統(tǒng)的限制因素，發(fā)現(xiàn)其限制再生制動(dòng)系統(tǒng)的原因有機(jī)電功率問(wèn)題，車輛荷載等一系列的問(wèn)題。再生制動(dòng)系統(tǒng)和防抱死制動(dòng)系統(tǒng)之間會(huì)產(chǎn)生一定的影響，且是不好的影響。

四、常見(jiàn)制動(dòng)力分配策略的優(yōu)缺點(diǎn)

（一）前后軸制動(dòng)力曲線分配

首先要確定理想制動(dòng)力的曲線，然后確定總制動(dòng)力。當(dāng)前軸所產(chǎn)生的車動(dòng)力不夠時(shí)，則由機(jī)械制動(dòng)來(lái)補(bǔ)充，反之后軸的再生制動(dòng)力不夠時(shí)，就用機(jī)械制動(dòng)力來(lái)補(bǔ)充。從而使無(wú)論在什么時(shí)候，前后軸的再生制動(dòng)力都能夠得到機(jī)械制動(dòng)力的補(bǔ)充，同時(shí)在緊急制動(dòng)的情況下，再生制動(dòng)力不會(huì)發(fā)生作用，直接由機(jī)械制動(dòng)力直接作用。機(jī)械制動(dòng)力采用前后軸制動(dòng)力曲線分配，這是一種相對(duì)理想的制動(dòng)力分配方式，這種制動(dòng)力分配方式的穩(wěn)定性非常高，但是其成本也非常高，對(duì)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(dòng)汽車中調(diào)整前后輪的電機(jī)制動(dòng)力余展車的機(jī)械制動(dòng)力相配合，保證前后軸的總制動(dòng)力都能夠按照一定的方式分布，并且同時(shí)還要保證制動(dòng)力的比例是一定的。這樣的分配方式就叫作并行分配，通過(guò)將液壓制動(dòng)系統(tǒng)與再生制動(dòng)系統(tǒng)按照固定的比例分配制動(dòng)力，就能夠達(dá)到復(fù)合制動(dòng)的效果。這樣的方法雖然非常簡(jiǎn)單，實(shí)施難度也較低，但是目前能夠進(jìn)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(shí)的。

五、電動(dòng)汽車機(jī)電復(fù)合制動(dòng)力分析

汽車的運(yùn)行過(guò)程中常常伴隨著制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)要損耗大量的能量，機(jī)電復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)就在回收這些損耗的能量，降低其損耗率實(shí)現(xiàn)節(jié)能。機(jī)電復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車延長(zhǎng)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(dòng)力學(xué)的不斷發(fā)展才產(chǎn)生了如今的制動(dòng)控制，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等汽車系統(tǒng)的集合控制。電動(dòng)汽車機(jī)電復(fù)合制動(dòng)力主要解決的問(wèn)題就是在汽車的制動(dòng)過(guò)程中保證其平穩(wěn)性，確保汽車在行駛過(guò)程中的安全。

（一）汽車車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析

車輪會(huì)產(chǎn)生縱向和橫向力，當(dāng)車輪所受到的力不均衡時(shí)就會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)，在制動(dòng)過(guò)程中汽車車輪會(huì)受到縱向和橫向的力，制動(dòng)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分以車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為依據(jù)。與傳統(tǒng)的汽車相比電動(dòng)汽車的前輪在附著系數(shù)低的路面制動(dòng)時(shí)會(huì)容易抱死，電機(jī)回饋的力矩會(huì)影響電動(dòng)汽車的穩(wěn)定性從而會(huì)影響行車安全。

（二）再生制動(dòng)系統(tǒng)的原理

汽車的前后輪車軸上引入電機(jī)再生制動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)電機(jī)控制器和機(jī)械制動(dòng)器相結(jié)合的方式，在車輛制動(dòng)時(shí)由整車控制器進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。再生制動(dòng)系統(tǒng)主要是由兩個(gè)部分組成，一個(gè)是能源再生部分，另一個(gè)是汽車制動(dòng)的環(huán)節(jié)。當(dāng)汽車進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，汽車并不會(huì)馬上停止，而是還會(huì)繼續(xù)向前行駛一段距離才能夠完全停止下來(lái)。在制動(dòng)時(shí)，車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)可以帶動(dòng)汽車中的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，而電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)內(nèi)所進(jìn)行的切割磁感線運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生磁阻力矩，這就會(huì)給車輪一個(gè)制動(dòng)力?；厥諆?chǔ)存起來(lái)的電能在車輛進(jìn)行重新驅(qū)動(dòng)加速時(shí)要能夠轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，這樣就實(shí)現(xiàn)了再生利用。再生制動(dòng)力可以延長(zhǎng)自動(dòng)系統(tǒng)的壽命，因?yàn)槲樟酥苿?dòng)時(shí)所產(chǎn)生的力，減少了機(jī)械摩擦制動(dòng)器的磨損。再生制動(dòng)力會(huì)由于車速和電機(jī)約束問(wèn)題在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中提供的制動(dòng)力距比不上傳統(tǒng)液壓制動(dòng)所提供的力矩。

（三）液壓制動(dòng)原理

制動(dòng)器由磁軛、勵(lì)磁線圈、彈簧、制動(dòng)盤、銜鐵、花鍵套、安裝螺釘?shù)冉M成，制動(dòng)器安裝在設(shè)備的法蘭盤（或電動(dòng)機(jī)）的后端伸;傳動(dòng)軸與花鍵套與制動(dòng)盤聯(lián)結(jié)。制動(dòng)器的勵(lì)磁線圈接通額定電壓（DC）時(shí)，電磁力吸合銜鐵，使銜鐵與制動(dòng)盤脫離（釋放），這時(shí)傳動(dòng)軸帶著制動(dòng)盤正常運(yùn)轉(zhuǎn)或啟動(dòng)，當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)分離或斷電時(shí)，制動(dòng)器也同時(shí)斷電，此時(shí)彈簧施壓于銜鐵，迫使制動(dòng)盤與銜鐵及法蘭盤之間產(chǎn)生摩擦力矩，使傳動(dòng)軸快速停轉(zhuǎn)。在制動(dòng)器散熱環(huán)境較差，傳動(dòng)軸又是長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作時(shí)，如果條件允許，則可在制動(dòng)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(dòng)的制動(dòng)能力是非常強(qiáng)的。液壓制動(dòng)系統(tǒng)是通過(guò)產(chǎn)生摩擦力來(lái)達(dá)到制動(dòng)效果的，利用真空助力器將制動(dòng)主缸中的液壓油泵入制動(dòng)輪缸，使制動(dòng)器產(chǎn)生巨大的摩擦力。液壓制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)用的原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，其成本也比再生制動(dòng)系統(tǒng)的成本低，它所能夠產(chǎn)生的制動(dòng)力能夠彌補(bǔ)再生制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力不足的問(wèn)題。

（四）電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能裝置

雖然目前許多汽車產(chǎn)業(yè)都在使用的儲(chǔ)能裝置，飛輪儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)是由功率變換器、電網(wǎng)、電動(dòng)機(jī)、飛輪、外部負(fù)載器組成的，飛輪是一種將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的裝置。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)就能夠?qū)?chǔ)存的電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。需要為汽車供電時(shí)，飛輪又能夠釋放其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能為汽車供電。飛輪儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)是再生制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，是再生制動(dòng)系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置之一。超級(jí)電容也是電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能裝置之一，但是超級(jí)電容的價(jià)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(huì)抬高電動(dòng)汽車的整體價(jià)格。所以采用超級(jí)電容的電動(dòng)汽車并不是特別多。

（五）踏板型復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)

在駕駛過(guò)程中，駕駛員通過(guò)松開加速踏板，觸動(dòng)再生制動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)，制動(dòng)系統(tǒng)開始運(yùn)作。踏板型復(fù)合制動(dòng)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(guò)程中產(chǎn)生的摩擦力轉(zhuǎn)化為再生制動(dòng)力矩作用于車輪，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合制動(dòng)。將摩擦制動(dòng)力與電制動(dòng)力直接結(jié)合在一起，這個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)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(dòng)不合理的問(wèn)題。協(xié)調(diào)系統(tǒng)則是靈活調(diào)整電制動(dòng)力與摩擦制動(dòng)力的結(jié)合比例，從而實(shí)現(xiàn)更高效率地回收制動(dòng)能量。提高踏板型復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)性是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，提高它的平穩(wěn)性才能夠使電動(dòng)汽車在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中向傳統(tǒng)汽車制動(dòng)時(shí)一樣擁有良好的制動(dòng)效率。

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

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編輯 趙瑞峰