电动汽车机电复合制动力分析
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作者:赵维武
[摘 要] 随着汽车工业的快速发展，汽车的保有量越来越高，由汽车的发展而带来的问题越来越多，传统汽车的能源消耗十分迅速，带来的污染也越来越大。我们要不断思考改善能源危机和环境问题，新动能的电动汽车因此而产生，其优秀的节能效果和零污染的产出受到了大家的喜爱，复合制动系统是电动汽车制动的重要部分，详细分析电动汽车复合制动力。
[关 键 词] 电动汽车;复合制动系统;再生制动系统
[中图分类号] U469.72 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）25-0278-02
目前电动汽车作为新能源汽车的宠儿，不断研究其技术来支撑电动汽车的发展。但电池技术还没有发展到高效能和低价格的水平，要不断开发电动汽车的节能功能来支持汽车的行驶里程。复合制动是指将再生制动和液压制动相结合制动方式。再生制动能够产生制动力矩，并且具有回收动能作用，而液压制动只是一直以来汽车采用的常用制动系统，通过两种系统相结合的方式，既可以保证汽车机动所需要的足够能力，也可以通过再生制动来回收更多的能量，达到节约能源的效果，怎样才能让这两种制动系统相互配合，达到良好的制动效果？文中描述了电动汽车复合制动的原理。
一、电动汽车机电复合制动的意义
电动汽车复合制动是目前热门的研究之一，为什么要研究电动汽车机电复合制动，它的作用体现在哪里？可以从以下几个方面来讲：（1）能源危机已经不再是一个遥远的问题了，这个危机已经摆在了我们的眼前。我国的石油产量正在一点一点地减少，传统汽车主要是由石油供能，对石油的消耗不容小觑。然而，我国对汽车的需求仍在不断增加。（2）我国的石油产量只会越来越少，那今后将以什么来作为我国汽车的主要供能材料呢？这就促使我们不断研究新的能源作为汽车的动能支撑，电能就是我们首选的能源之一。目前已经研发出了纯电动汽车，主要以电力作为动力支撑。使用电能，同时还能够降低对环境的污染，利用石油供能的传统汽车产生的排放物会给环境带来非常大的污染，由于交通对环境造成的污染高达20%以上，这是一个不容小看的环境问题。使用电动汽车可以达到零污染的效果，这也是我们不断研发新能源汽车的重要原因。（3）我国的汽车越来越多，随之而来的就是交通安全问题，更加优化的自动系统能够保证车辆的运行，保证交通安全。
二、机电复合制动的优势
传统汽车一般采用的是液压系统来使汽车进行制动，液压系统在制动过程中消耗的能源是比较大的，在汽车制动时，液压系统的反应较慢，不但会消耗许多能量，同时，制动时间也很长，很明显，这样的制动方式不是最优的。当使用液压系统来进行制动，制动时所损耗的能量是不可逆的，发现了这个特点。在开发和研究电动汽车的制动系统时，对其传统的液压系统制动方式进行改良，通过回收制动时所消耗的能量，就产生了再生制动系统，再生制动系统的优势在于反应速度快，可以把制动的能量回收到电池或者是储能元件上，正所谓取长补短，利用再生制动系统的优势弥补液压制动系统的缺点，也就形成了机电复合制动系统。机电复合制动系统的优势在于制动反应快，并且能源消耗低，电动汽车从长远角度来看，能夠缓解我国的能源问题，而机电复合制动是电动汽车发展的核心技术。
三、国内外的相关研究
无论是国外还是国内对电动汽车的研究都是非常热衷的，目前混合动力汽车和纯动力汽车在许多汽车产业都开始投入产出，如丰田的特拉斯系列就是目前非常受欢迎的新能源汽车。国内也有许多汽车企业在不断研究机电复合制动技术开发新能源汽车，如比亚迪E6就是其中的代表。对机电复合制动系统的研究，各国都提出了一些新的想法与科研成果，韩国学者提出了再生制动协同控制算法，这样的办法通过半实物的仿真检验，暂时这样的办法可以同时实现可行性高、能量回收率也高的效果。美国学者讨论和研究了前后轴再生制动系统和液压制动系统制动力分配情况，反复研究制动的限制条件，开发出了自动控制器。英国学者则是研究限制再生制动系统的限制因素，发现其限制再生制动系统的原因有机电功率问题，车辆荷载等一系列的问题。再生制动系统和防抱死制动系统之间会产生一定的影响，且是不好的影响。
四、常见制动力分配策略的优缺点
（一）前后轴制动力曲线分配
首先要确定理想制动力的曲线，然后确定总制动力。当前轴所产生的车动力不够时，则由机械制动来补充，反之后轴的再生制动力不够时，就用机械制动力来补充。从而使无论在什么时候，前后轴的再生制动力都能够得到机械制动力的补充，同时在紧急制动的情况下，再生制动力不会发生作用，直接由机械制动力直接作用。机械制动力采用前后轴制动力曲线分配，这是一种相对理想的制动力分配方式，这种制动力分配方式的稳定性非常高，但是其成本也非常高，对汽车的设备具有非常高的要求，这也就是其成本高的原因。
（二）并行分配
例如，在四驱电动汽车中调整前后轮的电机制动力余展车的机械制动力相配合，保证前后轴的总制动力都能够按照一定的方式分布，并且同时还要保证制动力的比例是一定的。这样的分配方式就叫作并行分配，通过将液压制动系统与再生制动系统按照固定的比例分配制动力，就能够达到复合制动的效果。这样的方法虽然非常简单，实施难度也较低，但是目前能够进行并行分配的车型并不多，想要推广和使用并行分配的方式显然是不现实的。 五、电动汽车机电复合制动力分析
汽车的运行过程中常常伴随着制动，制动时要损耗大量的能量，机电复合制动系统就在回收这些损耗的能量，降低其损耗率实现节能。机电复合制动系统是电动汽车延长行驶里程的重要手段，既节约能耗，又能够使汽车的行驶效率增加。由于汽车底盘动力学的不断发展才产生了如今的制动控制，转向系统等汽车系统的集合控制。电动汽车机电复合制动力主要解决的问题就是在汽车的制动过程中保证其平稳性，确保汽车在行驶过程中的安全。
（一）汽车车轮的运动状态分析
车轮会产生纵向和横向力，当车轮所受到的力不均衡时就会产生摆动，在制动过程中汽车车轮会受到纵向和横向的力，制动时应当充分以车轮的运动状态为依据。与传统的汽车相比电动汽车的前轮在附着系数低的路面制动时会容易抱死，电机回馈的力矩会影响电动汽车的稳定性从而会影响行车安全。
（二）再生制动系统的原理
汽车的前后轮车轴上引入电机再生制动系统，通过电机控制器和机械制动器相结合的方式，在车辆制动时由整车控制器进行控制来实现再生制动。再生制动系统主要是由两个部分组成，一个是能源再生部分，另一个是汽车制动的环节。当汽车进行制动时，汽车并不会马上停止，而是还会继续向前行驶一段距离才能够完全停止下来。在制动时，车轮的转动可以带动汽车中的电机转动，而电机转动切割磁感线就能够产生电流，这些所产生的电能就是再生电能。在电机内所进行的切割磁感线运动会产生磁阻力矩，这就会给车轮一个制动力。回收储存起来的电能在车辆进行重新驱动加速时要能够转化为动能，这样就实现了再生利用。再生制动力可以延长自动系统的寿命，因为吸收了制动时所产生的力，减少了机械摩擦制动器的磨损。再生制动力会由于车速和电机约束问题在运行过程当中提供的制动力距比不上传统液压制动所提供的力矩。
（三）液压制动原理
制动器由磁轭、励磁线圈、弹簧、制动盘、衔铁、花键套、安装螺钉等组成，制动器安装在设备的法兰盘（或电动机）的后端伸;传动轴与花键套与制动盘联结。制动器的励磁线圈接通额定电压（DC）时，电磁力吸合衔铁，使衔铁与制动盘脱离（释放），这时传动轴带着制动盘正常运转或启动，当传动系统分离或断电时，制动器也同时断电，此时弹簧施压于衔铁，迫使制动盘与衔铁及法兰盘之间产生摩擦力矩，使传动轴快速停转。在制动器散热环境较差，传动轴又是长时间连续工作时，如果条件允许，则可在制动器工作后，保持电压转换为70%～80%的额定电压，以减少发热。液压制动的制动能力是非常强的。液压制动系统是通过产生摩擦力来达到制动效果的，利用真空助力器将制动主缸中的液压油泵入制动轮缸，使制动器产生巨大的摩擦力。液压制动系统运用的原理简单，易于实现，其成本也比再生制动系统的成本低，它所能够产生的制动力能够弥补再生制动系统制动力不足的问题。
（四）电动汽车的储能装置
虽然目前许多汽车产业都在使用的储能装置，飞轮储能结构是由功率变换器、电网、电动机、飞轮、外部负载器组成的，飞轮是一种将电能转化为动能的装置。当电动机带动飞轮高速旋转时就能够将储存的电能转化为动能。需要为汽车供电时，飞轮又能够释放其动能转化为电能为汽车供电。飞轮储能结构是再生制动系统的重要组成部分，是再生制动系统的储能装置之一。超级电容也是电动汽车的储能装置之一，但是超级电容的价格高，能量也低，额定电压低及控制性的也并不是特别好，最主要的是成本太高，会抬高电动汽车的整体价格。所以采用超级电容的电动汽车并不是特别多。
（五）踏板型复合制动系统
在驾驶过程中，驾驶员通过松开加速踏板，触动再生制动系统电机，制动系统开始运作。踏板型复合制动系统拥有叠加式和协调式两种系统，叠加式指的就是直接将行驶过程中产生的摩擦力转化为再生制动力矩作用于车轮，从而实现复合制动。将摩擦制动力与电制动力直接结合在一起，这个过程简单不复杂，但是有可能由于结合的不合理，从而引起车辆制动不合理的问题。协调系统则是灵活调整电制动力与摩擦制动力的结合比例，从而实现更高效率地回收制动能量。提高踏板型复合制动系统的平稳性是一个复杂过程，提高它的平稳性才能够使电动汽车在运行过程当中向传统汽车制动时一样拥有良好的制动效率。
综上所述，电动汽车作为新能源汽车的一个开端，还需要不断地研究，电动汽车机电复合制动目前已经取得了一定的成效，再生制动系统作为一个能量回收系统，有非常高的应用价值，但是再生制动力不足的问题又会影响汽车的动力以及安全问题，结合液压制动系统能够很好地弥补再生制动力不足的问题。但是，仍要继续研究再生制动力与机械制动力的比例分配问题，再生制动力制动原理与机械制动力制动原理是有冲突的地方的，要寻找一个再生制动力与机械制动力平衡的点才能够真正实现电动汽车机电复合制动的最优化。
参考文献：
[1]何明前，胡晓敏，范世军.基于LTC4000的锂电池充电模块[J].兵工自动化，2015，34（1）：76-78.
[2]谭伟，李新宏，李耀昌.软包锂电池自动真空注液系统研究[J].机电工程技术，2017，46（8）：61-63.
[3]仇斌，陈全世，张开斌.北京市区电动轻型客车制能量回收潜力[J].機械工程学报，2005，41（12）：87-91.
编辑 赵瑞峰
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