制动电动汽车制动技术主要不足与解决思路要求

摘 要：阐述电动汽车制动面临的一些关键问题并提供一些解决思路，提出在今后的研究中应该注意的若干问题。
关键词：电动汽车制动 关键问题 解决思路
1007-3973（2013）008-055-02

1 电动汽车与再生制动技术

在环境污染和能源危机越来越严重的趋势下，人们将目光投向以电动汽车为代表的新能源汽车研究。电动汽车以电机作为主驱动装置，而再生制动是电机的固有特性，可以同时实现节能与电气制动两个目的。再生制动能量回收技术的原理是，在车辆减速或制动时，使驱动电动机工作于发电机工况，将车辆的一部分动能转化为电能并回馈至蓄能装置。

2 电动汽车制动要解决的关键问题

2.1 制动稳定性

电动汽车必须实现不同工况、不同制动强度下的可靠制动。仅凭借电机再生制动是不够的，故需要保留传统的机械摩擦制动系统。当在传统制动系统中加入电机再生制动时，车辆前后轴制动力的分配发生改变，若电动汽车是前轴驱动，前轴制动力过大先抱死，车辆失去方向稳定性；若电动汽车是后轴驱动，后轴制动力过大先抱死，车辆会出现后轴侧滑甩尾的危险。

2.2 制动能量回收

电动汽车在制动过程中，期望最大限度回收能量，然而制动能量的回收受到诸多限制，主要影响因素有：电机特性、储能装置、控制策略、使用环境等。

2.3 制动平顺性及制动感觉一致性

电机工作在发电模式下的再生制动，其特点是响应快且易于精确控制，而传统的制动系统响应迟滞且不便于精确控制，因此，二者复合制动时存在电气制动的实时性与传统制动系统迟滞性之间的矛盾。由于这种矛盾的存在，当电气制动力加入或者退出时，会引起总制动力波动，影响踏板位移使驾驶员难以掌握，也影响制动过程的平顺性。

3 解决思路

上述关键问题是互相联系的，在解决这些问题时应该全面分析考虑。本文主要从结构及硬件和控制策略两方面提出的一些解决思路。

3.1 从结构及硬件上

（1）现代汽车基本都加入了防抱死制动系统（ABS）及牵引力控制系统（ASR）。从结构上看，传统的制动系统结构复杂，元器件多，制动管路长，不可避免对制动的响应迟缓，也不利于机电液一体化控制。近年来兴起了一种新的制动技术，即线控制动系统，用电子元件代替了传统制动系统中的部分机械元件，合理设计电子控制系统的程序使电控元件控制制动力的大小与制动力的分配，从而实现与传统控制元件等效的ABS/ASR等功能。因此，可以将线控制动系统应用于电动汽车制动。
（2）选择性能良好的电机是使电动汽车具有良好制动性能的关键因素之一。在电动汽车研究领域，开关磁阻电机因其结构简单、成本小、运行可靠、调速范围宽、效率高等优良的性能以及永磁体材料上涨的影响，受到各国研究者的青睐，发展潜力巨大。目前，对于开关磁阻电机的电动运行工况研究较多，而对其制动/发电工况研究较少，加大这方面的研究对于电动汽车制动无疑具有重

源于：论文网站www.udooo.com

要价值。
（3）能量回收装置直接影响电动汽车的能量回收效能。能量回收途径主要有三种：机械蓄能，如飞轮；蓄电池蓄能，如蓄电池；液压蓄能，如液压蓄能器。应用于电动汽车的能量回收装置主要有：蓄电池、超级电容、飞轮、液压蓄能器。这些能量回收装置各有优缺点，可以根据车辆用途、可用空间等单独或者复合使用，复合能量回收系统可以弥补单一能量回收系统的不足。电池与超级电容、液压蓄能器、飞轮相结合的复合能量回收系统的研究是目前解决能量回收问题的主要方向之一。

3.2 制动控制策略上

电动汽车制动控制策略的最终目标是在保证汽车安全性的情况下实现制动能量回收的最大化和驾驶员感觉的最优化。制动力分配策略是制动能量回收控制策略的首要问题，电机制动所起的作用越大则越能提高能量回收效率。
目前，电动汽车大多采用再生制动系统和液压制动系统复合的制动系统，根据再生制动系统和液压制动系统的组合方式不同，复合制动系统可分为两种基本控制策略，即串联式和并联式制动控制策略。总的来说，串联式制动控制策略是优先使用再生制动系统，不足部分由液压制动系统补充；并联式制动控制策略是根据制动强度需求决定再生制动系统的使用，即小制动强度时（如制动强度z≤0.1），仅再生制动系统制动，中等制动强度时（0.10.7），仅液压制动系统制动。
以上两种制动策略各有利弊，串联式制动控制策略实现了能量回收的最大化，而且与无再生制动系统的车辆相比，驾驶员具有一致的制动感觉，但是系统复杂，应用技术难度大；并联式制动控制策略工作可靠、结构简单且易实现工程应用，但是能量回收效率较低，而且当再生制动力加入或者退出时，制动力产生较大波动使驾驶员难以掌握。因此，这两种制动控制策略目前还很难界定那个更好，只能视研究对象而定。
再生制动与ABS系统协调制动也是解决电动汽车制动稳定性、能量回收最大化、制动平顺性及制动感觉一致性问题的关键。前一种策略是再生制动不参与防抱死控制，当驱动轮即将抱死时，再生制动停止作用，由传统ABS系统控制车轮防抱死，或者再生制动仍然作用（保持或减小），通过增加从动轮制动力以满足制动需求，防止驱动轮抱死；后一种策略是当驱动轮进入防抱死控制时，再生制动持续起作用，而通过三种形式防抱死：只调节驱动轮上的机械制动力、只调节驱动轮再生制动力、驱动轮上的机械制动力和再生制动力协同动态调节。比如，Yimin Gao和Mehrdad Ehsani提出通过精确设计电机再生制动力门限值使制动能量回收系统与ABS系统兼容工作，并且设计了一套区分紧急制动与常规制动的制动力分配逻辑，通过调节制动器制动转矩和电机制动转矩来实现车轮的防抱死控制与电机能量回馈；李贺提出了在ABS逻辑门限之前，通过分别设置制动滑移率门限值和减速度门限值，提前预测液压制动系统的动作。

4 电动汽车制动研究中应注意的事项

（1）理论到实践的转化研究。例如，在理论和仿真研究过程中，一般都是将制动工况分为一般制动和紧急制动两种或者低等、中等和紧急三种制动强度，分别赋予一定常数进行分析研究。应该考虑如何在实践中实现。
（2）制动感觉一致性的评价标准。国外学者通过不同的驾驶员驾驶同一辆电动汽车，建立数据库进行统计分析，然后制定评价准则。国内李玉芳、吴炎花定义了电-液复合制动电动汽车的制动感觉一致性并分析了影响因素，得到了实现其制动感觉一致性的必要条件，并设计了具有制动感觉一致性的电-液复合制动系统。但是，这方面所做的研究还很少。
（3）电动汽车在特殊路况制动的研究。比如冰雪、泥水路面，持续下坡等。
参考文献：
何洪文.电动汽车原理与构造[M].北京：机械工业出版社，2012.
林慕义，孙大刚，李春超.轮式工程机械新型电液制动系统[J].工程机械，2004（1）：39-41.
[3] 赵国柱.电动汽车再生制动若干关键问题研究[D].南京：南京航空航天大学，2012.
[4] Yimin Gao and Ehsani M.Electronic Braking System of EV And HEV—Integration of Regenerative Braking， Automatic Braking Force Control and ABS[J].SAE paoer，2001-01-24（78）.
[5] 李贺. 纯电动汽车的再生制动系统与ABS集成控制策略研究[D].武汉：武汉理工大学，2012.
[6] 李玉芳，吴炎花.电-液复合制动电动汽车制动感觉一致性及实现方法[J].中国机械工程，2012，23（4）：488-492.