新能源汽車線控串行復合制動系統設計方案

周旭

【摘要】 制動過程中能夠具備再生制動控制進行能量回收是新能源汽車具有的重要節能方法。當前很多新能源汽車上通常采用并聯式制動系統即電機制動與機械制動按照某種比例分配，這種制動系統中電機制動力不能完全被利用即電制動力較小，因此在考慮充分利用電機的再生制動制動力，采用基于線控技術的串行制動系統是新能源汽車發展的必然趨勢。

【關鍵詞】 新能源汽車 線控技術 串行復合制動系統 再生制動力

一、線控技術

汽車線控技術（by-wire）就是將駕駛員的操縱動作經過傳感器變成電信號，通過電纜直接傳輸到執行機構的一種系統。傳統的操縱汽車的方式是：當駕駛員踩制動、踩油門、換擋、打轉向盤時，都是通過機械機構來操縱汽車。而線控技術則是將動作轉化為電信號，由電線來傳遞指令操縱汽車。

線控技術是在控制單元和執行器之間用電子裝置取代傳統的機械連接裝置或液壓連接裝置，由電線取代機械傳動部件，取消了機械結構。線控系統的基本結構原理是：駕駛員的操縱指令通過人機接口轉換為電信號傳到執行機構，控制執行機構的動作；傳感器感知功能裝置的狀態，通過電信號傳給人機接口，反饋給駕駛員。

二、并行復合制動系統

復合制動系統作為新能源汽車的關鍵技術，能有效地提高整車的經濟性能，因而受到國內外各汽車企業和研究機構的高度重視。目前，新能源汽車的復合制動系統主要分為電液并行復合制動系統和基于線控制動的電液串行復合制動系統兩種型式。電液并行復合制動系統的特點是無需對傳統摩擦制動系統進行改造，電機的再生制動力僅在制動過程中成比例地疊加在原摩擦制動之上，系統可靠性高。

并行復合制動系統，在制動踏板開度很小時，由于制動踏板的自由行程使機械制動力矩存在一段死區，之后隨踏板開度增加而制動力矩增大。這與傳統汽車的制動方式是一致的。而電機的制動力矩一直隨踏板開度增加而緩慢增大。這兩種制動力力矩在相互疊加形成最終的車輪制動力矩，與機械制動不同的是，在踏板開度為零的情況下，也存在一定的電機制動力矩，這時存在制動能量回收。但并行復合制動系統在工作過程中存在下面幾個問題： ①滑行能量回收雖然有利于經濟性，但從駕駛舒適性角度來說，扭矩要小一點，避免由于滑行能量回收導致速度降低太快，而讓駕駛員踩油門踏板，得不償失。 ②在機械制動力矩和電機制動力矩合成中，車輪制動扭矩未考慮車速變化帶來的影響。在實際中，車速較高可增大電機制動力矩；車速較低時可減小電機制動力矩，但總趨勢不變。 因此，并行復合制動系統雖然結構、控制簡單但能量回收率低，對于新能源汽車的節能要求并不理想。

三、基于線控技術的串行復合制動系統方案

基于線控技術的電液串行復合制動系統能夠在不依賴于駕駛員對制動踏板操作的情況下對汽車前后軸的摩擦制動力獨立控制。因此，車輛制動時可首先將電機的再生制動能力發揮到極限，然后再根據需要施加摩擦制動力。因此該系統能夠盡可能多地回收制動能量。一個功能完備的串行復合制動系統必須具備以下功能；①保證制動安全性；②有效地回收制動能量；③駕駛員有明顯感覺；④制動力可控的液壓制動系統結構；⑤可靠的機械備份制動能力。

根據以上復合制動系統的功能分析，提出一種新型的機電雙用制動閥方案，此制動閥可完成制動系統液壓的線控，并具備機械備份制動能力，系統可靠性高。

正常線控制動過程中，當踏板位移增加時，控制比例電磁閥電流增加，輸出電磁力將閥芯向右移動，打開P口，高壓油通向制動輪缸，制動管路壓力增加。制動管路壓力通過油道反饋到閥芯的右端，形成反饋力。當反饋力與電磁力平衡時，閥芯再次回到中位，制動管路壓力保持。當駕駛員放松制動踏板，在踏板感覺彈簧的作用下踏板位置減小，電子控制器控制比例電磁線圈電流減小，從而電磁力減小，反饋力將閥芯左推，T口與A口接通，制動管路壓力下降。

本方案中，液壓控制模塊直接獨立地控制前后輪的液壓制動力，制動液壓升高和降低完全線控，駕駛員踏板與制動管路的連接完全斷開，駕駛員的踏板感覺靠踏板感覺彈簧提供。因此，在復合制動過程中，與并行復合制動系統不同，當駕駛員踩下制動踏板時，制動踏板位置傳感器將制動踏板位移量轉變為電壓信號傳遞給ECU。ECU首先通過降低驅動電機電源電壓的方式來產生電機制動力矩并給動力電池充電。只有在電機制動力矩不能滿足車輪制動要求時，液壓制動系統才參與到制動過程中。ECU根據駕駛員制動需求判斷液壓制動系統是否參與到制動過程中。當電機制動力矩不能滿足制動需求時，ECU控制高壓油源系統電機工作向外泵油，蓄能器通過制動閥向車輪制動輪缸提供制動油壓。而且在液壓制動系統中，前后輪液壓制動力不再必須成比例增長，而是可以靈活地單獨控制其增長和降低。

總結：新能源汽車采用線控串行復合制動系統后，可以充分利用電機的再生制動能力，提高車輛的節能效果延長高壓動力電池電量。而且根據本方案可以實現在純再生制動階段結束后，單獨控制后輪液壓制動力，而前輪液壓制動力保持為零，從而進一步提高制動能量回收率。

參 考 文 獻

[1] 王貴明. 電動汽車及其性能優化. 機械工業出版社，2010.5.

[2] 陳全世. 先進電動汽車技術. 化學工業出版社，2013.1.