基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究的必要性及可行性分析*

楊仕清

基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究的必要性及可行性分析*

楊仕清

（云南交通運輸職業學院，云南 昆明 650300）

節約能源的問題是當今世界亟待解決的問題，汽車的制動安全性問題又是關系到人的生命財產安全的問題，將兩者聯系起來研究意義非凡。文章主要闡述了太陽能汽車發展的現狀，分析了基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究的必要性及可行性，并結合太陽能汽車的特點，提出了該方案的研究思路及研究技術路線。

太陽能車頂；輔助制動；研究

1 引言

一輛汽車具有良好的制動性能是汽車主動安全行駛的重要保證。目前汽車上使用的是傳統的機械摩擦式（盤式制動或鼓式制動）制動器，如果長時間連續制動或緊急制動會導致制動器的制動性能大大的下降，甚至有可能導致制動器的失效，從而會引發嚴重的交通事故。制動器失效引發的交通事故已成為突發性事故的主要原因之一[1]。尤其是在貨車發生交通事故的原因統計分析表中可以明顯地看出，駕駛違章排在第一位，第二位是車輛的機械故障，而在這些車輛的機械故障中，汽車的制動器失效的因素占據了一個比較高的比例[2]。據中國汽車網數據統計，制動失效導致機動車事故的比例占到了所有事故比例的20%多，而制動不良所導致的機動車事故的比例占到了所有事故40%多[3]。數據表中還可以看出，制動失效和制動不良這兩大原因所導致的總死亡人數超過交通事故總死亡人數的一半，我國由于交通問題導致的死亡事故占到了全球的15%，已成為交通事故最多發的國家之一。因此，提高汽車的制動性能相當重要，要提高汽車的制動性能，方案之一就是正確選用輔助制動裝置。汽車的輔助制動器可以有效地分流行車制動器的負荷、并提高制動穩定性以及制動器的抗熱衰退性，從而大大提高汽車的主動安全性，而選擇太陽車輔助制動既能有效地利用自然界的清潔能源，又能提高汽車的安全性。

2 國內外現狀及發展趨勢

2.1 太陽能汽車的現狀及發展趨勢

上個世紀，第一個太陽能汽車實驗室的建立標志著太陽能汽車研究開發工作的開始。而在1984年，瑞士舉行了全世界第一屆電動汽車以及太陽能汽車的比賽，這次大賽的舉辦成為太陽能汽車大賽的首創。在后來很長一段時間里，美國、澳大利亞、日本及歐洲各國等相繼組織各種太陽能汽車大賽，到20世紀90年代后半期，眾多汽車公司，科研院及相關大學也是參賽隊伍的主要組成部分。這些太陽能汽車大賽的舉辦為太陽能汽車的發展提供了良好研究及發展條件，并且也為太陽能汽車的各種新技術的研究開發和應用于實踐提供了一個良好的載體[4]。

在我國，太陽能汽車的研究起步是比較晚的，據查閱的數據來看，最早始于清華大學的研究。在我國，由于各汽車廠家的技術相對不夠成熟，主要是由各高等院校及各科研院所進行太陽能汽車的研究開發工作。在我國國家知識產權局專利庫中搜索統計了與太陽能相關的專利，從數據中可以看出直接與太陽能汽車相關的專利只占極少的一部分，而很大一部分都是與太陽能并網發電及太陽能熱水器相關[5]，這說明太陽能汽車的研究開發與世界其他國家相去甚遠。目前，我國太陽能汽車主要作為輔助交通工具來使用，目前用得較多的地方有公園、大學校園、旅游景點、醫院、火車站、高鐵站、大型賣場、大型運動場等地。

2.2 太陽能車頂應用的現狀及發展趨勢

在傳統的汽車頂部安裝太陽板或太陽能吸收材料，并在車上安裝太陽能電池。然后將太陽能板、太陽能電池、汽車發動機、整車蓄電池、溫度傳感器、點火器等部件連接起來。這樣整個系統就形成了一個完整的回路。汽車受到太陽光照射時，汽車頂部的太陽能板吸收了太陽能，太陽能通過線路存貯于太陽能電池中，太陽能電池又在系統中轉換為電能給汽車的蓄電池進行充電，從而實現了汽車電能的補給。中國一汽集團與漢能薄膜發電集團簽署了一個產品戰略合作協議，該協議的主要內容就是將漢能薄膜太陽能車頂的技術應用到中國一汽紅旗系列車型當中，該技術的應用大大地延長一汽電動汽車的續航里程[6]。在車頂搭載了一塊薄膜太陽能的電池板的奧迪旗下的首款Q6純電動SUV在2019年正式上市銷售。該款車利用太陽能解決了車內如空調等電器的耗電需求，大大降低了能耗，從而降低油耗，目前這款純電動的SUV已經在挪威等國家銷售。

2.3 新能源學科建設的現狀

2010年7月，浙大、中南大學等經教育部審批首次設立了“新能源科學與工程”專業[7]。截止2020年高考志愿填報時，國內已有102所大學開設了新能源科學與工程專業。誰是新能源的引領者，誰就擁有未來最美好的明天，面對新能源產業的蓬勃發展，各高校八仙過海，各顯神通，新能源學科建設呈現出千帆競渡、百舸爭流的良好局面。但是，目前專科培養點較少，且新能源的專科生培養體系還未建立。

3 基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究的必要性

中國在新能源領域進行了大量的投入，是世界上新能源發展速度最快的國家之一。隨著我國經濟的快速增長、對能源需求的持續增加，能源問題將會可能成為制約經濟社會發展的問題，世界各國都急切解決能源問題，新能源的研究及開發成為了重要項目。各大高校及高職院校開設新能源學科將為新能源的研究開發培養人才，這將有助于鞏固中國在新能源技術與產業領域中的大國地位。

3.1 基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究的必要性

近年來，我們的交通事故基本是每3分鐘發生一起，每年交通事故達到40萬起，在這些交通事故中因為剎車問題而導致的事故就占到三成多，可見剎車對于汽車安全的重要性。盡管汽車的行車制動系統一定程度上降低了事故的發生率，但車輛的制動器頻繁使用，容易造成制動器過熱，制動能力衰退，磨損嚴重，甚至燒壞。因此，加裝太陽能輔助制動裝置，既可以節約能源，又可以減輕行車及剎車時制動器的負擔，保證了汽車的安全行駛并降低了油耗。另外，國內各高校新能源專業剛起步，新能源專業的專科生培養點較少，且新能源的專科生培養體系還未建立。全國高校應盡快為專科學生提供新能源汽車的學習、實踐平臺，建立專業建設體系，并為新能源汽車專業的學生提供教具進行學習。

3.2 基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究的科學意義

太陽能是來源于自然界的的可再生的清潔能源，只要太陽存在，能源就不斷。汽車停車在露天時或在公路上行駛時都能受到太陽光的長期照射。利用好太陽能資源，在汽車平時行駛時利用汽車車頂吸收太陽能并轉換電能存貯起來，當汽車制動時，提供汽車輔助制動系統電能，使輔助制動裝置工作，能大大地提高車輛的安全性、經濟性、環保性、穩定性和舒適性。我校作為省級新能源汽車推廣平臺基地，應該盡快抓好新能源專科專業的學科建設，建立新能源汽車的實踐平臺，并推廣及帶動全國各高校建設新能源專科專業的學科及學習、實踐平臺，為鞏固中國在新能源技術與產業領域中的大國地位奠定堅實基礎。

3.3 基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究的應用價值

太陽能汽車作為新能源汽車的一種，各國都在大力提倡發展新能源汽車的背景下具有很好的發展前景。 太陽能汽車的輔助制動系統既能節約能源，又能降低事故的發生率，提高汽車的安全性能，具有較高的應用價值。

3.4 基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究對新能源學科建設的作用

通過技術太陽能汽車輔助制動的研究能為新能源學科的學生提供了學習、實踐平臺，深化專業建設，并為新能源汽車專業的學生提供了教具學習，增加專業培養點，為建立新能源學科的學生培養體系奠定基礎，并能提高新能源汽車專業學生的學習能力及水平。

4 基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究的可行性

太陽能汽車輔助制動系統是利用太陽能轉換為電能，再依靠電能提供動力來控制輔助制動系統動作，既節約了能源，又提供汽車的安全性，是一個全新的系統。

4.1 基于太陽能車頂的汽車輔助制動的研究思路和方法

自主設計制造，在普通汽車車頂安裝太陽能吸收材料，并在汽車上安裝太陽能電池，使車輛能夠將吸收的太陽能轉換為電能并存貯起來，然后太陽能電池直接連接在汽車輔助制動器上，汽車輔助制動器通過ECU控制，當汽車需要制動時太陽能電池提供能量讓輔助制動器工作。

4.2 基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究的主要內容

4.2.1太陽能汽車的設計、制造

獨立設計并制造一輛太陽能汽車或在普通轎車車頂加裝太陽能板，并在太陽能汽車上安裝太陽能充電裝置及蓄電池。

4.2.2輔助制動器的設計、安裝

主要涉及汽車輔助制動器的傳感器、控制器、執行器的設計和安裝。

4.2.3電力輔助制動系統的控制策略

汽車ECU通過傳感器接收到汽車需要提供輔助制動的信號后，通過計算，由ECU的控制策略控制蓄電池為輔助制動器提供電能驅動輔助制動器工作。

4.3 基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究的技術指標

車輛長下坡或緊急制動時能夠提供輔助制動。

4.4 基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究的重點及難點

4.4.1太陽能車頂及太陽能電池

太陽能車頂安裝太陽能板后，強度會大大下降，這樣會影響汽車的安全性；太陽能充電裝置及太陽能電池成本較高。

4.4.2電力輔助制動系統的控制策略

由于控制策略的程序設計難度較大，所以在設計和開發時，會帶來一定的困難和挑戰。

4.5 基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究的技術路線，見圖1

圖1 技術路線圖

5 結束語

通過基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究成果的運用, 為社會節約能源，降低交通事故的發生率，能挽救更多的生命，造福千千萬萬的家庭。

[1] 劉強,陸化普,張永波等.我國道路交通事故特征分析與對策研究[J].中國安全科學學報,2006,06:123 -128.

[2] 谷志杰.汽車的制動性能與交通安全[J].公路與汽運.2006,03:34- 36.

[3] 劉增崗,張炳榮,李京.汽車緩速器的發展和法規探討[J].城市車輛, 2006(2):51-53.

[4] 張卓哲,王浙冉.汽車新能源領域的太陽能技術應用研究[J].科技創新與應用.2017,25: 51-52.

[5] 李江華.太陽能技術在汽車新能源領域中的實踐與探究[J].內燃機與配件.2018,03: 212.

[6] 李瀚.汽車新能源領域的太陽能技術運用分析[J].內燃機與配件, 2018,03: 212-213.

[7] 馬德糧.新能源汽車技術[M].清華大學出版社.2017.05.01.

Necessity and Feasibility Analysis of Automobile Auxiliary Braking Based on Solar Roof*

Yang Shiqing

( Yunnan Vocational College Of Transportation, Yunnan Kunming 650300 )

The problem of energy saving is an urgent problem in today's world. The brake safety of automobile is related to the safety of people's life and property. It is of great significance to study the relationship between the two. This paper mainly describes the current situation of the development of solar vehicles, analyzes the necessity and feasibility of automotive auxiliary braking research based on solar roof, and puts forward the research ideas and technical route of the scheme combined with the characteristics of solar vehicles.

Solar roof; Auxiliary braking; Research

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.063

U461.3

A

1671-7988(2021)03-199-03

U461.3

A

1671-7988(2021)03-199-03

楊仕清，就職于云南交通運輸職業學院。

云南省教育廳科學研究基金項目《基于太陽能車頂的汽車輔助制動研究》項目資助，項目編號：2019J0506。