电动汽车混合制动系统与传统汽车对比分析

来源: 发布时间:2019-05-06 09:48:23

  【内容摘要】随着汽车工业的发展和进步,电动汽车的发展势头如日中天。本文从制动系统的构造原理入手,对比分析了传统燃油汽车以及电动汽车的异同。由于电动汽车采用了混合制动模式,能把制动时产生的多余的动能回收再利用,因此比传统燃油汽车更环保,更节能。

  【关键词】:电动汽车 制动系统 混合制动

  自1831年法拉第研制出世界上第一部电动汽车以来,电动汽车经历了近二百年的辉煌与没落。电动汽车与传统汽车相比的最大一个特点就是其使用清洁能源,大大减少了汽车对汽油这一不可再生资源的依赖,降低了消费者的使用成本,而且环保。与传统汽车底盘结构相比,在制动系统上,纯电动系统采用了混合制动的模式,有别于传统汽车广泛采用的液压制动系统,现对比分析如下。

  一、传统燃油汽车制动系统结构简析

  现代轿车液压制动系统以制动液为媒介,把驾驶员脚步的控制力施加给主液压缸,把机械能转化成液压能,再通过加装在各个车轮的制动器上的轮缸把液压能转换成机械能,促使制动器开始工作,实现汽车的制动。

  在液压制动系统中,通常把制动踏板机构和主缸装在车架上,再用橡胶制动软管及金属管连接主缸和轮缸。同时各种液压机构之间还有管接头。踩下制动踏板后,主缸里的制动液在压力的作用下经过油管被压入前、后制动轮缸,浮钳盘式制动器的刹车片在制动液压力的作用下压靠在制动盘上,在摩擦的作用下生成制动力。

  传统的汽油发动机,在发动机的进气歧管处,能产生较大的真空助力。汽车在制动时,需要助力帮助有效制动。也有一些汽车不使用自带的真空助力,而是通过使用一个单独的真空泵来产生制动助力。

  二、纯电动汽车混合制动系统结构分析

  1、纯电动汽车混合制动系统结构原理分析

  纯电动汽车的制定系统里,既有传统汽车的摩擦制动,也有能量再生制动,因此采用的是一种混合制动的模式。

  (1)能量再生制动

  能量再生制动指的是在汽车刹车或下坡进行减速制动时,将车辆富裕的部分动能转化为电能储存在超高速飞轮、超级电容及蓄电池等储能装置中,而所存储的电能会再次释放出来驱动电机旋转,以增加电动汽车的行驶里程的功能。目前市面上几乎所有的电动汽车都安装了再生制动系统,从而实现节约制动能量,回收部分制动能量的作用。

  再生制动系统通常在驾驶员对电动汽车刹车的时候启动。一旦驾驶员采取制动,便会产生一个保持在最大负荷状态下的力矩,这一驱动力矩将与电机转速成反比。与此同时,若电动汽车高速巡航,驱动电机需要保持恒定功率,因此,恒功率越高,再生制动能力就越差。

  实验数据表明,电动汽车混合制动中,传统制动与液压制动的比例如下图1所示。

  图1 混合制动比例与减速度和车速的关系

  2、再生制动分析

  传统的燃油汽车制动减速度的供给响应很迅速,这一点上再生制动系统很难做到。所以,在电动汽车中,再生制动和液压制动系统通常共同存在,称为混合制动。为了尽可能的多回收能量,在设计电动汽车时,往往设计成优先使用再生制动,若再生制动无法满足制动需求,就自动启动液压制动系统进行混合制动。

  在设计时,往往可以利用ABS系统扩展的ESP来提高电动泵的油压,把再生制动软件写入ABS模块,以驱动油泵,进一步控制摩擦及制动助力的真空源。电动汽车的液压制动力矩也是电控的,制动轮缸收到液压能后,还要有可以防止制动突然失效的机构。电动汽车的制动系统也和传统燃油汽车一样,要求使用双管路来制动,以保证一条管路失效时,另一条管路依然可以提供足够的制动力。

  3、带有真空助力器的电动汽车制动系统

  传统的燃油汽车在驾驶员踩动制动踏板时,发动机的进气歧管可以实现真空助力。而电动汽车没有发动机,也就无法提供这一助力。此时就需要电控真空泵来实现这一功能,解决这个问题。电动真空泵采用车载电源来提供动力,推进泵体上的电机进行活塞运动来产生真空,提供助力。

  电动汽车的真空助力泵往往由踏板推动推杆来操纵。当抬起踏板的时候,后室的气体进入前室,消耗了真空,使真空度减小,降低助力效果,所以电动汽车还必须有一个类似于发动机进气歧管作用的抽气机。

  三、纯电动汽车制动系统与传统汽车对比分析

  纯电动汽车的制动系统同传统燃油车一样,也是为了汽车减速停车专门设置的。传统的燃油汽车制动系统在制动时将汽车的惯性能量通过制动器的摩擦转换成热能散发到周围的环境中去。电动汽车在制动的同时,还可以将惯性能量通过传递系统传递给电机,电机以发电方式工作,为动力电池充电,可以实现能量的再生利用。于此同时,产生的电机制动力矩又可以通过传动系统对驱动轮施加制动,实现减速停车。

  电动汽车电机是可逆的。电动汽车可以在制动时采取回馈制动的办法,使电机运行发电状态,通过设计好的电力装置回收制动产生的回馈电流并进行存储,从而提高电动汽车的续航里程。

  此外,电动汽车则没有可以产生真空压力的发动机,因此需要加装真空助力器来产生助力。

  四、小结

  综上所述,电动汽车的制动系统在结构上比传统汽车的制动系统更复杂,由于采用了混合制度模式,可以有效的回收制动过程中车辆多余的动能,因此更节能环保,也有较高的制动效能。

  【参考文献】

  [1] 熊璐.电动汽车复合制动系统研究现状综述[J]. 汽车技术, 2015(1).

  [2] 张俊智,吕辰.电动汽车混合驱动与混合制动系统——现状及展望[J]. 汽车安全与节能学报, 2015(1).

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