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新能源汽车和自动驾驶技术需要什么样的制动系统?

2017-04-01 · 来源: 雷锋网 关注度:6465 次
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驱动电机 制动器
摘要:而区别于上述两类技术,底盘系统(如悬架、制动、轮胎)在这波浪潮中依然故我,没怎么受到强烈的冲击,享受着“稳稳的幸福”。 以制动系统为例,传统液压制动系统已经很多年没有大的变化了。

【高工电动车综合报道】

  在国家大力支持新能源汽车产业发展的背景下,电池电机行业一下成了香饽饽,与之相反,发动机和进排气、变速箱相关的产业链环节则前景暗淡,受到较大的冲击。

  而区别于上述两类技术,底盘系统(如悬架、制动、轮胎)在这波浪潮中依然故我,没怎么受到强烈的冲击,享受着稳稳的幸福 以制动系统为例,传统液压制动系统已经很多年没有大的变化了。

  如下为传统液压制动系统的结构示意图。

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传统液压制动系统示意图

  其作用原理简单描述如下:驾驶员踩下制动踏板,力通过真空助力器放大并在制动总泵处转化为液压力,液压力经过制动管路传递到位于车轮处的制动器上,液压推动活塞,活塞推动摩擦片或者制动蹄片,对随轮毂转动的制动盘或制动鼓产生夹紧力,从而地面对轮胎产生制动力。

  不过,如果被这表象蒙蔽了就Too Young了,江湖从来就不太平,其实制动系统一直都在暗流涌动,变革也许即将到来。随着汽车的新能源趋势和自动驾驶技术的发展,现有的制动系统已经满足不了需求了。

  下面我们从制动系统在新环境下面临的挑战和新需求来一一展开解析。

  挑战之一:抛弃发动机后,怎样实现制动助力?

  传统在汽车上,发动机进气歧管在工作中产生的真空是提供助力的来源。那么当新能源汽车逐渐普及,车内不再有发动机时,没有真空产生,也就没有助力来源了。这个时候,司机会感到制动踏板踩不动了。

  这个咋办?肯定已经有人想到了解决办法:这个简单!外加一个真空泵不就完了嘛。没错,当前的确是有很多电动汽车用电子真空泵(EVP)来取代发动机作为真空源。

  目前主流的电子真空泵分叶片泵和膜片泵两种。

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  方案是可行的,国内大多数纯电动汽车目前采用的也是这个方案。这个方案的好处是对传统液压制动系统改动较小,开发难度低,风险低。

  缺点是电子真空泵的频繁启动会有噪音,受限于电子真空泵的使用寿命,其产生的真空度也不会太高。

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某新能源汽车上搭载的电子真空泵

  挑战之二:新能源汽车更加需要制动能量回收

  国家要求到2020乘用车平均油耗降至5.0/100公里,为了满足这个要求,眼下很多车都加装了制动能量回收装置(48V或者混动)。

  对于新能源汽车而言,续航里程更是宝贵,直接影响到当前能享受到的政策补贴,也关系到单车成本,目前主流纯电动车辆也都有制动能量回收。

  那么制动能量回收(也叫再生制动)是怎么回事呢?为什么大家对制动能量回收这么重视呢?

  传统汽车在制动过程中依靠摩擦的方式消耗车辆行驶的动能(车速)从而达到降低车速,消耗的能量转化为热能,接着热能就散发到空气中浪费掉了。

  有分析表明,一辆紧凑型汽车在NEDC循环中,如果制动能量能全部回收,可以节能17%左右。在典型城市工况中,车辆制动消耗的能量与总驱动能量的比值可达50%。可见,若能提高制动能量回收率,可大幅延长续航里程,提高整车经济性。

  制动能量回收的原理就是当车辆在滑行或制动时,驱动电机处于发电状态,产生的回馈力矩作用力车辆产生制动效果,电机产生的电能给电池系统充电。

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制动能量回收原理图

  电机制动时时有一个很大的问题就是,其扭矩随转速变化影响较大,制动力输出不稳定。

  某典型制动过程中电机扭矩曲线特性如下:

  1区:由于电机外特性在高速区呈现恒功率特点,即电机功率限制区,电机转速越高,扭矩越小;

  2区:电机外特性在较低转速为恒扭矩区,受限于电机的最大输出扭矩;

  3区:当电机转速很低时,因车辆可供回收的动能已经很有限,加上低速区电机效率不佳,电机扭矩快速减小。

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典型制动过程电机扭矩变化

  一般来说,典型的制动能量回收工况主要分两种。一种是松开油门踏板(但制动踏板未踩下)时,第二种是踩下制动踏板时。

  制动力的来源有两个,一个是电机的回馈转矩,用于发电,一个是液压制动系统摩擦作用产生的制动力矩,产生热量散发到空气中。

  在第一种制动能量回收工况下(松开油门踏板,但制动踏板未踩下),此时的制动力来源只有电机的回馈转矩这一种。此时回馈转矩越大,能量回收功率就越高。

  考虑到驾驶感觉(收油之后的拖滞感),为了不与传统车辆差异较大,除了极少数车辆比较激进外(如特斯拉),其他车型一般不会把回馈力矩设置地很大。

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