新能源汽车线控串行复合制动系统设计方案

【摘要】 制动过程中能够具备再生制动控制进行能量回收是新能源汽车具有的重要节能方法。当前很多新能源汽车上通常采用并联式制动系统即电机制动与机械制动按照某种比例分配，这种制动系统中电机制动力不能完全被利用即电制动力较小，因此在考虑充分利用电机的再生制动制动力，采用基于线控技术的串行制动系统是新能源汽车发展的必然趋势。

【关键词】 新能源汽车 线控技术 串行复合制动系统 再生制动力

一、线控技术

汽车线控技术（by-wire）就是将驾驶员的操纵动作经过传感器变成电信号，通过电缆直接传输到执行机构的一种系统。传统的操纵汽车的方式是：当驾驶员踩制动、踩油门、换挡、打转向盘时，都是通过机械机构来操纵汽车。而线控技术则是将动作转化为电信号，由电线来传递指令操纵汽车。

线控技术是在控制单元和执行器之间用电子装置取代传统的机械连接装置或液压连接装置，由电线取代机械传动部件，取消了机械结构。线控系统的基本结构原理是：驾驶员的操纵指令通过人机接口转换为电信号传到执行机构，控制执行机构的动作；传感器感知功能装置的状态，通过电信号传给人机接口，反馈给驾驶员。

二、并行复合制动系统

复合制动系统作为新能源汽车的关键技术，能有效地提高整车的经济性能，因而受到国内外各汽车企业和研究机构的高度重视。目前，新能源汽车的复合制动系统主要分为电液并行复合制动系统和基于线控制动的电液串行复合制动系统两种型式。电液并行复合制动系统的特点是无需对传统摩擦制动系统进行改造，电机的再生制动力仅在制动过程中成比例地叠加在原摩擦制动之上，系统可靠性高。

并行复合制动系统，在制动踏板开度很小时，由于制动踏板的自由行程使C械制动力矩存在一段死区，之后随踏板开度增加而制动力矩增大。这与传统汽车的制动方式是一致的。而电机的制动力矩一直随踏板开度增加而缓慢增大。这两种制动力力矩在相互叠加形成最终的车轮制动力矩，与机械制动不同的是，在踏板开度为零的情况下，也存在一定的电机制动力矩，这时存在制动能量回收。但并行复合制动系统在工作过程中存在下面几个问题： ①滑行能量回收虽然有利于经济性，但从驾驶舒适性角度来说，扭矩要小一点，避免由于滑行能量回收导致速度降低太快，而让驾驶员踩油门踏板，得不偿失。 ②在机械制动力矩和电机制动力矩合成中，车轮制动扭矩未考虑车速变化带来的影响。在实际中，车速较高可增大电机制动力矩；车速较低时可减小电机制动力矩，但总趋势不变。 因此，并行复合制动系统虽然结构、控制简单但能量回收率低，对于新能源汽车的节能要求并不理想。

三、基于线控技术的串行复合制动系统方案

基于线控技术的电液串行复合制动系统能够在不依赖于驾驶员对制动踏板操作的情况下对汽车前后轴的摩擦制动力独立控制。因此，车辆制动时可首先将电机的再生制动能力发挥到极限，然后再根据需要施加摩擦制动力。因此该系统能够尽可能多地回收制动能量。一个功能完备的串行复合制动系统必须具备以下功能；①保证制动安全性；②有效地回收制动能量；③驾驶员有明显感觉；④制动力可控的液压制动系统结构；⑤可靠的机械备份制动能力。

根据以上复合制动系统的功能分析，提出一种新型的机电双用制动阀方案，此制动阀可完成制动系统液压的线控，并具备机械备份制动能力，系统可靠性高。

正常线控制动过程中，当踏板位移增加时，控制比例电磁阀电流增加，输出电磁力将阀芯向右移动，打开P口，高压油通向制动轮缸，制动管路压力增加。制动管路压力通过油道反馈到阀芯的右端，形成反馈力。当反馈力与电磁力平衡时，阀芯再次回到中位，制动管路压力保持。当驾驶员放松制动踏板，在踏板感觉弹簧的作用下踏板位置减小，电子控制器控制比例电磁线圈电流减小，从而电磁力减小，反馈力将阀芯左推，T口与A口接通，制动管路压力下降。

本方案中，液压控制模块直接独立地控制前后轮的液压制动力，制动液压升高和降低完全线控，驾驶员踏板与制动管路的连接完全断开，驾驶员的踏板感觉靠踏板感觉弹簧提供。因此，在复合制动过程中，与并行复合制动系统不同，当驾驶员踩下制动踏板时，制动踏板位置传感器将制动踏板位移量转变为电压信号传递给ECU。ECU首先通过降低驱动电机电源电压的方式来产生电机制动力矩并给动力电池充电。只有在电机制动力矩不能满足车轮制动要求时，液压制动系统才参与到制动过程中。ECU根据驾驶员制动需求判断液压制动系统是否参与到制动过程中。当电机制动力矩不能满足制动需求时，ECU控制高压油源系统电机工作向外泵油，蓄能器通过制动阀向车轮制动轮缸提供制动油压。而且在液压制动系统中，前后轮液压制动力不再必须成比例增长，而是可以灵活地单独控制其增长和降低。

总结：新能源汽车采用线控串行复合制动系统后，可以充分利用电机的再生制动能力，提高车辆的节能效果延长高压动力电池电量。而且根据本方案可以实现在纯再生制动阶段结束后，单独控制后轮液压制动力，而前轮液压制动力保持为零，从而进一步提高制动能量回收率。

参 考 文 献

[1] 王贵明. 电动汽车及其性能优化. 机械工业出版社，2010.5.

[2] 陈全世. 先进电动汽车技术. 化学工业出版社，2013.1.