论文部分内容阅读
一、制动系统概述
制动系统是汽车安全系统。制动系统是汽车上用以使外界（主要是路面）在汽车某些部分（主要是车轮）施加一定的力，从而对其进行一定程度的强制制动的一系列专门装置（图1）。
1.制动系统作用
制动系统的作用主要包括以下几点。
（1）使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车。
（2）使已停驶的汽车在各种道路条件下（包括在坡道上）稳定驻车。
（3）使下坡行驶的汽车速度保持稳定。
2.制动系统分类
制动系统通常可分为行车制动系统、驻车制动系统、应急制动系统及辅助制动系统等。用以使行驶中的汽车降低速度甚至停车的制动系统称为行车制动系统；用以使已停驶的汽车驻留原地不动的制动系统则称为驻车制动系统；在行车制动系统失效的情况下，保证汽车仍能实现减速或停车的制动系统称为应急制动系统；在行车过程中，辅助行车制动系统降低车速或保持车速稳定，但不能将车辆紧急制停的制动系统称为辅助制动系统。
新能源汽车的制动系统目前包括行车制动系统、驻车制动系统和辅助制动系统（电机馈能制动）。在行车制动方面，目前绝大多数厂商在新能源车中所采用的制动系统，都是在传统能源车辆现有结构基础上进行技术改进而来，即原有的真空助力器以及相关管路得到保留，管路的另一端连接电子真空助力泵。
当传感器监测到助力器真空度不足时，电子真空助力泵开始工作，维持真空环境。不过，这样的电子真空助力泵的噪音较大，此外更重要的是，电子真空助力泵的工作稳定性以及寿命都不太适合当做主要及唯一的真空源供应部件（在传统能源车辆汽车上，它只是辅助维持真空环境）。显然，这样的方案是来自传统的汽车研发理念，而并非是站在新能源车的开发角度来解决问题。
电动汽车的制动方式应考虑机械制动和电气制动2种类型的结合，尽可能多地用回馈发电方式取代机械式制动。在电动汽车制动和下坡滑行时，通过控制系统将电动机的状态改为发电状态，将发电机发出的电能存储于电池之中。这样既可减小机械制动系统的损耗，又能提高整车能量使用效率，达到节约能源和提高电动汽车续驶里程的目的。
当电动汽车减速和制动时，即切除电源时，电动汽车电机惯性转动，此时通过电路切换，往转子中提供相比而言功率较小的励磁电源，产生磁场。该磁场通过转子的物理旋转，切割定子的绕组，于是定子感应出电动势，即逆电动势。此时电动机反转，功能与发电机相同，是一个将机械能转化为电能的装置，所产生的电流通过功率变化器接入蓄电池，即为能量回馈，至此制动能量回收过程完成。与此同时，转子受力减速，形成制动力，这个总过程合称再生制动。
目前博世公司推出了一套名为iBooster的智能化助力器（图2），将传统助力装置的推杆和制动主缸之间的真空助力器改成了一套带有控制器的电机，驾驶员踩下制动踏板时，只是传递一个电信号，制动压力以及制动的速度均由控制单元判断，并向电机发送执行指令。从结构上来说，它颠覆了传统真空助力器的设计，从而彻底终结了制动系统对真空的依赖。
尽管对技术原理进行了革新，但驾驶员在踩下制动踏板时，并不会察觉到变化，推力仍旧作用于后方推杆上。不过，在踏板行程变化的过程中，位置传感器会监测并向控制单元传递踏板行程信息，以此为依据结合实际工况计算出所需制动力。同样，大陆公司也推出了一套与此功能相同的电液制动系统MK C1（图3）。
制动系统电子化是未来汽车发展的一个趋势，无论是电动车还是传统采用内燃机的汽车，这种制动系统都有着颠覆性的意义。电子制动是指正常工作时在制动踏板和制动器之间没有机械连接，用电线取代部分或全部制动管路，并省去制动系统的很多阀。此外，在电子控制系统中设计相应程序，操纵电控元件来控制制动力的大小以及各轴的制动力分配，可完全实现使用传统制动系统所能达到的ABS及ASR等功能。
二、新能源制动系统类型
北汽新能源汽车的制动系统基本是在传统汽车的基础上进行改造升级，行车制动系统和驻车制动与传统能源车辆基本没有本质上的区别，因此不再累述。
1.电机制动馈能控制
电机馈能制动控制策略及方法是各新能源主机厂整车控制系统的核心内容-，因此我们也就是对其基本控制思路和方法给大家做一个介绍，
如图4所示是北汽新能源车装配的旋钮式换挡手柄，其中红色圈中的E挡就是电机馈能制动的选择位置，能根据用户不同需求改善能量回收强度及制动性能，妥善使用能量回收系统，可增加续航5%-15%。车辆前进挡分2种，一种是D挡，另一种E挡经济模式。E挡行驶过程中，松开加速踏板时，车辆自动回收能量。回收强度可通过换挡旋钮左上方“E ”和“E-”进行选择（图5），在仪表中会进行相应的显示。
电机制动馈能控制开关的电路图如图6所示，挡位传感器的真值判断表如表1所示，根据电路图或表中数据，我们可以对开关的信号进行故障分析及判断。
众所周知，在产生足够制动力矩的同时，通过电机发电模式在制动的同时能回收的能量越多越好。但是，制动力矩的大小受到诸多因素的制约，因此，为保证可靠的制动效能，电动汽车必须保留传统的机械摩擦制动系统，并与馈能制动组成混合制动结构。这种混合制动系统可以按照2种制动系统工作的方式，分为串联和并联2种类型。
（1）串联制动
串联制动的原理如图7所示。串联制动的特点是电机馈能时的制动力达到其最大值时，机械摩擦制动系统才参与工作，以满足车辆的制动需求。串联制动需要与车辆的ABS集成控制，它能够对单个车轮的液压制动力进行单独调整，并可以保证使用再生制动与路面附着（滑移率）所能容许的最大极限。很显然，由于充分利用了再生制动，因此串联制动将获得最大的能量回收率。但是，串聯制动结构复杂、成本高，需要集成的控制系统。 串联制动系统的控制过程如图8所示。根据驾驶员的制动命令，考虑到为保持车辆的稳定制动而要求的前后轮制动力平衡，制动控制器分别计算需要由电动机和液压制动系统提供的制动力，并给液压制动系统和电动机控制器发出指令。电动机能够提供的制动转矩是电动机转速的函数，该转矩反馈回制动控制器。如果没有达到需求的制动力矩，则需要由液压制动系统予以弥补。由此可见，在串联制动中，通过电动机制动和液压制动之间的协调控制，可以最大化地利用电动机的制动转矩，其能量回收率高。
（2）并联制动
并联制动的原理如图9所示。与串联制动不同，并联制动是按一个固定的比例分配再生制动力和机械摩擦制动力。由于没有充分发挥电机馈能制动力的作用，因此其回收的能量没有串联制动高。但并联制动对传统机械摩擦制动系统的改动少，结构简单，只需增加一些控制功能即可，成本低。
并联制动系统的控制原理如图10所示。根据驾驶员的命令，电动机控制器确定需要加在液压制动基础上的电动机制动转矩，其大小由液压主缸压力确定。同样，电动机制动转矩是电动机转速的函数。因此能够加在液压制动基础上的电动机制动力要根基汽车的静态制动力分配关系、电动机转矩特性、驾驶员的感觉和轮胎与路面附着极限综合确定。很明显，由于缺乏主动制动控制功能，在电动机制动和液压制动系统之间不能进行协调控制。因此，并联制动对电动机制动转矩使用不充分，能量回收率低。
2.真空助力制动系统
传统汽油机轿车的制动系统真空助力装置的真空源来自于发动机进气歧管，真空度一般可达到0.05～0.07MPa。对于由传统车型改装成的纯电动车或燃料电池汽车，发动机总成被拆除后，制动系统由于没有真空动力源而丧失真空助力功能，仅由人力所产生的制动力无法满足行车制动的需要，因此需要对制动系统真空助力装置进行改进，而改进的核心问题是产生足够压力的真空源，这就需要为制动系统增加电动真空泵（图11）。
北汽新能源电动汽车电动真空助力系统工作过程如下（图12）。
（1）当驾驶员发动车辆时，12V电源接通，电子控制系统模块开始自检。
（2）如果真空罐内的真空度小于设定值，真空压力传感器输出相应电压值至控制器，此时控制器控制电动真空泵开始工作。
（3）当真空度达到设定值后，真空压力传感器输出相应电压值至控制器，此时控制器控制真空泵停止工作。
（4）当真空罐内的真空度因制动消耗，真空度小于设定值时，电动真空泵再次开始工作，如此循环。
目前北汽新能源的电动真空助力系统已经发展到第二代，与第一代相比，第二代的主要有以下几点改进：一是增加了一个大气压力传感器，集成在控制器内部，使真空泵能够在不同海拔高度都能正常工作；二是将真空度传感器集成到真空助力器的单向阀上（图13），减少了线束长度；三是采用了塑料材质的真空罐，减轻了重量。
根据真空压力传感器特性（图14），可知传感器随着管路中真空度的变化，输出电压也成比例的发生变化，整车控制器将根据此电压变化判断真空源是否符合系统要求。
（待續）
制动系统是汽车安全系统。制动系统是汽车上用以使外界（主要是路面）在汽车某些部分（主要是车轮）施加一定的力，从而对其进行一定程度的强制制动的一系列专门装置（图1）。
1.制动系统作用
制动系统的作用主要包括以下几点。
（1）使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车。
（2）使已停驶的汽车在各种道路条件下（包括在坡道上）稳定驻车。
（3）使下坡行驶的汽车速度保持稳定。
2.制动系统分类
制动系统通常可分为行车制动系统、驻车制动系统、应急制动系统及辅助制动系统等。用以使行驶中的汽车降低速度甚至停车的制动系统称为行车制动系统；用以使已停驶的汽车驻留原地不动的制动系统则称为驻车制动系统；在行车制动系统失效的情况下，保证汽车仍能实现减速或停车的制动系统称为应急制动系统；在行车过程中，辅助行车制动系统降低车速或保持车速稳定，但不能将车辆紧急制停的制动系统称为辅助制动系统。
新能源汽车的制动系统目前包括行车制动系统、驻车制动系统和辅助制动系统（电机馈能制动）。在行车制动方面，目前绝大多数厂商在新能源车中所采用的制动系统，都是在传统能源车辆现有结构基础上进行技术改进而来，即原有的真空助力器以及相关管路得到保留，管路的另一端连接电子真空助力泵。
当传感器监测到助力器真空度不足时，电子真空助力泵开始工作，维持真空环境。不过，这样的电子真空助力泵的噪音较大，此外更重要的是，电子真空助力泵的工作稳定性以及寿命都不太适合当做主要及唯一的真空源供应部件（在传统能源车辆汽车上，它只是辅助维持真空环境）。显然，这样的方案是来自传统的汽车研发理念，而并非是站在新能源车的开发角度来解决问题。
电动汽车的制动方式应考虑机械制动和电气制动2种类型的结合，尽可能多地用回馈发电方式取代机械式制动。在电动汽车制动和下坡滑行时，通过控制系统将电动机的状态改为发电状态，将发电机发出的电能存储于电池之中。这样既可减小机械制动系统的损耗，又能提高整车能量使用效率，达到节约能源和提高电动汽车续驶里程的目的。
当电动汽车减速和制动时，即切除电源时，电动汽车电机惯性转动，此时通过电路切换，往转子中提供相比而言功率较小的励磁电源，产生磁场。该磁场通过转子的物理旋转，切割定子的绕组，于是定子感应出电动势，即逆电动势。此时电动机反转，功能与发电机相同，是一个将机械能转化为电能的装置，所产生的电流通过功率变化器接入蓄电池，即为能量回馈，至此制动能量回收过程完成。与此同时，转子受力减速，形成制动力，这个总过程合称再生制动。
目前博世公司推出了一套名为iBooster的智能化助力器（图2），将传统助力装置的推杆和制动主缸之间的真空助力器改成了一套带有控制器的电机，驾驶员踩下制动踏板时，只是传递一个电信号，制动压力以及制动的速度均由控制单元判断，并向电机发送执行指令。从结构上来说，它颠覆了传统真空助力器的设计，从而彻底终结了制动系统对真空的依赖。
尽管对技术原理进行了革新，但驾驶员在踩下制动踏板时，并不会察觉到变化，推力仍旧作用于后方推杆上。不过，在踏板行程变化的过程中，位置传感器会监测并向控制单元传递踏板行程信息，以此为依据结合实际工况计算出所需制动力。同样，大陆公司也推出了一套与此功能相同的电液制动系统MK C1（图3）。
制动系统电子化是未来汽车发展的一个趋势，无论是电动车还是传统采用内燃机的汽车，这种制动系统都有着颠覆性的意义。电子制动是指正常工作时在制动踏板和制动器之间没有机械连接，用电线取代部分或全部制动管路，并省去制动系统的很多阀。此外，在电子控制系统中设计相应程序，操纵电控元件来控制制动力的大小以及各轴的制动力分配，可完全实现使用传统制动系统所能达到的ABS及ASR等功能。
二、新能源制动系统类型
北汽新能源汽车的制动系统基本是在传统汽车的基础上进行改造升级，行车制动系统和驻车制动与传统能源车辆基本没有本质上的区别，因此不再累述。
1.电机制动馈能控制
电机馈能制动控制策略及方法是各新能源主机厂整车控制系统的核心内容-，因此我们也就是对其基本控制思路和方法给大家做一个介绍，
如图4所示是北汽新能源车装配的旋钮式换挡手柄，其中红色圈中的E挡就是电机馈能制动的选择位置，能根据用户不同需求改善能量回收强度及制动性能，妥善使用能量回收系统，可增加续航5%-15%。车辆前进挡分2种，一种是D挡，另一种E挡经济模式。E挡行驶过程中，松开加速踏板时，车辆自动回收能量。回收强度可通过换挡旋钮左上方“E ”和“E-”进行选择（图5），在仪表中会进行相应的显示。
电机制动馈能控制开关的电路图如图6所示，挡位传感器的真值判断表如表1所示，根据电路图或表中数据，我们可以对开关的信号进行故障分析及判断。
众所周知，在产生足够制动力矩的同时，通过电机发电模式在制动的同时能回收的能量越多越好。但是，制动力矩的大小受到诸多因素的制约，因此，为保证可靠的制动效能，电动汽车必须保留传统的机械摩擦制动系统，并与馈能制动组成混合制动结构。这种混合制动系统可以按照2种制动系统工作的方式，分为串联和并联2种类型。
（1）串联制动
串联制动的原理如图7所示。串联制动的特点是电机馈能时的制动力达到其最大值时，机械摩擦制动系统才参与工作，以满足车辆的制动需求。串联制动需要与车辆的ABS集成控制，它能够对单个车轮的液压制动力进行单独调整，并可以保证使用再生制动与路面附着（滑移率）所能容许的最大极限。很显然，由于充分利用了再生制动，因此串联制动将获得最大的能量回收率。但是，串聯制动结构复杂、成本高，需要集成的控制系统。 串联制动系统的控制过程如图8所示。根据驾驶员的制动命令，考虑到为保持车辆的稳定制动而要求的前后轮制动力平衡，制动控制器分别计算需要由电动机和液压制动系统提供的制动力，并给液压制动系统和电动机控制器发出指令。电动机能够提供的制动转矩是电动机转速的函数，该转矩反馈回制动控制器。如果没有达到需求的制动力矩，则需要由液压制动系统予以弥补。由此可见，在串联制动中，通过电动机制动和液压制动之间的协调控制，可以最大化地利用电动机的制动转矩，其能量回收率高。
（2）并联制动
并联制动的原理如图9所示。与串联制动不同，并联制动是按一个固定的比例分配再生制动力和机械摩擦制动力。由于没有充分发挥电机馈能制动力的作用，因此其回收的能量没有串联制动高。但并联制动对传统机械摩擦制动系统的改动少，结构简单，只需增加一些控制功能即可，成本低。
并联制动系统的控制原理如图10所示。根据驾驶员的命令，电动机控制器确定需要加在液压制动基础上的电动机制动转矩，其大小由液压主缸压力确定。同样，电动机制动转矩是电动机转速的函数。因此能够加在液压制动基础上的电动机制动力要根基汽车的静态制动力分配关系、电动机转矩特性、驾驶员的感觉和轮胎与路面附着极限综合确定。很明显，由于缺乏主动制动控制功能，在电动机制动和液压制动系统之间不能进行协调控制。因此，并联制动对电动机制动转矩使用不充分，能量回收率低。
2.真空助力制动系统
传统汽油机轿车的制动系统真空助力装置的真空源来自于发动机进气歧管，真空度一般可达到0.05～0.07MPa。对于由传统车型改装成的纯电动车或燃料电池汽车，发动机总成被拆除后，制动系统由于没有真空动力源而丧失真空助力功能，仅由人力所产生的制动力无法满足行车制动的需要，因此需要对制动系统真空助力装置进行改进，而改进的核心问题是产生足够压力的真空源，这就需要为制动系统增加电动真空泵（图11）。
北汽新能源电动汽车电动真空助力系统工作过程如下（图12）。
（1）当驾驶员发动车辆时，12V电源接通，电子控制系统模块开始自检。
（2）如果真空罐内的真空度小于设定值，真空压力传感器输出相应电压值至控制器，此时控制器控制电动真空泵开始工作。
（3）当真空度达到设定值后，真空压力传感器输出相应电压值至控制器，此时控制器控制真空泵停止工作。
（4）当真空罐内的真空度因制动消耗，真空度小于设定值时，电动真空泵再次开始工作，如此循环。
目前北汽新能源的电动真空助力系统已经发展到第二代，与第一代相比，第二代的主要有以下几点改进：一是增加了一个大气压力传感器，集成在控制器内部，使真空泵能够在不同海拔高度都能正常工作；二是将真空度传感器集成到真空助力器的单向阀上（图13），减少了线束长度；三是采用了塑料材质的真空罐，减轻了重量。
根据真空压力传感器特性（图14），可知传感器随着管路中真空度的变化，输出电压也成比例的发生变化，整车控制器将根据此电压变化判断真空源是否符合系统要求。
（待續）