?七、制動助力與再生制動

1.電動真空助力制動

傳統內燃機轎車的真空助力裝置的真空源來自發動機進氣歧管,真空度一般可達到0.05~0.07MPa。對于由傳統車型改型而成的純電動汽車或燃料電池汽車,發動機總成被拆除后,制動系統由于沒有真空動力源而喪失真空助力功能,僅由人力所產生的制動力無法滿足行車制動的需要,因此需要對制動系統真空助力裝置進行改制,而改制的核心問題是產生足夠壓力的真空源。為了產生足夠的真空,除了一個具有足夠排氣量的電動真空泵外,為了節能和可靠,還要為電動真空泵電動機設計合適的工作時間。為達到與內燃機汽車相同的真空度要求,電動真空泵需在4~5s內產生50kPa以上的真空度。

如圖1?51所示,電動真空助力器安裝于制動踏板和制動主缸之間,由踏板通過推桿直接操縱。助力器與踏板產生的力疊加在一起作用在制動主缸推桿上,以提高制動主缸的輸出壓力。真空助力器由帶有橡膠膜片的活塞分為前室與后室(大氣閥打開時可與大氣相通),一般常壓室的真空度為60~80kPa(即真空泵可以提供的真空度大小)。真空助力器所能提供助力的大小取決于其常壓室與變壓室氣壓差值的大小。當變壓室的真空度達到外界大氣壓時,真空助力器可以提供最大的制動助力。真空泵產生的真空度的大小及速度關系到真空助力器的工作狀態,真空泵的容量大小關系到助力器的性能,進而影響到制動系統在各種工況下能否正常工作。

電動真空助力制動系統的控制過程如下:

① 接通汽車12V電源,壓力延時開關閉合,真空泵大約工作30s后開關斷開,此時真空罐內真空度約為80kPa。

② 當真空罐內真空度降低到55kPa時,壓力延時開關再次閉合。

③ 當真空罐內真空度降低到34kPa時,壓力報警器發出信號。

④ 如果真空泵控制開關有很明顯的短時間開啟和關閉,說明發生了泄漏。

根據這個控制策略,設計了間歇性真空發生系統,該系統的基本工作原理是:當駕駛人發動汽車時,12V電源接通,壓力延時開關和壓力報警器開始壓力自檢,如果真空罐內的真空度小于55kPa,壓力膜片將會擠壓觸點,從而接通電源,真空泵開始工作;當真空度增加到55kPa時,壓力延時開關斷開,然后通過延時繼電器使真空泵繼續工作大約30s后停止;每次駕駛人有制動動作時,壓力延時開關都會自檢,從而判斷電動真空泵是否應該工作;如果真空罐內的真空度低于34kPa,真空助力器不能提供有效的真空助力,此時壓力報警器將會發出信號,提醒駕駛人注意行車速度。

電動真空泵控制也可采用電控單元控制,只要把壓力開關換成絕對壓力傳感器,電動真空泵由控制單元控制繼電器控制即可。國內的一些純電動汽車里,采用了由真空助力器真空度傳感器、整車控制器ECU、電動真空泵工作繼電器、真空泵電動機組成的一個閉環真空度控制系統,保證制動時真空助力器的正常工作。

2.再生制動

再生制動是電動汽車所獨有的,在減速制動或者下坡時將車輛的部分動能轉化為電能,轉化的電能儲存在儲存裝置中(如各種動力電池、超級電容和超高速飛輪),最終增加電動汽車的行駛里程。如果儲能器已經被完全充滿,再生制動就不能實現,所需的制動力就只能由常規的液壓制動系統來提供。現在幾乎所有的電動汽車都安裝了再生液壓制動系統,從而可節約制動能、回收部分制動動能,并為駕駛人提供常規制動性能。圖1?52所示為電動汽車能量轉換圖。

一般而言,當電動汽車減速、在公路上放松加速踏板巡航或踩下制動踏板停車時,再生制動系統啟動。正常減速時,再生制動的力矩通常保持在最大負荷狀態。電動汽車高速巡航時,其驅動電機一般是在恒功率狀態下運行,驅動力矩與驅動電機的轉速或者車輛速度成反比,因此,恒功率下驅動電機的轉速越高,再生制動的能力就越低。當踩下制動踏板時,驅動電機通常運行在低速狀態,由于在低速時,電動汽車的動能不足以為驅動電機提供能量來產生最大的制動力矩,因而再生制動能力也就會隨著車速降低而減小。

圖1?53所示為電動汽車的再生制動和液壓制動曲線圖,電動汽車的再生制動力矩通常不能像傳統內燃機汽車中的制動系統一樣提供足夠的制動減速度,所以,在電動汽車中,再生制動和液壓制動系統通常共同存在。只有當再生制動已經達到了最大制動能力而且還不能滿足制動要求時,液壓制動才起作用。