电动汽车磁粉制动控制技术的研究

西安思源学院 杨 燕 王浩军 李 秋



电动汽车磁粉制动控制技术的研究

西安思源学院 杨 燕 王浩军 李 秋

【摘要】随着电动汽车的发展，汽车的制动性能的优略显得尤为突出。本文对磁粉制动器的工作特性进行了研究，提出了将磁粉制动器来用于电动汽车制动的基本方案，并对其优缺点进行了对比。

【关键词】电动汽车；磁粉；制动

新能源汽车尤其是纯电动汽车是汽车行业发展的趋势，电动汽车的复合制动系统也是2015年陕西省科技计划的重点项目。作为反映汽车性能优劣的重要指标——制动性能，正是与公共交通安全息息相关的重要指标。目前电动汽车制动主要由ABS控制提供相应的机械摩擦制动力和再生制动两种形式，这两种方式均存在机械磨损和能量损耗。本文主要研究将磁粉制动技术用于电动汽车制动系统中，并对其可行性和优缺点进行了分析。

1 电动汽车的常用制动方式

1.1 普通汽车的制动方式

汽车制动系统是使运行中的汽车依据司机的要求进行强行减速，直至停车；或者使已停止的汽车在各类不同的路况前提下能够稳定的驻车；或者使下坡行驶的汽车速度保持稳定。汽车制动系统分为行车制动装置和停车制动装置两套。

按照制动的动力能源区分，制动系还可分为人力制动系、动力制动系、和伺服制动系等三种。我们主要研究动力制动系部分，该部分以发动机动力所转化的气压或者液压能源作为制动能源，传统的内燃机汽车一般都是从发动机进气歧管获取真空助力的。

制动器是汽车制动系中用来阻止车辆运动或运动趋势的部件。目前，各种汽车所使用的制动器均为摩擦制动器。常用的制动器有两种，一种为鼓式制动器，又称为“鼓刹”。 鼓式刹车普遍用于后轮驱动的卡车上。另一种制动器为盘式制动器，又称为“碟刹”，碟式刹车的主要用于轿车制动。

1.2 电动汽车的制动方式

电动汽车的制动方式与普通汽车基本相同，但也有不同于普通内燃车的地方。

第一，电动汽车可以在制动时，实现能量回馈再生。电动汽车制动时，电机运行在发电状态，将汽车的部分动能转化为电能，给蓄电池充电，可以延长电动汽车的续航时间。国外有关研究表明，在某些大中型城市中，道路普遍存在拥堵现象，造成汽车频繁的制动与起动，如果能回收制动能量，即可使电动汽车的行驶距离延长10%～30%。目前国内关于制动能量回收的研究还处在初级阶段。

第二，电动车因为发动机总成部分被拆除，其制动器无法从发动机进气歧管获得真空助力，当前采用液压制动系统的电动汽车，会加装电动真空泵来产生真空助力，真空助力器安装在制动踏板和制动主缸之间，由踏板控制推杆来进行操纵。

有些电动车还使用了电子制动系统，这套系统不需要液压系统，制动踏板将制动信号传递给ESP控制单元，该系统会使卡钳动作进行制动。卡钳内集成了电机和电控系统、齿轮机构、活塞以及驻车制动。这种系统的特点是响应速度较快，但制动力比传统的液压系统要小一些，常用作后轮制动。

基于电动汽车制动时以上的特点，本文对磁粉制动器用于电动汽车制动进行研究。

2 磁粉制动器工作原理和特性分析

磁粉制动器是一种在定子和转子之间的工作间隙中填充磁粉，借助电磁吸力产生的磁粉间的结合力和磁粉与工作面之间摩擦力传递动力和运动，并能控制调节转矩的制动装置。磁粉制动器的实物见图1。

图1 磁粉制动器

图2 磁粉制动器的工作曲线

由于磁粉制动器是根据电磁原理来工作的，并且是利用磁粉来传递扭矩的。其激磁电流和传递扭矩的关系基本呈线性。其工作特性曲线如图2所示。

磁粉制动器在同滑差无关的情况下能够传递转矩，具有结构简单、反应速度快、污染小、无噪音、无冲击振动和节约能源等优点，是一种多用途、性能优越的自动控制元件。

磁粉制动器具有以下功能特性，有利于其使用在电动汽车的制动部件上：①转矩的控制范围广，控制精度高，转矩和激磁电流呈正比例，可实现高精度的控制。②适合高频运转应答敏捷快速及特别的散热构造，适合高频度运转使用。③重量轻、免保养、寿命长型式简洁，使用耐高温线圈及特殊油脂轴承，并针对易生磨耗的电枢施以耐磨特殊处理，可以延长使用寿命。

3 利用磁粉制动器作为电动汽车制动的可行性分析

磁粉制动器用途十分广泛，根据磁粉制动器的转矩特性，只须调节激磁电流，即可达到控制制动时间，或改变制动过程曲线的目的。实际应用包括大型传输设备、起重机、轧机、纺织和印刷机械等的操作。磁粉制动器因为静摩擦系数和动摩擦系数几乎相等，所以完全连结时不会产生震荡，可以根据负载加减速度；磁粉制动器可以达到连续滑动运转，得到安定的扭力，无鸣叫音，且热容量很

大。为了达到良好的散热特性，磁粉制动器一般采用铝合金构造，而且材质的退磁性优良，反应速度快；运行平稳、而且各种运动状态下，均无振动、无冲击、无噪声。

基于磁粉制动器以上的优点，因此它可以适用于电动汽车的制动。而且由于其用直流电作激磁电源这在电动汽车更容易实现。

但是磁粉制动器在工作特性上也有以下的缺点：磁粉制动器在长期停滞过程中，磁粉常常会汇聚到一处，可能会使制动器出现“卡死”现象，目前常用的解决措施为，将制动器整体翻动，使磁粉松散开来，或用杠杆撬动。在电动汽车上应考虑长期不使用时，磁粉的聚集现象会带来的安全隐患，应采取可靠的措施来避免卡死现象。同时磁粉制动器初次使用前，应通以30%的额定电流，运转10秒钟后断电再通电，反复多次，保证磁粉均匀分布和流动性。而且磁粉制动器不支持使用径向承受主传动力的安装方式；其不能超转矩和转速使用，否则磁粉寿命会急剧下降，或者出现漏粉、卡死的现象。

基于磁粉制动器以上的使用限制，若用于电动汽车制动，还要对磁粉制动器进行进一步的改造，以满足电动汽车制动性能的要求。

4 总结

磁粉制动器具有反应速度快、无污染、无噪音、节约能源等优点，是一种多用途、性能优越的自动控制元件。在保证安全性的前提下，电动汽车磁粉制动优点是可提高能量利用率外，还有减小机械、液压等制动方式的机械磨损，可实现更加精确的制动控制，以及降低传统汽车制动过程中因温度升高而产生的制动热衰退现象等。

参考文献

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［4］周翎霄.纯电动汽车液压再生制动能量回收系统的研究术［J］.机电工程，2013（6）.

作者简介：

杨燕（1971-），女，陕西人，硕士，高级工程师，西安思源学院工学院教学副院长。