电动汽车制动力的分配分析及优化
薛咏梅，郝彩红，鲁凤杰
（长安大学  汽车学院，陕西  西安  710064）
摘要：新能源汽车中，特别是电动汽车，因其节能环保的优势，是社会和国家相关部门提倡的重点，在私人轿车中的比例也逐步增大。因此，当今对电动车的研究也更加深入，电动汽车的制动力分配作为电动汽车安全性的主要内容，也是本文重点研究的方向。本文主要介绍电动汽车制动力分配特点，兼顾制动力分配的制动系统能量回收以及制动力分配的相关理论曲线。并引入实际车型，通过其实际制动力分配曲线与理想制动力分配曲线的对比来验证其制动力分配的合理性，根据对比结论分析制动力分配的特点。并对制动力分配的优化方案进行介绍与展望。通过整个体系的阐述，强调制动力分配的重要性以及对电动汽车制动安全性、稳定性的意义，也是电动汽车今后发展的重要方向。为我们今后对电动汽车的研究奠定了一定的基础。
关键词：电动汽车制动；能量回收；制动力分配；分配优化
      The braking force of electric car distribution optimization analysis
XUE Yong-Mei,HA0 Cai-Hong,LU Feng-Jie
School of automobile,Chang’an University,Xi’an,710064,China
Abstract: this article expounds the electric car braking force distribution optimization , chapter five written in full. Was the center of the braking energy recovery and the optimization of braking force distribution of two parts, the two parts is also a corresponding content. The first chapter focuses on the overview of the electric car braking and research background; The second chapter mainly analyzes the braking energy recovery, recycling development present situation and the main methods of recycling and how to maximize the recovery of energy; The third chapter expounds the theory of braking force distribution, the theoretical basis of this is the fourth chapter; The fourth chapter mainly studies the optimal allocation of braking force, this is the ultimate goal of our research and results; The last chapter of this article has carried on the summary and prospect of the system. In this paper, based on the research of the electric
car braking, based on the theory of braking force distribution optimization analysis to its, this paper expounds the current new technology of the car care point and deficiency, and on the analysis of the study and prospect.
Key words: the electric car braking energy recovery, braking force distribution, distribution optimization
1 绪论
    新世纪以来，社会发展趋势使得电动汽车成为新时期轿车的主力之一。而且，当今能源和环境问题更加严重，电动汽车因节能环保很占优势。而将电动汽车的制动能量回收与制动力的分配相结合的优化设计，正是我们研究的重点。本文通过对制动系统能量回收和制动力的优化分配策略两大体系内容的研究与分析，对电动汽车进行系统研究。进而实现电动汽车的节能环保。本文的主要写作思路是：1.制动系统的能量回收。2.制动力优化分配策略。制动系统构型，制动强度二次再分数学模型，优化过程及实例分析。
2 兼顾制动力分配的制动能量回收
    同时，对电动汽车来说，制动力在优化分配的同时。还要考虑另一个重要的理论，就是电动汽车制动能量的回收。因其靠电机驱动，没有内燃机提供动力，因此电动汽车需要回收相应的制动能量以提高汽车行驶的动力性，而电动汽车能量的回收又与制动力的优化互不兼容。因此，我们需要对两者做详细的分析。主要是制动力的分配原理，因为电动汽车没有内燃机，故其动力性也是一个需要考虑在内的问题，我们不能只考虑制动力的优化分配，也要兼顾制动能量的回收。
    制动系统能量回收是将汽车刹车时的能量存储于蓄电池，然后用于牵引驱动。回收制动能量采用回馈制动。制动系统能量回收仅管节约了能源；但其中也不乏一些不足之处，如消耗电能多。因此，我们需要在原有基础上进行技术和设计上的改进和更加成熟，使能量回收发挥更大的优势。
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电动汽车能量回收的基本原理是电动机的可逆性。即电机可以在发电机和电动机两种模式切换，再将汽车的驱动和制动能量储存起来。
3 制动力分配及其合理性分析
    制动力的分配是制动系统制动的主要关注要点。如果制动力分配不恰当甚至是不可靠，会使汽车在制动过程中因为发生制动不当等引起制动跑偏、甩尾等严重的问题。严重时，甚至会引起严重的交通事故，其后果是不堪设想的。
3.1纯电动汽车稳定性要求
    稳定性要求，根据汽车稳定性的理论研究，汽车在制动过程中对其前后车轮的受力有如下的条件是较为安全的：
（１三元催化器）第一为不发生后轴侧滑，避免后轮比前轮先抱死或只有后轮抱死，这样的后果是危险的。
（２）同时，为保证转向能力，我们要减少前后车轮同时抱死或只有前轮先抱死。
车损险条款（3）最理想的情况是前后车轮均不抱死[9]。
    根据上述汽车制动时的稳定性要求，我们要研究三种制动力的特性曲线，从理论上应满足汽车制动时的制动力的合理分配，以保持汽车制动的安全性能。
3.2 前后制动力理想分配曲线
    如果汽车在制动时，分配到前后车轮的制动力能够保证前后车轮同时抱死的情况，这是以前后车轮的制动力Fμ1、Fμ2作为横纵坐标而制成的曲线称为理想制动力分配曲线，通常称为I曲线[10]。
    较好的制动情况即为前后轴同时抱死的情况，应满足的条件为：
      Fμ1+Fμ2=φG                                                      （3.1）
      Fμ1=φFz1                                                        （3.2）
      Fμ2=φFz2                                                        （3.3）
    即前轮制动器制动力加后轮制动器制动力等于附着力。前后轴各自的制动器制动力等于其自身附着力即navman
由（3.1）、（3.2）、（3.3）可得
        Fμ1/Fμ2 = Fz1/Fz2                                                （3.4）
    而汽车制动时，其受力图如下图3.1所示：
图3.1汽车制动时受力分析
    则汽车受力情况为：Fz1=Fz10+mgZ=mg(+Z)                    （3.5）
                    Fz2=Fz20-mgZ=mg(-Z)                    （3.6）
    由（3.4）、（3.5）、（3.6）联立可得：=                    （3.7）
    又因为：Fμ1+Fμ2=Fj=W·Z                                          （3.8）
    由（3.8）可得：=Z-                                        （3.9）
    由（3.7）和（3.9）分别为函数，并以Fμ1、Fμ2分别为横纵坐标，则可作出过原点和与坐标轴呈45°角的两组直线，将这两条直线的交点以光滑的曲线联接，就形成了理想制动力分配曲线-I曲线[11]，如下图3.2所示：
 
图3.2 理想制动力分配曲线
    理想制动力分配曲线上，汽车前后轴同时抱死是较为理想的状态。这种抱死的状态，也是我们所追求的，由I曲线可知，前后轮制动力之比不是一固定数值，而是不断不变化的。根据这一理论，我们引入了一套如今通用的较为安全的装置即ABS防抱死控制系统，保持制动的安全性。
3.3 实例分析
    制动力的分配是否复合制动性能的基本要求，是汽车相关参数在考虑制动系统设计方面的最终检验目的。因此，我们也可以利用制动力分配的相关数据模型，来验证已成型汽车的设计的合理性，以及路面相关因素对制动性能的影响。
3.3.1 汽车相关参数设计的合理性
    通过对制动力分配的理论研究，运用I曲线，结合以下实例，分析制动力的分配。以下为唐骏王子电动汽车的相关参数如下表3.1所示：
                             
表3.1 实例车型相关参数
          参数
        数值
      汽车质量 m/kg
高级驾驶技巧
      1220
    前轴到质心长度a/m
      1.010
  后轴到质心长度b/m
      1.464
      质心高度h/m
      0.553
      车轮半径r/m
      0.315
    电动机功率p/kw
华星汽车  7.3(4000r/min时)
    满载质量 m满/kg
      1650
    传动效率η
      0.83
    主减速比i0
      2.653
    变速器速比i
      1.335
    根据I曲线和β曲线的制作过程，如上述式=(3.7)、=Z-(3.9)以及式 =，在不同附着系数下，将表格中的相应参数值带入。分别取不同附着系数的φ值，分别取Fμ1、Fμ2为横纵坐标，按Fμ1逐渐增大的趋势随机取值，带入实际制动力分配曲线公式可得如下4组数据：（5,6）、（10,8）、（25,14）、（30,15）。连接上述各点，模拟实际制动力分配曲线可得如下图 3.5 ,β为实际参数经实际制动力分配的公式计算制成的制动力分配曲线，由下图3.5和图3.3（即实际制动力分配曲线图）可知，制动力的中度和重度制动段与理想制动力分配的I曲线一致。故此汽车的相关参数设计比较合理，因而，具有良好的制动性能。