鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2018年12月19日
清華大學張俊智:新能源汽車的制動系統技術成熟有待時日
2018年12月7日-8日,以“創新驅動、技術引領”為主題的2018第六屆“汽車與環境”創新論壇在上海·安亭正式舉辦。本次論壇完整覆蓋汽車行業技術領域的研討,旨在進一步促進整車企業與零部件企業之間對技術發展趨勢的探討、加強汽車行業專家之間的交流互動、增強整車與零部件企業的交流、搭建合作平臺,通過活動促進汽車零部件產業創新轉型升級、打造更具競爭力的整零協同創新關系,助力實現向汽車強國的轉變。
以下是清華大學汽車系教授張俊智在本次論壇上的發言:
非常感謝張教授的介紹!前面的報告都是基于各個板塊的融合,接下來我介紹一下我們在新能源汽車方面的工作。我們是將電動汽車的驅動和制動技術一起來做,大概是從2006年開始,那時候覺得制動比驅動難做,有時會出現剎不住車的情況,這幾年就一起做了。下面把我的一些看法和認知給大家匯報一下。
首先看一下汽車制動系統的發展過程:從最早的機械技術,計算機技術的集成,再到汽車電子化、智能化的大發展趨勢。我這個制動系統是面向汽車電動化和智能化而言的,因為電動化對傳統的液壓和氣壓制動系統提出了新的需求,這種新的需求會反過來以新帶舊,這是非常重要的。然后是制動能量回收系統,在剎車過程中,特別是在城區工況剎車,水平方向上要克服各種行駛阻力,而且加減速頻繁,這個過程中會損耗大量的能量,所以能量回收技術對于電動汽車是非常重要的。實際上,在第一次石油危機時的混合動力技術,那時就有制動能量回收功能,傳統的控制方式就是增壓、減壓實現能量回收,控制風格比較粗獷。傳統的液壓和氣壓制動技術對制動系統本身的要求不是那么高,但在電動汽車出現了以后,因為有電機的制動功能,這樣車上就有兩種制動力,所以對傳統液壓和氣壓制動的控制精度要求就隨之提高了。實際上,傳統制動系統的提升動力也來源于這里。
隨著時代的發展,對制動系統的技術需求發生了變化。這里我主要講講電動車、智能車方面的需求。現在智能車都是在電動車的基礎上做,無論是驅動還是制動功能,電機都可以充分發揮其快速響應性的優勢,在驅動方面通過純電動或混合動力可以提升汽車動力性和操控性,在制動方面則可以協調制動,從而降低原來液壓和氣壓制動的性能要求,這點是非常重要的,這是站在傳統內燃機汽車角度的大背景。
這些年來,國內的制動系統在研究和開發方面取得的成績還是蠻不錯的,氣壓控制系統銷量已經超過了國外兩大系統。氣壓制動除了使用電動化技術,還有制動能量回收技術及智能化技術。另外,液壓制動不單單是電子系統,還有機械系統,機械系統本身的制動閥塊的可靠性、耐久性,制動盤的輕量化等方面都是非常重要的。
就像氣壓制動技術能夠取得這么好成績一樣,我們對液壓制動技術也充滿了信心。零部件企業的發展需要學習借鑒吉利、比亞迪等充分利用國外技術與國內技術結合的思路。總的來看,未來的制動技術的發展方向是制動系統電動化、智能化的綜合和集成。
再簡要講一下制動能量回收策略。從對于整車可操作的角度看,第一個是單踏板回收技術,在加速踏板釋放過程中進行能量回收。另外一種是疊加式回收技術,就是在原車制動系統的基礎上直接介入電機制動力,這個方式改變了原車的需求制動力大小以及分配比例,從而會帶來一些安全隱患。主流的技術方法是通過定點在制動踏板上的調試,不管內部怎么分工,對于整車而言制動效果是一樣的。
再說一下國外制動能量回收技術現狀,由于時間關系詳細方案就不介紹了,重點說一下豐田的混合動力。從電機的角度來看,豐田的混合動力系統已經是第四代了,從制動回收技術的角度來看也是第四代。實際上,第一代制動能量回收系統,我判斷比現在博世推出來的方案還要新穎。也就是說1997年豐田給混合動力系統定位一個標桿的同時,也給制動能量回收系統定了位,到目前為止我覺得豐田用的制動系統仍然是世界最先進的。
世界上制動能量回收系統誰的賣得最多?這就不用說了,大家都知道HITACHI日立,我的判斷是世界第二,這里只是講一下大的思路,詳細的就不展開了。日產的思路和豐田是不是不一樣呢?豐田最早是EHD,一開始大家對能不能大批量應用持懷疑,怕不安全,正是因為混合動力才把EHD的大批量應用解決。就像比亞迪,混合動力成功了,電池也成功了,若沒有雙離合器技術,唐和秦也不可能成功。正是因為豐田的成功,他的EHD得到了大家的認可。日產是采用日立的制動系統方案,從事汽車研發的人都知道,大功率的動力電機是非常重要也是非常難做的,而車上一系列控制系統使用的小功率電機在某種程度上更難做好,就比如說日立的這個方案。
另外,講一下豐田技術思路變化,他們一開始電動車的制動系統就是集成化的設計,電動化了以后,制動系統也發生了顛覆。在使用過程中,特別是產業化的過程中,全新的設計還是有問題的,如在電動化過程當中傳統制動控制也在變化,后來豐田也意識到了這個問題。實際上豐田本身智能車的研發也是非常早的,當初豐田在規劃制動控制系統的時候,當然別的系統也是這樣的,他是站在怎么樣把傳統汽車、電動汽車包括智能汽車共平臺來做,在這個過程當中,全世界有了智能化產業化的發展需求。所以到了第四代的時候,他發生了比較大的變化。一個大的企業那么多種類,每個都是一個體系是不可行的,應該講集成化是趨勢,但后來看到豐田又分開了,好幾個模塊來實現功能。這就是豐田做制動系統的技術思路,非常值得我們借鑒。
下面看一下我們國內的進展。當初做制動能量回收技術的時候,EABS已經非常普及了,我們考慮到已經掌握了ABS技術,如果繼續再做ESC只能是學術研究,因此就是按照這個思路在做。制動能量回收的性能和效果,光靠機械設計方面是不能完全解決問題的,要結合能量回收控制策略才能比較好的實現,并且不會有異樣的制動感覺。要考慮到制動過程的舒適性問題,就是不能改變傳統意義上的剎車感覺。這里也有具體的技術應用和效果,詳細的方案就不介紹了。這個是因為具有ABS的技術基礎,因為制動和驅動是不一樣的東西,我判斷我自己搞不了產業化,能否產業化就要靠企業自己做。
剛才是ABS基礎方案,下面這個是ESC基礎上做的方案。它的功能就是把制動能量回收、防抱死、側滑進行一體化,具體方案時間關系我就不介紹了。這里高校的貢獻是什么?主要是基于我們國內的現狀,到目前為止液壓比例閥國內還都沒有,只能用開關閥,但是達不到這個控制效果,我們的貢獻就是找到開關閥控制的新規律,實現了基于限壓差的電流控制方式。正是因為這個技術的突破,一些新的原理方法才使得我們合作單位能夠在現有的技術條件下,把基于ESC的能量回收功能,直接拿來改進傳統車。
再一個是測試規范和測試基礎。這是我們已有的相關標準,有能量回收效能怎么評價、制動安全性怎么評價,這個規范還是有公信力的,大家沒有爭議。
最近已經公布的有七項,大家感興趣都可以拿到。第一個是能量回收效能快速評價的方法;第二個是對效能恒定性的實驗方法;第三個是提供再生制動切換過程考察汽車的制動平順性評價方法,還有整車動力性評價,后面還有四個,如整車動力學控制、耐久性要求等。
下面還有一個規范,現在進行一個比較大的插電式混合動力項目,這個項目里面我的思路就是把混合驅動、混合制動、混合傳動都融為一體,這里面跟汽車工程協會在合作,到目前為止已經立了14個項目在做。第一批里面制動能量回收團體標準已通過立項,特別是電動汽車再生制動安全性要求和道路試驗方法,這個大家覺得非常迫切。第二個是安全性要求和臺架試驗方法。第三個是可靠性臺架試驗方法。第四個是對標測試方法,制動系統國外有很多先進的技術,我們需要把這么多年的研發經驗總結一下,形成有對標的測試方法。還有一個是動態負載模擬方法,就是在臺架上模擬道路測試做試驗。這是大概的計劃,今年年底做出草稿,明年年底形成。
要想制定有水平的標準就需要參加實驗驗證,在這么多年的研發過程當中,在實驗基礎上建立了能量回饋式制動系統、線控制動系統產品開發測試試驗臺,這個就是回饋制動的測試平臺,把液壓和氣壓制動系統還有回饋制動系統作為實物進行測試,最有特點的一個是極端驅動,在驅動防滑和制動防滑的過程中,對這種回饋制動的動態特性進行測試,這個是非常有特色的。這是一系列測試的結果,包含了驅動、制動以及制動狀態的切換。
再一個是面向智能化,現在我們正在建設一個面向智能車測試的市區測試臺架,特別是極端驅動制動,包括市區內的常規驅動制動,今年年底就會把這個臺架建成,這樣不管是前驅、后驅,不管是電動車還是智能車,重要特點的極端路況可以方便地在線測試。
總的來看,國內的制動技術是比較艱難的,整車層面上也有卡脖子的技術,我覺得氣壓制動系統、液壓制動系統的成熟仍有待時日。謝謝大家!
上一篇:國內能源電池發展如何?