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電動車煞車系統介紹
車輛中心 研發處 底盤與資通訊工程專案 陳柏睿、陳俊傑
由於全球石油蘊藏量的逐漸衰竭,以及近年來環保與綠色能源意識的抬頭,使得全球各大車廠皆投入大量資源來研發新能源車種,而這些新能源車種中又以使用電能驅動馬達,進而帶動車輛移行之電動車最受矚目。
由於人類提供之踏力無法產生足夠的煞車力使車子於短距離內停止,因此現有車輛藉由一助力裝置來放大駕駛踏力,使煞車系統產生足夠之減速力道使車輛能於短距離內停止。在傳統燃油引擎車輛中的助力裝置是使用真空倍力器來放大駕駛者的煞車踏力,其作動原理為利用引擎將倍力器的一端氣室抽真空,而另一端氣室在煞車時提供大氣,使兩氣室形成壓差進而提供輔助力道;然而在電動車輛中,由於是使用馬達來取代燃油引擎作為車輛的驅動來源,因此沒有引擎來產生真空倍力器所需的真空源,且電動車在煞車過程中為了避免浪費車輛的多餘動能而執行再生制動機制(註1),將動能轉換成電能並回充至電池儲存提高續航力,由於再生制動機制會造成煞車減速度的變動,所以車輛需配備能即時與再生制動搭配進行煞車力道調變之系統,方能使車輛產生穩定平順之煞車減速度,為了解決上述兩項電動車輛之問題,新架構的煞車系統因應而生,而目前相關的市售產品主要有Prius、TRW與Continental,市售產品之外觀如圖1所示。
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圖一 市售產品展示表 |
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圖二 Prius煞車系統架構 |
由於新架構須同時兼具滿足放大駕駛者踏力且可與再生制動機制匹配的能力,因此在煞車系統中必須要具有煞車液壓的增壓與調壓裝置,以上述三項市售產品而言,其皆藉由motor-pump與電磁閥來進行煞車液壓的增壓與調壓功能。而在調壓過程中,為了避免煞車踏板跟隨液壓調壓變動而上下起伏,煞車系統的架構通常都會將調壓管路改為by-wire型式(註2),由於採by-wire型式,所以駕駛者煞車意圖就不是透過機械連桿傳遞,而是透過電氣訊號,因此如何取得煞車意圖就顯的相當重要,然而在上述三種市售產品中皆是以行程計透過踏板踩踏的深度與快慢來判斷駕駛者當下的煞車需求。
圖二為Prius車輛上的煞車系統架構圖,該系統透過行程計將駕駛者煞車意圖讀進煞車控制ECU,並根據當下車況計算出相對應的煞車命令,分別控制「油壓摩擦煞車」與「再生制動」,達到滿足駕駛者需求且平穩的煞車性能。
車輛中心(ARTC)為因應未來電動車發展趨勢,已於今年開始著手進行用於電動車且具放大駕駛踏力與再生制動機制匹配能力之新式煞車系統開發,期望未來所累積之研發能量能轉移給國內之廠商,使國內之煞車廠商能於短時間內建立相關研發能量並具備國際競爭力。
註1:再生制動機制是在電動車煞車過程中,依據電池剩餘能量的多寡並透過電源管理系統的控制,對電池充電,其中電力的產生是透過發電機發電將車輛動能轉變為電能,其值並非常數。
註2:by-wire是透過電氣訊號取代傳統的機械連桿。