基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究的必要性及可行性分析*

楊仕清

基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究的必要性及可行性分析*

楊仕清

（云南交通運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650300）

節(jié)約能源的問題是當(dāng)今世界亟待解決的問題，汽車的制動(dòng)安全性問題又是關(guān)系到人的生命財(cái)產(chǎn)安全的問題，將兩者聯(lián)系起來研究意義非凡。文章主要闡述了太陽能汽車發(fā)展的現(xiàn)狀，分析了基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究的必要性及可行性，并結(jié)合太陽能汽車的特點(diǎn)，提出了該方案的研究思路及研究技術(shù)路線。

太陽能車頂；輔助制動(dòng)；研究

1 引言

一輛汽車具有良好的制動(dòng)性能是汽車主動(dòng)安全行駛的重要保證。目前汽車上使用的是傳統(tǒng)的機(jī)械摩擦式（盤式制動(dòng)或鼓式制動(dòng)）制動(dòng)器，如果長時(shí)間連續(xù)制動(dòng)或緊急制動(dòng)會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)器的制動(dòng)性能大大的下降，甚至有可能導(dǎo)致制動(dòng)器的失效，從而會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的交通事故。制動(dòng)器失效引發(fā)的交通事故已成為突發(fā)性事故的主要原因之一[1]。尤其是在貨車發(fā)生交通事故的原因統(tǒng)計(jì)分析表中可以明顯地看出，駕駛違章排在第一位，第二位是車輛的機(jī)械故障，而在這些車輛的機(jī)械故障中，汽車的制動(dòng)器失效的因素占據(jù)了一個(gè)比較高的比例[2]。據(jù)中國汽車網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，制動(dòng)失效導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車事故的比例占到了所有事故比例的20%多，而制動(dòng)不良所導(dǎo)致的機(jī)動(dòng)車事故的比例占到了所有事故40%多[3]。數(shù)據(jù)表中還可以看出，制動(dòng)失效和制動(dòng)不良這兩大原因所導(dǎo)致的總死亡人數(shù)超過交通事故總死亡人數(shù)的一半，我國由于交通問題導(dǎo)致的死亡事故占到了全球的15%，已成為交通事故最多發(fā)的國家之一。因此，提高汽車的制動(dòng)性能相當(dāng)重要，要提高汽車的制動(dòng)性能，方案之一就是正確選用輔助制動(dòng)裝置。汽車的輔助制動(dòng)器可以有效地分流行車制動(dòng)器的負(fù)荷、并提高制動(dòng)穩(wěn)定性以及制動(dòng)器的抗熱衰退性，從而大大提高汽車的主動(dòng)安全性，而選擇太陽車輔助制動(dòng)既能有效地利用自然界的清潔能源，又能提高汽車的安全性。

2 國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

2.1 太陽能汽車的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

上個(gè)世紀(jì)，第一個(gè)太陽能汽車實(shí)驗(yàn)室的建立標(biāo)志著太陽能汽車研究開發(fā)工作的開始。而在1984年，瑞士舉行了全世界第一屆電動(dòng)汽車以及太陽能汽車的比賽，這次大賽的舉辦成為太陽能汽車大賽的首創(chuàng)。在后來很長一段時(shí)間里，美國、澳大利亞、日本及歐洲各國等相繼組織各種太陽能汽車大賽，到20世紀(jì)90年代后半期，眾多汽車公司，科研院及相關(guān)大學(xué)也是參賽隊(duì)伍的主要組成部分。這些太陽能汽車大賽的舉辦為太陽能汽車的發(fā)展提供了良好研究及發(fā)展條件，并且也為太陽能汽車的各種新技術(shù)的研究開發(fā)和應(yīng)用于實(shí)踐提供了一個(gè)良好的載體[4]。

在我國，太陽能汽車的研究起步是比較晚的，據(jù)查閱的數(shù)據(jù)來看，最早始于清華大學(xué)的研究。在我國，由于各汽車廠家的技術(shù)相對(duì)不夠成熟，主要是由各高等院校及各科研院所進(jìn)行太陽能汽車的研究開發(fā)工作。在我國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利庫中搜索統(tǒng)計(jì)了與太陽能相關(guān)的專利，從數(shù)據(jù)中可以看出直接與太陽能汽車相關(guān)的專利只占極少的一部分，而很大一部分都是與太陽能并網(wǎng)發(fā)電及太陽能熱水器相關(guān)[5]，這說明太陽能汽車的研究開發(fā)與世界其他國家相去甚遠(yuǎn)。目前，我國太陽能汽車主要作為輔助交通工具來使用，目前用得較多的地方有公園、大學(xué)校園、旅游景點(diǎn)、醫(yī)院、火車站、高鐵站、大型賣場、大型運(yùn)動(dòng)場等地。

2.2 太陽能車頂應(yīng)用的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

在傳統(tǒng)的汽車頂部安裝太陽板或太陽能吸收材料，并在車上安裝太陽能電池。然后將太陽能板、太陽能電池、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、整車蓄電池、溫度傳感器、點(diǎn)火器等部件連接起來。這樣整個(gè)系統(tǒng)就形成了一個(gè)完整的回路。汽車受到太陽光照射時(shí)，汽車頂部的太陽能板吸收了太陽能，太陽能通過線路存貯于太陽能電池中，太陽能電池又在系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換為電能給汽車的蓄電池進(jìn)行充電，從而實(shí)現(xiàn)了汽車電能的補(bǔ)給。中國一汽集團(tuán)與漢能薄膜發(fā)電集團(tuán)簽署了一個(gè)產(chǎn)品戰(zhàn)略合作協(xié)議，該協(xié)議的主要內(nèi)容就是將漢能薄膜太陽能車頂?shù)募夹g(shù)應(yīng)用到中國一汽紅旗系列車型當(dāng)中，該技術(shù)的應(yīng)用大大地延長一汽電動(dòng)汽車的續(xù)航里程[6]。在車頂搭載了一塊薄膜太陽能的電池板的奧迪旗下的首款Q6純電動(dòng)SUV在2019年正式上市銷售。該款車?yán)锰柲芙鉀Q了車內(nèi)如空調(diào)等電器的耗電需求，大大降低了能耗，從而降低油耗，目前這款純電動(dòng)的SUV已經(jīng)在挪威等國家銷售。

2.3 新能源學(xué)科建設(shè)的現(xiàn)狀

2010年7月，浙大、中南大學(xué)等經(jīng)教育部審批首次設(shè)立了“新能源科學(xué)與工程”專業(yè)[7]。截止2020年高考志愿填報(bào)時(shí)，國內(nèi)已有102所大學(xué)開設(shè)了新能源科學(xué)與工程專業(yè)。誰是新能源的引領(lǐng)者，誰就擁有未來最美好的明天，面對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，各高校八仙過海，各顯神通，新能源學(xué)科建設(shè)呈現(xiàn)出千帆競渡、百舸爭流的良好局面。但是，目前?？婆囵B(yǎng)點(diǎn)較少，且新能源的專科生培養(yǎng)體系還未建立。

3 基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究的必要性

中國在新能源領(lǐng)域進(jìn)行了大量的投入，是世界上新能源發(fā)展速度最快的國家之一。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長、對(duì)能源需求的持續(xù)增加，能源問題將會(huì)可能成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的問題，世界各國都急切解決能源問題，新能源的研究及開發(fā)成為了重要項(xiàng)目。各大高校及高職院校開設(shè)新能源學(xué)科將為新能源的研究開發(fā)培養(yǎng)人才，這將有助于鞏固中國在新能源技術(shù)與產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的大國地位。

3.1 基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究的必要性

近年來，我們的交通事故基本是每3分鐘發(fā)生一起，每年交通事故達(dá)到40萬起，在這些交通事故中因?yàn)閯x車問題而導(dǎo)致的事故就占到三成多，可見剎車對(duì)于汽車安全的重要性。盡管汽車的行車制動(dòng)系統(tǒng)一定程度上降低了事故的發(fā)生率，但車輛的制動(dòng)器頻繁使用，容易造成制動(dòng)器過熱，制動(dòng)能力衰退，磨損嚴(yán)重，甚至燒壞。因此，加裝太陽能輔助制動(dòng)裝置，既可以節(jié)約能源，又可以減輕行車及剎車時(shí)制動(dòng)器的負(fù)擔(dān)，保證了汽車的安全行駛并降低了油耗。另外，國內(nèi)各高校新能源專業(yè)剛起步，新能源專業(yè)的?？粕囵B(yǎng)點(diǎn)較少，且新能源的?？粕囵B(yǎng)體系還未建立。全國高校應(yīng)盡快為?？茖W(xué)生提供新能源汽車的學(xué)習(xí)、實(shí)踐平臺(tái)，建立專業(yè)建設(shè)體系，并為新能源汽車專業(yè)的學(xué)生提供教具進(jìn)行學(xué)習(xí)。

3.2 基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究的科學(xué)意義

太陽能是來源于自然界的的可再生的清潔能源，只要太陽存在，能源就不斷。汽車停車在露天時(shí)或在公路上行駛時(shí)都能受到太陽光的長期照射。利用好太陽能資源，在汽車平時(shí)行駛時(shí)利用汽車車頂吸收太陽能并轉(zhuǎn)換電能存貯起來，當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，提供汽車輔助制動(dòng)系統(tǒng)電能，使輔助制動(dòng)裝置工作，能大大地提高車輛的安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、穩(wěn)定性和舒適性。我校作為省級(jí)新能源汽車推廣平臺(tái)基地，應(yīng)該盡快抓好新能源?？茖I(yè)的學(xué)科建設(shè)，建立新能源汽車的實(shí)踐平臺(tái)，并推廣及帶動(dòng)全國各高校建設(shè)新能源?？茖I(yè)的學(xué)科及學(xué)習(xí)、實(shí)踐平臺(tái)，為鞏固中國在新能源技術(shù)與產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的大國地位奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.3 基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究的應(yīng)用價(jià)值

太陽能汽車作為新能源汽車的一種，各國都在大力提倡發(fā)展新能源汽車的背景下具有很好的發(fā)展前景。 太陽能汽車的輔助制動(dòng)系統(tǒng)既能節(jié)約能源，又能降低事故的發(fā)生率，提高汽車的安全性能，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

3.4 基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究對(duì)新能源學(xué)科建設(shè)的作用

通過技術(shù)太陽能汽車輔助制動(dòng)的研究能為新能源學(xué)科的學(xué)生提供了學(xué)習(xí)、實(shí)踐平臺(tái)，深化專業(yè)建設(shè)，并為新能源汽車專業(yè)的學(xué)生提供了教具學(xué)習(xí)，增加專業(yè)培養(yǎng)點(diǎn)，為建立新能源學(xué)科的學(xué)生培養(yǎng)體系奠定基礎(chǔ)，并能提高新能源汽車專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力及水平。

4 基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究的可行性

太陽能汽車輔助制動(dòng)系統(tǒng)是利用太陽能轉(zhuǎn)換為電能，再依靠電能提供動(dòng)力來控制輔助制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作，既節(jié)約了能源，又提供汽車的安全性，是一個(gè)全新的系統(tǒng)。

4.1 基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)的研究思路和方法

自主設(shè)計(jì)制造，在普通汽車車頂安裝太陽能吸收材料，并在汽車上安裝太陽能電池，使車輛能夠?qū)⑽盏奶柲苻D(zhuǎn)換為電能并存貯起來，然后太陽能電池直接連接在汽車輔助制動(dòng)器上，汽車輔助制動(dòng)器通過ECU控制，當(dāng)汽車需要制動(dòng)時(shí)太陽能電池提供能量讓輔助制動(dòng)器工作。

4.2 基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究的主要內(nèi)容

4.2.1太陽能汽車的設(shè)計(jì)、制造

獨(dú)立設(shè)計(jì)并制造一輛太陽能汽車或在普通轎車車頂加裝太陽能板，并在太陽能汽車上安裝太陽能充電裝置及蓄電池。

4.2.2輔助制動(dòng)器的設(shè)計(jì)、安裝

主要涉及汽車輔助制動(dòng)器的傳感器、控制器、執(zhí)行器的設(shè)計(jì)和安裝。

4.2.3電力輔助制動(dòng)系統(tǒng)的控制策略

汽車ECU通過傳感器接收到汽車需要提供輔助制動(dòng)的信號(hào)后，通過計(jì)算，由ECU的控制策略控制蓄電池為輔助制動(dòng)器提供電能驅(qū)動(dòng)輔助制動(dòng)器工作。

4.3 基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究的技術(shù)指標(biāo)

車輛長下坡或緊急制動(dòng)時(shí)能夠提供輔助制動(dòng)。

4.4 基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)

4.4.1太陽能車頂及太陽能電池

太陽能車頂安裝太陽能板后，強(qiáng)度會(huì)大大下降，這樣會(huì)影響汽車的安全性；太陽能充電裝置及太陽能電池成本較高。

4.4.2電力輔助制動(dòng)系統(tǒng)的控制策略

由于控制策略的程序設(shè)計(jì)難度較大，所以在設(shè)計(jì)和開發(fā)時(shí)，會(huì)帶來一定的困難和挑戰(zhàn)。

4.5 基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究的技術(shù)路線，見圖1

圖1 技術(shù)路線圖

5 結(jié)束語

通過基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究成果的運(yùn)用, 為社會(huì)節(jié)約能源，降低交通事故的發(fā)生率，能挽救更多的生命，造福千千萬萬的家庭。

[1] 劉強(qiáng),陸化普,張永波等.我國道路交通事故特征分析與對(duì)策研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2006,06:123 -128.

[2] 谷志杰.汽車的制動(dòng)性能與交通安全[J].公路與汽運(yùn).2006,03:34- 36.

[3] 劉增崗,張炳榮,李京.汽車緩速器的發(fā)展和法規(guī)探討[J].城市車輛, 2006(2):51-53.

[4] 張卓哲,王浙冉.汽車新能源領(lǐng)域的太陽能技術(shù)應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2017,25: 51-52.

[5] 李江華.太陽能技術(shù)在汽車新能源領(lǐng)域中的實(shí)踐與探究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件.2018,03: 212.

[6] 李瀚.汽車新能源領(lǐng)域的太陽能技術(shù)運(yùn)用分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件, 2018,03: 212-213.

[7] 馬德糧.新能源汽車技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社.2017.05.01.

Necessity and Feasibility Analysis of Automobile Auxiliary Braking Based on Solar Roof*

Yang Shiqing

( Yunnan Vocational College Of Transportation, Yunnan Kunming 650300 )

The problem of energy saving is an urgent problem in today's world. The brake safety of automobile is related to the safety of people's life and property. It is of great significance to study the relationship between the two. This paper mainly describes the current situation of the development of solar vehicles, analyzes the necessity and feasibility of automotive auxiliary braking research based on solar roof, and puts forward the research ideas and technical route of the scheme combined with the characteristics of solar vehicles.

Solar roof; Auxiliary braking; Research

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.063

U461.3

A

1671-7988(2021)03-199-03

U461.3

A

1671-7988(2021)03-199-03

楊仕清，就職于云南交通運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院。

云南省教育廳科學(xué)研究基金項(xiàng)目《基于太陽能車頂?shù)钠囕o助制動(dòng)研究》項(xiàng)目資助，項(xiàng)目編號(hào)：2019J0506。