基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究的必要性及可行性分析*

杨仕清

基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究的必要性及可行性分析*

杨仕清

（云南交通运输职业学院，云南 昆明 650300）

节约能源的问题是当今世界亟待解决的问题，汽车的制动安全性问题又是关系到人的生命财产安全的问题，将两者联系起来研究意义非凡。文章主要阐述了太阳能汽车发展的现状，分析了基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究的必要性及可行性，并结合太阳能汽车的特点，提出了该方案的研究思路及研究技术路线。

太阳能车顶；辅助制动；研究

1 引言

一辆汽车具有良好的制动性能是汽车主动安全行驶的重要保证。目前汽车上使用的是传统的机械摩擦式（盘式制动或鼓式制动）制动器，如果长时间连续制动或紧急制动会导致制动器的制动性能大大的下降，甚至有可能导致制动器的失效，从而会引发严重的交通事故。制动器失效引发的交通事故已成为突发性事故的主要原因之一[1]。尤其是在货车发生交通事故的原因统计分析表中可以明显地看出，驾驶违章排在第一位，第二位是车辆的机械故障，而在这些车辆的机械故障中，汽车的制动器失效的因素占据了一个比较高的比例[2]。据中国汽车网数据统计，制动失效导致机动车事故的比例占到了所有事故比例的20%多，而制动不良所导致的机动车事故的比例占到了所有事故40%多[3]。数据表中还可以看出，制动失效和制动不良这两大原因所导致的总死亡人数超过交通事故总死亡人数的一半，我国由于交通问题导致的死亡事故占到了全球的15%，已成为交通事故最多发的国家之一。因此，提高汽车的制动性能相当重要，要提高汽车的制动性能，方案之一就是正确选用辅助制动装置。汽车的辅助制动器可以有效地分流行车制动器的负荷、并提高制动稳定性以及制动器的抗热衰退性，从而大大提高汽车的主动安全性，而选择太阳车辅助制动既能有效地利用自然界的清洁能源，又能提高汽车的安全性。

2 国内外现状及发展趋势

2.1 太阳能汽车的现状及发展趋势

上个世纪，第一个太阳能汽车实验室的建立标志着太阳能汽车研究开发工作的开始。而在1984年，瑞士举行了全世界第一届电动汽车以及太阳能汽车的比赛，这次大赛的举办成为太阳能汽车大赛的首创。在后来很长一段时间里，美国、澳大利亚、日本及欧洲各国等相继组织各种太阳能汽车大赛，到20世纪90年代后半期，众多汽车公司，科研院及相关大学也是参赛队伍的主要组成部分。这些太阳能汽车大赛的举办为太阳能汽车的发展提供了良好研究及发展条件，并且也为太阳能汽车的各种新技术的研究开发和应用于实践提供了一个良好的载体[4]。

在我国，太阳能汽车的研究起步是比较晚的，据查阅的数据来看，最早始于清华大学的研究。在我国，由于各汽车厂家的技术相对不够成熟，主要是由各高等院校及各科研院所进行太阳能汽车的研究开发工作。在我国国家知识产权局专利库中搜索统计了与太阳能相关的专利，从数据中可以看出直接与太阳能汽车相关的专利只占极少的一部分，而很大一部分都是与太阳能并网发电及太阳能热水器相关[5]，这说明太阳能汽车的研究开发与世界其他国家相去甚远。目前，我国太阳能汽车主要作为辅助交通工具来使用，目前用得较多的地方有公园、大学校园、旅游景点、医院、火车站、高铁站、大型卖场、大型运动场等地。

2.2 太阳能车顶应用的现状及发展趋势

在传统的汽车顶部安装太阳板或太阳能吸收材料，并在车上安装太阳能电池。然后将太阳能板、太阳能电池、汽车发动机、整车蓄电池、温度传感器、点火器等部件连接起来。这样整个系统就形成了一个完整的回路。汽车受到太阳光照射时，汽车顶部的太阳能板吸收了太阳能，太阳能通过线路存贮于太阳能电池中，太阳能电池又在系统中转换为电能给汽车的蓄电池进行充电，从而实现了汽车电能的补给。中国一汽集团与汉能薄膜发电集团签署了一个产品战略合作协议，该协议的主要内容就是将汉能薄膜太阳能车顶的技术应用到中国一汽红旗系列车型当中，该技术的应用大大地延长一汽电动汽车的续航里程[6]。在车顶搭载了一块薄膜太阳能的电池板的奥迪旗下的首款Q6纯电动SUV在2019年正式上市销售。该款车利用太阳能解决了车内如空调等电器的耗电需求，大大降低了能耗，从而降低油耗，目前这款纯电动的SUV已经在挪威等国家销售。

2.3 新能源学科建设的现状

2010年7月，浙大、中南大学等经教育部审批首次设立了“新能源科学与工程”专业[7]。截止2020年高考志愿填报时，国内已有102所大学开设了新能源科学与工程专业。谁是新能源的引领者，谁就拥有未来最美好的明天，面对新能源产业的蓬勃发展，各高校八仙过海，各显神通，新能源学科建设呈现出千帆竞渡、百舸争流的良好局面。但是，目前专科培养点较少，且新能源的专科生培养体系还未建立。

3 基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究的必要性

中国在新能源领域进行了大量的投入，是世界上新能源发展速度最快的国家之一。随着我国经济的快速增长、对能源需求的持续增加，能源问题将会可能成为制约经济社会发展的问题，世界各国都急切解决能源问题，新能源的研究及开发成为了重要项目。各大高校及高职院校开设新能源学科将为新能源的研究开发培养人才，这将有助于巩固中国在新能源技术与产业领域中的大国地位。

3.1 基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究的必要性

近年来，我们的交通事故基本是每3分钟发生一起，每年交通事故达到40万起，在这些交通事故中因为刹车问题而导致的事故就占到三成多，可见刹车对于汽车安全的重要性。尽管汽车的行车制动系统一定程度上降低了事故的发生率，但车辆的制动器频繁使用，容易造成制动器过热，制动能力衰退，磨损严重，甚至烧坏。因此，加装太阳能辅助制动装置，既可以节约能源，又可以减轻行车及刹车时制动器的负担，保证了汽车的安全行驶并降低了油耗。另外，国内各高校新能源专业刚起步，新能源专业的专科生培养点较少，且新能源的专科生培养体系还未建立。全国高校应尽快为专科学生提供新能源汽车的学习、实践平台，建立专业建设体系，并为新能源汽车专业的学生提供教具进行学习。

3.2 基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究的科学意义

太阳能是来源于自然界的的可再生的清洁能源，只要太阳存在，能源就不断。汽车停车在露天时或在公路上行驶时都能受到太阳光的长期照射。利用好太阳能资源，在汽车平时行驶时利用汽车车顶吸收太阳能并转换电能存贮起来，当汽车制动时，提供汽车辅助制动系统电能，使辅助制动装置工作，能大大地提高车辆的安全性、经济性、环保性、稳定性和舒适性。我校作为省级新能源汽车推广平台基地，应该尽快抓好新能源专科专业的学科建设，建立新能源汽车的实践平台，并推广及带动全国各高校建设新能源专科专业的学科及学习、实践平台，为巩固中国在新能源技术与产业领域中的大国地位奠定坚实基础。

3.3 基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究的应用价值

太阳能汽车作为新能源汽车的一种，各国都在大力提倡发展新能源汽车的背景下具有很好的发展前景。 太阳能汽车的辅助制动系统既能节约能源，又能降低事故的发生率，提高汽车的安全性能，具有较高的应用价值。

3.4 基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究对新能源学科建设的作用

通过技术太阳能汽车辅助制动的研究能为新能源学科的学生提供了学习、实践平台，深化专业建设，并为新能源汽车专业的学生提供了教具学习，增加专业培养点，为建立新能源学科的学生培养体系奠定基础，并能提高新能源汽车专业学生的学习能力及水平。

4 基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究的可行性

太阳能汽车辅助制动系统是利用太阳能转换为电能，再依靠电能提供动力来控制辅助制动系统动作，既节约了能源，又提供汽车的安全性，是一个全新的系统。

4.1 基于太阳能车顶的汽车辅助制动的研究思路和方法

自主设计制造，在普通汽车车顶安装太阳能吸收材料，并在汽车上安装太阳能电池，使车辆能够将吸收的太阳能转换为电能并存贮起来，然后太阳能电池直接连接在汽车辅助制动器上，汽车辅助制动器通过ECU控制，当汽车需要制动时太阳能电池提供能量让辅助制动器工作。

4.2 基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究的主要内容

4.2.1太阳能汽车的设计、制造

独立设计并制造一辆太阳能汽车或在普通轿车车顶加装太阳能板，并在太阳能汽车上安装太阳能充电装置及蓄电池。

4.2.2辅助制动器的设计、安装

主要涉及汽车辅助制动器的传感器、控制器、执行器的设计和安装。

4.2.3电力辅助制动系统的控制策略

汽车ECU通过传感器接收到汽车需要提供辅助制动的信号后，通过计算，由ECU的控制策略控制蓄电池为辅助制动器提供电能驱动辅助制动器工作。

4.3 基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究的技术指标

车辆长下坡或紧急制动时能够提供辅助制动。

4.4 基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究的重点及难点

4.4.1太阳能车顶及太阳能电池

太阳能车顶安装太阳能板后，强度会大大下降，这样会影响汽车的安全性；太阳能充电装置及太阳能电池成本较高。

4.4.2电力辅助制动系统的控制策略

由于控制策略的程序设计难度较大，所以在设计和开发时，会带来一定的困难和挑战。

4.5 基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究的技术路线，见图1

图1 技术路线图

5 结束语

通过基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究成果的运用, 为社会节约能源，降低交通事故的发生率，能挽救更多的生命，造福千千万万的家庭。

[1] 刘强,陆化普,张永波等.我国道路交通事故特征分析与对策研究[J].中国安全科学学报,2006,06:123 -128.

[2] 谷志杰.汽车的制动性能与交通安全[J].公路与汽运.2006,03:34- 36.

[3] 刘增岗,张炳荣,李京.汽车缓速器的发展和法规探讨[J].城市车辆, 2006(2):51-53.

[4] 张卓哲,王浙冉.汽车新能源领域的太阳能技术应用研究[J].科技创新与应用.2017,25: 51-52.

[5] 李江华.太阳能技术在汽车新能源领域中的实践与探究[J].内燃机与配件.2018,03: 212.

[6] 李瀚.汽车新能源领域的太阳能技术运用分析[J].内燃机与配件, 2018,03: 212-213.

[7] 马德粮.新能源汽车技术[M].清华大学出版社.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

杨仕清，就职于云南交通运输职业学院。

云南省教育厅科学研究基金项目《基于太阳能车顶的汽车辅助制动研究》项目资助，项目编号：2019J0506。