汽車制動系統發展歷程及電子化趨勢

汽車制動系統是使汽車的行駛速度可以強制降低的一系列專門裝置。一般而言制動系統原理是當駕駛者踩下剎車踏板時與其連接的推杆將力傳遞到真空助力器。真空助力器是一個通過大氣壓和真空的壓力差將力矩放大然後傳送給液壓制動總泵從而進行制動的裝置。對於傳統車來說,真空源是由發動機的負壓產生的。


汽車制動系統發展歷程及電子化趨勢


而在電動車或者純電行駛的插電式混合動力汽車,由於沒有發動機或者發動機不工作,無法獲得穩定的真空源,同時新能源車本身還需要儘量通過動力電機進行制動能量回收,為此的解決方案,一是使用電子真空泵,但需要持續運轉,相對能耗較高,並且一旦電子真空泵發生故障,整個剎車系統將失去真空度;另一種方案則是未來的主要發展趨勢-電子線控剎車系統。

汽車制動系統發展歷程及電子化趨勢

車輛制動系統的發展經歷了從真空液壓制動(HPB)到電控和液壓結合(EHB),到新能源汽車發展的階段逐步轉向純電控制的機械制動(EMB)和更智能化的線控制動。


汽車制動系統發展歷程及電子化趨勢

電子真空泵通過電機直接驅動產生真空源,能耗低,性能穩定,成本低,是目前的主流解決方案。真空環境的穩定性決定了制動的操作難易度,而電動助力制動系統,將原有的真空助力器、制動總泵及帶有車輛穩定系統的 ABS 總泵進行了集成,徹底擺脫了真空環境影響,且可以實現制動能量回收最大化。進而隨著汽車電氣化和自動化的浪潮,智能剎車系統是無人駕駛執行層的核心零部件,線控制動預示著未來的趨勢。

汽車制動系統發展歷程及電子化趨勢

1、傳統液壓真空制動

傳統的真空助力器+液壓制動系統,通過發動機或伺服器裝置提供並維持真空環境,真空助力器對駕駛員踏板施加的力進行放大,並向制動總泵施加推力,制動總泵的推力利用帕斯卡定律向各輪胎的制動分泵傳導,由活塞推動制動片夾緊制動盤,從而實現制動力。

汽車制動系統發展歷程及電子化趨勢

傳統液壓真空制動的優點是全機械結構,無需擔憂電子裝置失靈,路面反饋較強,駕駛員可以根據制動效果判斷後續發力程度,缺點是需要真空環境,缺乏真空源的車輛需要額外真空泵,並且無法支持智能駕駛的電子控制。


2、電子液壓制動系統(EHB)


真空助力的液壓制動系統


傳統車汽油發動機進氣歧管可以產生較高的真空壓力,這也是真空助力器的真空來源。而新能源汽車普遍不具備類似結構和功能,因此目前很多廠商的解決方案是進行技術改進,增加電子真空泵,保證真空助力器的環境。

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真空助力液壓制動的優點是維持真空+液壓為主體的結構,技術成熟且成本較低。能夠採用12V的車載電源,現有的車輛電路系統滿足要求。缺點是仍然需要真空泵,增加了能耗和噪音。


電動助力器液壓制動系統

電動助力器利用電動機+減速機的技術替代了真空泵和真空助力器,高度的電動化既減少了系統集成複雜度,也有助於智能駕駛功能的實現。

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上圖所示為博世iBooster系統,其原理是位置傳感器監測踩下踏板的位置信息並向電腦傳遞,計算出所需的制動力,將信號傳遞至伺服電機,通過齒輪轉化後推動制動主缸,此後通過油壓為分缸提供製動力最終形成制動效果的過程與傳統制動液壓相同。

與傳統液壓制動相比,博世iBooster產品最大優點在於產生制動力響應快速,無需真空泵,可以接近 100%動能回收以及可以配合 ACC、AEB 等智能駕駛功能,包括可以配合未來更高級別自動駕駛功能。iBooster 是目前應用最廣的電子液壓制動系統,已經裝車在、特斯拉全系列、保時捷 918、比亞迪 e6、雪佛蘭 Bolt 和 Volt、蔚來 ES8、奇點 is6、法拉第未來 FF91等車型。


3、電子機械制動系統(EMB)


純電控制的電子機械制動系統(EMB)完全不含機械結構,由電機產生制動力,控制制動器制動。在後續發展中完全通過信號線接受計算機提供的制動信號來提供製動力,因此也成為線控系統。


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EMB的主要優點是剎車快,反應時間約為90毫秒,沒有液壓系統,設計和構造比較簡單,可降低車重,節省空間。另外在實現ABS(防抱死)、EBD(制動力分配)等功能時,不再需要單獨的作用模塊,只需要在EMB的控制模塊上增加相應代碼即可。主要缺點是對電源穩定性和CAN總線通信系統要求高,並且由於剎車片附近工況惡劣,對電機的可靠性要求高。


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