電控液壓制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)原理及分類優(yōu)缺點(diǎn)分析
根據(jù)技術(shù)路線的不同,電控液壓制動(dòng)系統(tǒng)可分為三大類:傳統(tǒng)電控液壓制動(dòng)系統(tǒng)(第一代)、電控真空助力系統(tǒng)(EVP)和機(jī)電伺服液壓助力系統(tǒng)(第二代)。
傳統(tǒng)電控液壓制動(dòng)系統(tǒng)
在正常工況下,傳統(tǒng)的電液制動(dòng)系統(tǒng)需要制動(dòng)時(shí),駕駛員踩下制動(dòng)踏板。制動(dòng)踏板位移后,踏板傳感器將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào),并發(fā)送給電子控制單元(ECU)。通過分析判斷,調(diào)整蓄能器或電磁閥產(chǎn)生的制動(dòng)壓力。同時(shí),ECU接收并處理來(lái)自ABS/ASR/ESP的車輛動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),并向相應(yīng)的控制單元發(fā)出控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障,ECU將切換到緊急制動(dòng)模式,制動(dòng)踏板力的液壓管路將與緊急制動(dòng)管路連通,踏板力將通過液壓管路加載到制動(dòng)器上(見圖1)。
電子控制真空增壓系統(tǒng)
當(dāng)真空助力器得不到真空或真空不足時(shí)(在高海拔、低溫、節(jié)油發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)、新能源汽車等。).),會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)不良。電動(dòng)真空助力系統(tǒng)可以通過真空傳感器和大氣壓力傳感器監(jiān)測(cè)助力器內(nèi)的真空變化,通過邏輯判斷真空助力泵的工作時(shí)機(jī),從而為制動(dòng)系統(tǒng)提供合適的輔助動(dòng)力,保證其在各種工況下都能為駕駛員提供足夠的制動(dòng)力效果(見圖2)。
機(jī)電伺服動(dòng)力系統(tǒng)
機(jī)電伺服系統(tǒng)以Bosch公司的iboster為代表,工作原理類似于傳統(tǒng)的真空助力器。正常工作時(shí),駕駛員踩下制動(dòng)踏板,集成在iBooster中的踏板行程傳感器檢測(cè)到位移信號(hào),并發(fā)送給電子控制單元。控制單元計(jì)算出電機(jī)所需的扭矩,然后通過兩級(jí)齒輪裝置將扭矩轉(zhuǎn)化為助力閥體的伺服制動(dòng)力。助力器閥體的輸出力和助力器輸入桿的輸入力共同轉(zhuǎn)化為制動(dòng)總泵中的制動(dòng)液壓力(見圖3)。
IBooster采用雙重安全失效模式。第一種安全故障模式考慮了兩種故障情況。如果車輛電源無(wú)法滿負(fù)荷運(yùn)行,iBooster會(huì)使用節(jié)能模式運(yùn)行真空增壓泵,為制動(dòng)系統(tǒng)提供合適的輔助動(dòng)力,以保證其在各種工況下都能為駕駛者提供充足的制動(dòng)動(dòng)力(見圖2)。
機(jī)電伺服動(dòng)力系統(tǒng)
機(jī)電伺服系統(tǒng)以Bosch公司的iboster為代表,工作原理類似于傳統(tǒng)的真空助力器。正常工作時(shí),駕駛員踩下制動(dòng)踏板,集成在iBooster中的踏板行程傳感器檢測(cè)到位移信號(hào),并發(fā)送給電子控制單元??刂茊卧?jì)算出電機(jī)所需的扭矩,然后通過兩級(jí)齒輪裝置將扭矩轉(zhuǎn)化為助力閥體的伺服制動(dòng)力。助力器閥體的輸出力和助力器輸入桿的輸入力共同轉(zhuǎn)化為制動(dòng)總泵中的制動(dòng)液壓力(見圖3)。
IBooster采用雙重安全失效模式。第一種安全故障模式考慮了兩種故障情況。如果板載電源不能滿負(fù)荷運(yùn)行,iBooster將工作在節(jié)能模式。
為了避免給車輛電氣系統(tǒng)增加不必要的負(fù)載,防止車輛電源出現(xiàn)故障;如果iBooster出現(xiàn)故障,ESP系統(tǒng)將接管并提供制動(dòng)輔助。在上述兩種情況下,制動(dòng)系統(tǒng)在200 N的踏板力下可以提供0.4 g的減速度,在第二種安全故障模式下,即車載電源出現(xiàn)故障時(shí)(即斷電模式),可以作為備用:駕駛員可以在沒有制動(dòng)輔助的情況下,通過純液壓模式對(duì)四個(gè)車輪施加制動(dòng)力,使車輛安全停車,滿足所有法律要求(見圖4)。
集成液壓系統(tǒng)
集成液壓系統(tǒng)以天河公司的集成制動(dòng)系統(tǒng)(IBC)為代表。其工作原理與iBooster產(chǎn)品類似,但集成性更強(qiáng)。集成單元取代了低真空或非真空系統(tǒng)所需的大量獨(dú)立組件,包括電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESC)、真空助力器和相關(guān)電纜、傳感器、開關(guān)、電子控制器、真空泵等。該系統(tǒng)的核心是由超高速無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),由旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行監(jiān)控,編碼器向中央電子控制單元(ecu)提供電機(jī)轉(zhuǎn)速、速度和位置等數(shù)據(jù)。此外,高性能電機(jī)還可以為系統(tǒng)提供esc、abs、aeb等輔助制動(dòng)功能。同時(shí)集成了獨(dú)立的液壓回路,將駕駛員的制動(dòng)意圖傳達(dá)給系統(tǒng)。IBC只有一個(gè)單一的安全故障模式:當(dāng)IBC發(fā)生故障時(shí),沒有制動(dòng)輔助的液壓模式直接提供制動(dòng)力。
電子控制制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)產(chǎn)品的技術(shù)比較
傳統(tǒng)的電液制動(dòng)系統(tǒng)、電子真空動(dòng)力系統(tǒng)和電液動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)路線不同,制動(dòng)控制方式也不同,各有優(yōu)缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的電液制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)較早,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,技術(shù)難度大,可靠性有待提高,所以只在部分高端車型和少數(shù)日系車上使用。
電控真空助力器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉,是目前市場(chǎng)上最主流的電控真空制動(dòng)系統(tǒng)解決方案。電子助力系統(tǒng)是近年來(lái)引進(jìn)并逐步完善的制動(dòng)系統(tǒng)。制動(dòng)效率高,可集成多種制動(dòng)輔助功能,可用于新能源汽車能量回收最大化。有望成為未來(lái)主流的電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)。表1總結(jié)了幾種電動(dòng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)。
根據(jù)技術(shù)策略的不同,電子制動(dòng)系統(tǒng)可分為以博世iBooster為代表的機(jī)電伺服動(dòng)力系統(tǒng)和以天合IBC為代表的集成液壓制動(dòng)系統(tǒng)。
兩種系統(tǒng)在開發(fā)成本、使用成本、功耗、可靠性等方面各有優(yōu)劣。
目前普遍認(rèn)為,博世iBooster系統(tǒng)因其冗余備份功能、雙故障安全模式、工作更可靠而受到大眾等汽車廠商的青睞。
天合光能的IBC系統(tǒng)具有集成度高、體積小、重量輕、易于布置、使用成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前天合也在致力于IBC產(chǎn)品的可靠性優(yōu)化,預(yù)計(jì)會(huì)有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。3另外,由于定點(diǎn)采購(gòu)等非技術(shù)原因,iBooster主要匹配歐洲廠商的車型,如大眾、寶馬等,IBC主要匹配北美廠商,如通用汽車等。
目前,中國(guó)市場(chǎng)還沒有與之匹配的汽車,但由于新能源汽車的大力推廣,對(duì)其需求很大。預(yù)計(jì)這兩個(gè)系統(tǒng)在中國(guó)有很好的應(yīng)用前景。
兩種技術(shù)策略的比較如表2所示。
對(duì)于傳統(tǒng)汽車,各種節(jié)能環(huán)保技術(shù),比如缸內(nèi)直噴技術(shù),啟停技術(shù),發(fā)動(dòng)機(jī)小型化等等。被逐漸應(yīng)用,這將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)真空的降低;對(duì)于柴油車,柴油機(jī)沒有節(jié)氣門體,所以進(jìn)氣歧管沒有足夠的真空。此外,在一些特殊情況下,如發(fā)動(dòng)機(jī)突然熄火、冬季冷啟動(dòng)、高空駕駛等。真空度會(huì)受到影響。真空不足會(huì)影響真空助力器的工作。未能提供足夠的制動(dòng)助力器噴射技術(shù)、啟停技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)小型化等。會(huì)逐漸開始被使用,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)真空降低。對(duì)于柴油車,柴油機(jī)沒有節(jié)氣門體,所以進(jìn)氣歧管沒有足夠的真空。此外,在一些特殊情況下,如發(fā)動(dòng)機(jī)突然熄火、冬季冷啟動(dòng)、高空駕駛等。真空度會(huì)受到影響。真空不足會(huì)影響真空助力器的工作,不能提供足夠的制動(dòng)助力。
對(duì)于新能源汽車,由于沒有配備發(fā)動(dòng)機(jī)(純電動(dòng)汽車)或者不能提供足夠的真空(混合動(dòng)力汽車),所以需要g
通過對(duì)電液制動(dòng)系統(tǒng)不同技術(shù)路線的技術(shù)比較和市場(chǎng)應(yīng)用分析,可以預(yù)見電液助力系統(tǒng)將是未來(lái)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著技術(shù)的發(fā)展、成本的優(yōu)化以及制動(dòng)、安全、能耗等相關(guān)法規(guī)的推動(dòng),這些系統(tǒng)有望大規(guī)模普及。如何保證電控系統(tǒng)的可靠性和安全性是下一步的工作。另外,整車和零部件廠商的協(xié)同開發(fā)和匹配也是這個(gè)系統(tǒng)能不能快。
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