1.线控制动系统的定义。 如果制动踏板仅仅只连接一个制动踏板位置传感器,踏板与制动系统之间没有任何刚性连接或液压连接的,都可以视为线控制动( Brake-By-Wre,BBw)系统,如图2-72所示。
⒉线控制动系统的组成与原理。
线控制动系统将原有的制动踏板用一个模拟发生器替代,用来接收驾驶员的制动意图,产生、传递制动信号给控制和执行机构,并根据一定的算法模拟反馈给驾驶员,其基本工作原理如图2-73所示。
自动驾驶时代的逼近推动了线控制动技术的进一步发展。线控制动是自动驾驶汽车“控制执行层”中最关键的,也是技术难度最高的部分。由于技术发展程度的局限,目前出现了两种形式的线控制动系统:电子液压制动(EHB)系统和电子机械制动(EMB)系统EHB和EMB在传力路径上有很大不同,工作原理和特性也有差别。
(1)电子液压制动(EHB)系统典型的EHB系统由制动踏板传感器、电子控制单元(ECU)、执行器机构(液压泵、备用阀和制动器)等组成,如图2-74所示。
正常工作时,制动踏板与制动器之间的液压连接断开,备用阀处于关闭状态制动踏板配有踏板感觉模拟器和电子传感器,ECU可以通过传感器信号判断驾驶员的制动意图,并通过电机驱动液压泵进行制动。电子系统发生故障时,备用阀打开,EHB系统变为传统的液压系统。
EHB系统由于具有冗余系统,安全性在用户的可接受性方面更具优势,且此类型产品成熟度高,目前各大供应商都在推行其开发的产品,如博世的 bOoster大陆的MKC1、采埃孚的IBC等。
备用系统增加了制动系统的安全性,使车辆在线控制动系统失效时还可以进行制动,但是由于备用系统中仍然包含复杂的制动液传输管路,使得EHB并不完全具备线控制动系统产品的优点。EHB系统也因此被视为BBW系统的先期产品。
(2)电子机械制动(EMB)系统在EMB系统中,所有的液压装置,包括主缸、液压管路、助力装置等均被电子机械系统替代,液压盘和鼓式制动器的调节器也被电机驱动装置取代,是名副其实的线控制动系统。EMB系统的组成与原理如图2-75所示,EMB系统的ECU通过制动踏板传感器信号以及车速等车辆状态信号,驱动和控制执行机构的电机来产生所需的制动力。
3.线控制动系统的特点。
汽车线控制动系统具有以下优点:
①线控制动系统的制动踏板与制动执行机构解耦,可以降低部件的复杂性,减少液压与机械控制装置,减少杠杆、轴承等金属连接件,减轻质量,降低油耗和制造成本。
②线控制动系统具有精确的制动力调节能力,是电动汽车摩擦与回馈耦合制动系统的理想选择。③基于线控制动系统,不仅可以实现更高品质的 ABS/ESC/EPB等高级安全功能控制,而且可以满足先进汽车智能系统对自适应巡航、自动紧急制动、自动泊车、自动驾驶等的要求由于EHB以液压为制动能量源,液压的产生和电控化相对来说比较困难,不容易做到和其他电控系统的整合:而且液压系统的质量对轻量化不利。未来可能成为主流的线控制动系统将是EMB,但EMB技术在汽车上的应用并不成熟,短期内难以量产。
EMB具有以下优点。
①执行机构和制动踏板之间无机械或液压连接,缩短了制动器的作用时间,作用时间在100ms以内,有效减小制动距离。
②不需要助力器,减少空间,布置灵活。
③没有液压系统,系统质量轻且环保。
④在ABS模式下无回弹振动,可以消除噪声。
⑤便于集成电子驻车制动、防抱死制动、制动力分配等附加功能。
EMB具有以下缺点。
①无液压备用制动系统,对可靠性要求极高,包括稳定的电源系统、更高的线通信容错能力和电子电路的抗干扰能力。
②制动力不足。因轮毂处布置体积决定制动电机不可能太大,需开发配备较高电压(42V)的系统提高电机功率。
③工作环境恶劣,特别是高温。因部件振动高,且制动温度达几百摄氏度制约了现有EMB零部件的设计。
由于缺乏足够的技术支持,目前市场上并没有批量装车的EMB产品。
4.线控制动系统的产品。
德国博世公司于2013年正式推出线控制动产品 i Booster,是典型的直接型EHB,目前大众所有新能源车均使用 bOoster,如图2-76所示。图2-76(a)是第1代产品,完成度不高,在国内没有使用;图2-76(b)是第2代产品,从二级蜗轮蜗杄改用一级齿轮丝杠减速,体积大幅度缩小,控制精度有所提高。第2代bOoster有四个系列产品,助力大小从4.5kN到8kN之间,8kN可以用在9座型客车上。本田在传统燃油车上配备了第2代 i Booster,由于能量回收时电流突然增大, bOoster容易出现断电保护,这时候ESP介入,但会给人短暂的刹车失灵的感觉。
Booster的工作原理如图2-77所示,它采用齿轮梯形丝杠减速增扭机构将电机的转动转化为制动总泵活塞的平动,建立制动压力。制动踏板推杆与执行机构总泵活塞推杆之间通过间隙的方式进行一定程度的解耦。
ibooster通常与ESP配套使用,ESP在 bOoster失效时顶上。不过因为ESP也是一套电液压系统,也有可能失效,且ESP在设计之初只是为自动紧急制动(AEB)类紧急制动场景设计的,不能做常规制动。所以博世在第2代 ibooster推出后,着手针对L3和L4级自动驾驶设计了一套线控制动系统,如图2.78所示。智能集成制动( Integrated Power BrakeIPB)是 ibooster和ESP合二为一,体积大大缩小,质量也降低不少,最重要的是相对i booster
成本大大降低。
应用博世公司线控制动产品的车型主要有特斯拉全系、大众全部新能源车保时捷918、凯迪拉克CT6、雪佛兰的Bolt和Volt、本田CRV、法拉第未来FF91、荣威Ei5、比亚迪e6、蔚来ES8等。
意大利著名的高性能制动系统及部件厂商布雷博( Brembo)表示,未来10年内,线控制动( Brake-By-Wire)系统将会进一步普及,并且这将成为未来智能车不可或缺的一部分。
线控制动简单理解就是电开关版的碟式刹车,不需要再经过油压转换,直接让电控单元驱动活塞,夹紧制动片以达到刹车制动效果,从而直接实现“电”信号对制动系统更直接的管理。布雷博的线控制动系统如图2-79所示。
相比液压制动系统,线控制动不仅可以降低重量,响应也更加敏捷,还能根据驾驶模式灵活调整制动踏板的感觉以及响应速度,有效解决电动汽车再生制动和摩擦制动间的切换问题。由布雷博研发的线控制动系统响应时间是90ms,比传统的液压制动系统整整快了210ms。
