電控液壓制動系統(tǒng)技術原理及分類優(yōu)缺點分析
根據(jù)技術路線的不同,電控液壓制動系統(tǒng)可分為三大類:傳統(tǒng)電控液壓制動系統(tǒng)(第一代)、電控真空助力系統(tǒng)(EVP)和機電伺服液壓助力系統(tǒng)(第二代)。
傳統(tǒng)電控液壓制動系統(tǒng)
在正常工況下,傳統(tǒng)的電液制動系統(tǒng)需要制動時,駕駛員踩下制動踏板。制動踏板位移后,踏板傳感器將其轉換為電信號,并發(fā)送給電子控制單元(ECU)。通過分析判斷,調整蓄能器或電磁閥產(chǎn)生的制動壓力。同時,ECU接收并處理來自ABS/ASR/ESP的車輛動態(tài)數(shù)據(jù),并向相應的控制單元發(fā)出控制信號,實現(xiàn)最優(yōu)控制。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障,ECU將切換到緊急制動模式,制動踏板力的液壓管路將與緊急制動管路連通,踏板力將通過液壓管路加載到制動器上(見圖1)。
電子控制真空增壓系統(tǒng)
當真空助力器得不到真空或真空不足時(在高海拔、低溫、節(jié)油發(fā)動機、柴油機、新能源汽車等。).),會導致制動系統(tǒng)不良。電動真空助力系統(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機,從而為制動系統(tǒng)提供合適的輔助動力,保證其在各種工況下都能為駕駛員提供足夠的制動力效果(見圖2)。
機電伺服動力系統(tǒng)
機電伺服系統(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,駕駛員踩下制動踏板,集成在iBooster中的踏板行程傳感器檢測到位移信號,并發(fā)送給電子控制單元??刂茊卧嬎愠鲭姍C所需的扭矩,然后通過兩級齒輪裝置將扭矩轉化為助力閥體的伺服制動力。助力器閥體的輸出力和助力器輸入桿的輸入力共同轉化為制動總泵中的制動液壓力(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。如果車輛電源無法滿負荷運行,iBooster會使用節(jié)能模式運行真空增壓泵,為制動系統(tǒng)提供合適的輔助動力,以保證其在各種工況下都能為駕駛者提供充足的制動動力(見圖2)。
機電伺服動力系統(tǒng)
機電伺服系統(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,駕駛員踩下制動踏板,集成在iBooster中的踏板行程傳感器檢測到位移信號,并發(fā)送給電子控制單元??刂茊卧嬎愠鲭姍C所需的扭矩,然后通過兩級齒輪裝置將扭矩轉化為助力閥體的伺服制動力。助力器閥體的輸出力和助力器輸入桿的輸入力共同轉化為制動總泵中的制動液壓力(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荷運行,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)將接管并提供制動輔助。在上述兩種情況下,制動系統(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(即斷電模式),可以作為備用:駕駛員可以在沒有制動輔助的情況下,通過純液壓模式對四個車輪施加制動力,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。集成單元取代了低真空或非真空系統(tǒng)所需的大量獨立組件,包括電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESC)、真空助力器和相關電纜、傳感器、開關、電子控制器、真空泵等。該系統(tǒng)的核心是由超高速無刷電機驅動的執(zhí)行機構,由旋轉編碼器進行監(jiān)控,編碼器向中央電子控制單元(ecu)提供電機轉速、速度和位置等數(shù)據(jù)。此外,高性能電機還可以為系統(tǒng)提供esc、abs、aeb等輔助制動功能。同時集成了獨立的液壓回路,將駕駛員的制動意圖傳達給系統(tǒng)。IBC只有一個單一的安全故障模式:當IBC發(fā)生故障時,沒有制動輔助的液壓模式直接提供制動力。
電子控制制動系統(tǒng)技術產(chǎn)品的技術比較
傳統(tǒng)的電液制動系統(tǒng)、電子真空動力系統(tǒng)和電液動力系統(tǒng)技術路線不同,制動控制方式也不同,各有優(yōu)缺點。傳統(tǒng)的電液制動系統(tǒng)出現(xiàn)較早,但結構復雜,技術難度大,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)結構簡單,成本低廉,是目前市場上最主流的電控真空制動系統(tǒng)解決方案。電子助力系統(tǒng)是近年來引進并逐步完善的制動系統(tǒng)。制動效率高,可集成多種制動輔助功能,可用于新能源汽車能量回收最大化。有望成為未來主流的電子液壓制動系統(tǒng)。表1總結了幾種電動液壓制動系統(tǒng)的技術特點和優(yōu)缺點。
根據(jù)技術策略的不同,電子制動系統(tǒng)可分為以博世iBooster為代表的機電伺服動力系統(tǒng)和以天合IBC為代表的集成液壓制動系統(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。目前天合也在致力于IBC產(chǎn)品的可靠性優(yōu)化,預計會有很好的市場應用前景。3另外,由于定點采購等非技術原因,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,中國市場還沒有與之匹配的汽車,但由于新能源汽車的大力推廣,對其需求很大。預計這兩個系統(tǒng)在中國有很好的應用前景。
兩種技術策略的比較如表2所示。
對于傳統(tǒng)汽車,各種節(jié)能環(huán)保技術,比如缸內(nèi)直噴技術,啟停技術,發(fā)動機小型化等等。被逐漸應用,這將導致發(fā)動機真空的降低;對于柴油車,柴油機沒有節(jié)氣門體,所以進氣歧管沒有足夠的真空。此外,在一些特殊情況下,如發(fā)動機突然熄火、冬季冷啟動、高空駕駛等。真空度會受到影響。真空不足會影響真空助力器的工作。未能提供足夠的制動助力器噴射技術、啟停技術、發(fā)動機小型化等。會逐漸開始被使用,導致發(fā)動機真空降低。對于柴油車,柴油機沒有節(jié)氣門體,所以進氣歧管沒有足夠的真空。此外,在一些特殊情況下,如發(fā)動機突然熄火、冬季冷啟動、高空駕駛等。真空度會受到影響。真空不足會影響真空助力器的工作,不能提供足夠的制動助力。
對于新能源汽車,由于沒有配備發(fā)動機(純電動汽車)或者不能提供足夠的真空(混合動力汽車),所以需要g
通過對電液制動系統(tǒng)不同技術路線的技術比較和市場應用分析,可以預見電液助力系統(tǒng)將是未來汽車制動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。隨著技術的發(fā)展、成本的優(yōu)化以及制動、安全、能耗等相關法規(guī)的推動,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)和匹配也是這個系統(tǒng)能不能快。
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