電動助力制動系統(tǒng)研究進(jìn)展綜述

柳旭

摘 要：汽車制動系統(tǒng)在汽車安全性上具有重要的作用，本文重點(diǎn)介紹在傳統(tǒng)助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上演變出的電動助力制動系統(tǒng)，分析了電動助力系統(tǒng)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，展望了該系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)和將來的發(fā)展趨勢，為汽車制動系統(tǒng)設(shè)計提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電動助力制動系統(tǒng);綜述;進(jìn)展

0 引言

智能化和電動化是汽車發(fā)展的方向，汽車制動系統(tǒng)在設(shè)計處于至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。所謂智能就是減少對駕駛員的依賴，更多的是通過控制系統(tǒng)選擇最佳的解決方案;所謂電氣化，就是要用電能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源，節(jié)能減排。隨著社會的發(fā)展，人類對汽車制動系統(tǒng)的需求也越來越大，不僅要求它提供可靠的制動安全，還要求它提供更舒適的駕駛體驗(yàn)和更智能的駕駛方式。電動輔助制動系統(tǒng)及其控制方法是智能汽車的必然選擇。不同的人對制動踏板有不同的要求，這就要求制動系統(tǒng)具有變功率比功能。在緊急情況下，車輛能夠快速主動地實(shí)施制動，這就要求制動系統(tǒng)具有主動制動的功能。因此，發(fā)展電動輔助制動系統(tǒng)是滿足人類需求的必然產(chǎn)物，是開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的汽車核心技術(shù)的必然途徑。

1 汽車制動助力系統(tǒng)發(fā)展概況

汽車制動助力系統(tǒng)的概念起源于20世紀(jì)30年代。早期制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的制動能量完全由駕駛員的身體提供，制動控制是通過駕駛員的一個簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)集成來實(shí)現(xiàn)的。這個角色作用于制動器的壓縮。該機(jī)械機(jī)構(gòu)利用杠桿原理將一個長杠桿與一塊摩擦板連接起來。當(dāng)駕駛員踩下剎車踏板時，一側(cè)連接杠桿，另一側(cè)連接杠桿，按壓輪胎另一側(cè)的摩擦板，完成制動。作用在摩擦板上的力是杠桿作用放大后駕駛員的腳踩在剎車踏板上的結(jié)果。隨著生產(chǎn)和生活的需要，整車的質(zhì)量越來越大，需要在機(jī)械制動器上安裝助推器來完成制動。因此，真空助推器就產(chǎn)生了，當(dāng)凱迪拉克汽車在1932年第一次配備了真空助推器，是汽車制動力從無到有已成為汽車制動力的重要標(biāo)志。隨著技術(shù)的不斷突破，液壓制動器逐漸應(yīng)用到汽車上。與氣動制動器相比，液壓制動器具有響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn)。液壓制動器在汽車上的應(yīng)用，為制動輔助系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。20世紀(jì)中期，液壓制動助推器的出現(xiàn)標(biāo)志著汽車制動技術(shù)的提高。使用ABS來避免抱死制動被認(rèn)為是在汽車制動領(lǐng)域最重要的成就。制動輔助系統(tǒng)配合ABS更好的完成制動動作。2013年，博世推出第一代智能助力器。由于不依賴真空源，制動能量回收能力強(qiáng)，很好地適應(yīng)了汽車節(jié)能減排和智能化發(fā)展的需要。也就是電動助力器進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。

2 電動助力制動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

真空助推器廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)汽車的制動中。然而，由于純電動汽車、燃料電池汽車等新能源汽車缺乏真空源，真空助推器難以實(shí)現(xiàn)。目前，電動真空泵廣泛應(yīng)用于新能源汽車提供真空源。世界領(lǐng)先的汽車制造商正在開發(fā)他們自己的電子液壓制動系統(tǒng)。它不僅能提供比傳統(tǒng)制動系統(tǒng)更好的制動性能，而且能有效地回收制動能量。在電液制動系統(tǒng)出現(xiàn)之前，國外出現(xiàn)了很多新型的電液制動系統(tǒng)，其中最具代表性的是豐田的IBS（Intelligent braking System）。它主要由踏板感覺模擬器、液壓控制單元、高壓源等組成。在正常模式下，踏板感知模擬器一方面負(fù)責(zé)提供良好的制動感覺，另一方面負(fù)責(zé)收集駕駛員的制動意圖。液壓控制單元根據(jù)駕駛員的制動意圖控制電磁閥的開啟和關(guān)閉，從而控制輪缸壓力。主缸和輪缸是兩個完全獨(dú)立的部件。2012年，LSP推出了最新的IBS系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由空心電機(jī)、主缸、液壓控制單元、滾珠絲杠等組成。它是電動和電液制動的結(jié)合。空心電機(jī)與滾珠絲杠形成助力機(jī)構(gòu)，控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，獲得良好的踏板感。日立和博世在電動輔助制動系統(tǒng)方面做了大量的研究，現(xiàn)在已經(jīng)有了成熟的產(chǎn)品。

2013年，德國博世公司推出了用于電動機(jī)械增壓器的助推器。該助力器由永磁同步電動機(jī)、齒條、齒輪、蝸輪組成，與傳統(tǒng)的真空助力器相比，踏板傳感器由踏板傳感器組成。功率由踏板推桿和助力機(jī)構(gòu)在感應(yīng)板原理下控制。當(dāng)駕駛員將制動踏板和踏板位移傳感器的位移信息傳輸?shù)诫娮涌刂茊卧獣r，電子控制單元通過內(nèi)部計算輸出相應(yīng)的控制信號來控制電機(jī)的驅(qū)動單元，進(jìn)而控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。時刻值，通過蝸輪和蝸桿齒輪齒條的推力達(dá)到減速機(jī)制，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸入推桿和其他機(jī)制，和身體反應(yīng)板推動工作前進(jìn)的主缸的活塞，從而建立制動壓力。在我國，電液制動系統(tǒng)和電輔助制動系統(tǒng)的研究剛剛起步，還處于理論和實(shí)驗(yàn)研究階段。

3 電動制動助力系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)原理

傳統(tǒng)真空助力器的正常運(yùn)行需要真空源。真空泵為電動汽車和混合動力汽車提供真空源非常不方便。因此，無真空電源的電動制動電源更適合電動汽車。在成熟的產(chǎn)品中，最成功的是“博世智能制動助力器”。智能制動動力系統(tǒng)，智能制動助力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，電子控制單元由踏板行程傳感器、電子換向電機(jī)齒輪、制動主缸組成。它的工作原理與真空助推器相似。當(dāng)踏板踩剎車時，踏板位移傳感器根據(jù)一定的算法計算出位移信息，并利用輸出的控制信號控制電動機(jī)產(chǎn)生合適的力矩輸出。扭矩被二級齒輪轉(zhuǎn)換成力量來推動車體。因此，輸入桿與機(jī)體共同推動氣缸推桿產(chǎn)生向前移動的制動器壓力。智能制動輔助系統(tǒng)可以根據(jù)駕駛員的駕駛習(xí)慣調(diào)整動力比。當(dāng)駕駛員踩踏板和克服了踏板的自由行程，電力系統(tǒng)是動態(tài)的，因?yàn)橹饕钠讐毫Φ脑黾尤Q于駕駛員的腳踏板的壓力。智能制動助力系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)再生制動。在大多數(shù)工況下可以回收小于減速速度的制動能量，對提高電動汽車的電池壽命有非常積極的影響。

4 結(jié)論與展望

在近一百年的發(fā)展，汽車制動電力系統(tǒng)已經(jīng)從一個簡單的杠桿式系統(tǒng)，發(fā)展為真空助力器和液壓系統(tǒng)，以及當(dāng)前的電動助力制動系統(tǒng)，為了使汽車制動助力器系統(tǒng)在節(jié)能和環(huán)境保護(hù)受到越來越多的關(guān)注，將來的研究的重點(diǎn)是提高液壓系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性，這對促進(jìn)汽車安全具有重要意義。

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