淺談乘用車制動(dòng)系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

吳瑞珍

摘 要：隨著車輛朝著電動(dòng)化、智能化技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，現(xiàn)有乘用車開發(fā)思路從輕量化、極具競(jìng)爭(zhēng)力的加速性能、優(yōu)異的整車舒適和行駛性能，高度交互的智能網(wǎng)聯(lián)以及高規(guī)格的整車安全性能等相關(guān)維度進(jìn)行產(chǎn)品定義并設(shè)計(jì)開發(fā)的。車輛制動(dòng)系統(tǒng)在車輛的安全方面扮演著至關(guān)重要的角色，隨著車輛加速性能的提升及行駛速度的提高，制動(dòng)系統(tǒng)的重要性越來越高，關(guān)系駕乘人員及行人的生命安全。本文簡(jiǎn)要的對(duì)乘用車制動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并初步預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：乘用車;制動(dòng)系統(tǒng)

制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理是利用制動(dòng)裝置，摩擦片與制動(dòng)盤面工作時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱來逐漸消耗車輛所具有的動(dòng)能，以達(dá)到車輛制動(dòng)減速，或直至停車的目的。

乘用車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要滿足以下條件：

● 按所需的減速度使車輛減速或完全停止;

● 下長(zhǎng)坡時(shí)能通過制動(dòng)達(dá)到滿足所需車速的需求;

● 車輛靜止?fàn)顟B(tài)下駐車需求;

● 優(yōu)良的制動(dòng)踏板感感知度;

● 良好的制動(dòng)NVH性能;

● 優(yōu)秀的制動(dòng)距離;

……

電動(dòng)車技術(shù)的發(fā)展、車型平臺(tái)化的衍生和汽車性能的提高及汽車結(jié)構(gòu)型式的變化密切影響著制動(dòng)系統(tǒng)的每個(gè)組成部分。

1 汽車制動(dòng)系統(tǒng)的組成

制動(dòng)系統(tǒng)主要由下面的幾部分組成：

★ 操縱裝置：產(chǎn)生制動(dòng)動(dòng)作輸入的部件，如制動(dòng)踏板、駐車踏板或駐車手柄;

★ 儲(chǔ)能裝置：提供制動(dòng)所需能量的部件或者系統(tǒng)，如發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管處提供的負(fù)壓/電子真空泵/電子助力模塊;

★ 制動(dòng)調(diào)節(jié)裝置：為保證車輛穩(wěn)定及制動(dòng)效果的部件，如ABS、ESC模塊;

★ 傳遞裝置：把制動(dòng)能量傳遞到制動(dòng)器的各個(gè)部件;

★ 執(zhí)行裝置：即制動(dòng)器，產(chǎn)生阻礙車輛運(yùn)動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力的部件。

1.1 操縱裝置

操作裝置即制動(dòng)踏板在設(shè)計(jì)開發(fā)中需從輕量化、平臺(tái)化的角度考慮，與此同時(shí)還需兼顧碰撞安全，人機(jī)舒適的需求：

● 人機(jī)需求（滿足法規(guī)ECE-R 35 踏板布置要求）;

● 踏板安裝點(diǎn)需盡量設(shè)定在前圍或防火墻上，便于零件設(shè)計(jì)及通用的需求;

● 合適的制動(dòng)踏板比;

● 助力器推桿角度必須沿踏板行程穿過0°位置;

● 踏板全行程運(yùn)動(dòng)過程中需保證助力器推桿擺動(dòng)角度在±3°內(nèi);

● 制動(dòng)踏板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足其強(qiáng)度和輕量化的需求。

1.2 儲(chǔ)能裝置

儲(chǔ)能裝置即制動(dòng)所需能源，在現(xiàn)階段的乘用車開發(fā)中可簡(jiǎn)單歸類為基于真空源的伺服制動(dòng)和基于電機(jī)助力的液壓伺服制動(dòng)。

基于真空源的液壓伺服制動(dòng)是通過制動(dòng)踏板推動(dòng)制動(dòng)主缸，進(jìn)而使制動(dòng)器進(jìn)入工作狀態(tài)。伺服制動(dòng)兼用人力和發(fā)動(dòng)機(jī)或電子真空泵作為制動(dòng)能源，正常情況下制動(dòng)能量由動(dòng)力或電子真空本伺服系統(tǒng)供給，動(dòng)力或電子真空泵伺服系統(tǒng)失效時(shí)可由人力供給制動(dòng)能量，這時(shí)伺服制動(dòng)就變?yōu)槿肆χ苿?dòng)。

基于電動(dòng)助力的液壓伺服制動(dòng)是通過電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)能源替代電子真空泵或動(dòng)力的負(fù)壓能源，驅(qū)動(dòng)其機(jī)械機(jī)構(gòu)推動(dòng)制動(dòng)主缸，進(jìn)而使制動(dòng)器進(jìn)入工作狀態(tài)。其伺服制動(dòng)兼用人力和電機(jī)驅(qū)動(dòng)作為制動(dòng)能源;正常情況下制動(dòng)能量電機(jī)驅(qū)動(dòng)直接供給，電機(jī)驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)失效時(shí)可由人力供給制動(dòng)能量，這時(shí)伺服制動(dòng)就變?yōu)槿肆χ苿?dòng)。典型的產(chǎn)品如Bosch的I-booster。

1.3 制動(dòng)調(diào)節(jié)裝置

制動(dòng)調(diào)節(jié)裝置即負(fù)責(zé)制動(dòng)力分配的裝置，為保證駕乘人員的行駛安全，現(xiàn)ABS模塊已在乘用車領(lǐng)域成為其標(biāo)準(zhǔn)配置?；贏BS 模塊衍生而來的ESC 模塊及其更多的功能在現(xiàn)代乘用車中應(yīng)用，駕乘人員的安全得到了進(jìn)一步的保障。

1.4 傳遞裝置

傳遞裝置即是連接各制動(dòng)模塊的制動(dòng)管路系統(tǒng)，負(fù)責(zé)制動(dòng)液的傳送及管路壓力的傳遞。制動(dòng)管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需滿足以下需求：

● 制動(dòng)液相容性表現(xiàn);

● 具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的制動(dòng)部件需用制動(dòng)軟管連接;

● 較高的爆破壓力;

● 較低的制動(dòng)管路膨脹量;

……

1.5 執(zhí)行裝置

執(zhí)行裝置即制動(dòng)器總成，操縱機(jī)構(gòu)的制動(dòng)操縱力通過儲(chǔ)能系統(tǒng)的助力放大后，由制動(dòng)主缸及液壓回路轉(zhuǎn)換成管路壓力，制動(dòng)液壓經(jīng)管路系統(tǒng)傳遞到執(zhí)裝置（制動(dòng)器），制動(dòng)器把制動(dòng)液壓轉(zhuǎn)化為正壓力壓在摩擦片上，通過摩擦片與制動(dòng)盤的相對(duì)摩擦產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)力矩，基于作用力與反作用力的存在，即地面對(duì)輪胎的作用力為制動(dòng)力。

現(xiàn)有乘用車主要采用浮式卡鉗和固定式卡鉗的盤式制動(dòng)器。 隨著車輛加速性能的提升和制動(dòng)性能的提高以及成本的降低，固定式卡鉗的盤式制動(dòng)器得到越來越多的應(yīng)用。

2 制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

（1）液壓制動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)普遍應(yīng)用在乘用車上，經(jīng)過多年的研究，技術(shù)已經(jīng)非常成熟。隨著人們對(duì)制動(dòng)性能要求的提高，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)、電子穩(wěn)定性控制程序、主動(dòng)避撞技術(shù)等功能逐漸融入到制動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中，整車的性能安全得到了極大提升。

（2）隨著電動(dòng)車技術(shù)與智能駕駛技術(shù)的發(fā)展，在車輛模塊化、集成化、電子化、供能高壓化的趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)下，乘用車制動(dòng)系統(tǒng)也朝著電子化方向發(fā)展。電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)越來越得到普及。 它成為了傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)到電子制動(dòng)系統(tǒng)的一種有效的過渡方案，既避免傳統(tǒng)真空助力液壓系統(tǒng)的在高海拔地區(qū)的性能弊端，又通過其與之匹配的調(diào)節(jié)模塊實(shí)現(xiàn)了最大的制動(dòng)能量回收，在有無能量回收的工況下，相對(duì)一致制動(dòng)踏板感，并在相關(guān)電子模塊失效的情況下，通過駕駛員的踏板操縱力來達(dá)到整車制動(dòng)性能要求。

相比傳統(tǒng)真空助力制動(dòng)液壓伺服系統(tǒng)，電液復(fù)合液壓制動(dòng)伺服系統(tǒng)有如下優(yōu)勢(shì)：

● 助力能力不會(huì)受到海拔高度的影響;

● 與真空助力器一樣的踏板感受;

● 系統(tǒng)減壓響應(yīng)時(shí)間短;

● 電機(jī)助力可適時(shí)控制，基于客戶需求通過軟件匹配不同踏板特性;

● 電動(dòng)助力可與其相關(guān)制動(dòng)調(diào)節(jié)器匹配，在實(shí)現(xiàn)最大制動(dòng)能量回收的同時(shí)保證踏板感與無能量回收介入時(shí)感受一致;

● 電機(jī)助力模塊支持智能駕駛的相關(guān)功能，其相關(guān)的冗余制動(dòng)備份滿足自動(dòng)駕駛的需求，滿足L3/L4級(jí)別的制動(dòng)駕駛需求。

電液復(fù)合液壓制動(dòng)系統(tǒng)的布置有兩種結(jié)構(gòu)型式：一種是電機(jī)助力模塊+制動(dòng)力調(diào)節(jié)模塊（如：Bosch集團(tuán)的ibooster+ESP hev），另一種是電機(jī)助力模塊與制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置一體化模塊（如：Conti 集團(tuán)的 MKC1模塊），兩種結(jié)構(gòu)型式都能滿足對(duì)制動(dòng)助力的需求和對(duì)智能自動(dòng)駕駛相關(guān)功能的支持，同時(shí)兩者之間存在差異。

以下自動(dòng)駕駛功能需制動(dòng)系統(tǒng)支持實(shí)現(xiàn)：

● 自適應(yīng)巡航（全速度區(qū)間）;

● 高速輔助駕駛系統(tǒng);

● 交通擁堵輔助;

● 自動(dòng)緊急制動(dòng);

● 城市間的自動(dòng)緊急制動(dòng);

● 確保主動(dòng)安全接合輔助系統(tǒng);

● 車道保持輔助;

● 全自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng);

● 反向自動(dòng)緊急制動(dòng)。

（3）線控制動(dòng)技術(shù)制動(dòng)技術(shù)是未來制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。線控制動(dòng)主要由電制動(dòng)器和電制動(dòng)控制單元、制動(dòng)力模擬器主要部分組成，反饋制動(dòng)力給制動(dòng)踏板產(chǎn)生制動(dòng)感覺。基于現(xiàn)在的技術(shù)條件，要全面應(yīng)用電制動(dòng)，還有很多問題需要面對(duì)：

● 實(shí)現(xiàn)線控制動(dòng)的電能問題（動(dòng)力電池能源或48伏系統(tǒng)）;

● 線控制動(dòng)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)問題;

● 針對(duì)線控制動(dòng)的底盤電子集成問題;

● 線控制動(dòng)中車身穩(wěn)定控制功能的開發(fā)問題;

● 線控制動(dòng)導(dǎo)致非簧載質(zhì)量增加對(duì)整車舒適及整車操穩(wěn)性能的影響;

● 線控制動(dòng)對(duì)電機(jī)及其執(zhí)行器的耐久性能及散熱性能的影響;

與此同時(shí)，相比于傳動(dòng)真空液壓制動(dòng)系統(tǒng)，線控制動(dòng)有其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)：

● 系統(tǒng)布局相對(duì)簡(jiǎn)單，無液壓回路系統(tǒng)，采用硬線連接;

● 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，縮短制動(dòng)距離;

● 由于其制動(dòng)感通過制動(dòng)力模擬器反饋，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)踏板感的可調(diào)節(jié)性，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)踏板感基于軟件端的OTA迭代更新;

● 系統(tǒng)總成裝配、標(biāo)定更塊，便于模塊化設(shè)計(jì);

● 線控支持智能駕駛的相關(guān)功能，能實(shí)現(xiàn)最大的能量回收。

3 結(jié)論

在車輛電動(dòng)化，自動(dòng)駕駛化，車輛平臺(tái)模塊化，集成化的技術(shù)浪潮中，新技術(shù)的發(fā)明及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用突破，未來汽車將朝著高度智能化發(fā)展，乘用車線控制動(dòng)系統(tǒng)必將取代傳統(tǒng)真空助力或電液混合制動(dòng)系統(tǒng)，使車輛底盤實(shí)現(xiàn)一體化，集成化的目標(biāo)。