智能IPB制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

◆文/廣東 汪貴行 汪學(xué)森

在當(dāng)前發(fā)展的電動汽車和智能汽車上，博世“IPB”制動系統(tǒng)，即“智能集成制動系統(tǒng)”正推廣使用，如榮威、蔚來等自主品牌的智能汽車上均已裝用。比亞迪漢也是一款搭載“IPB制動系統(tǒng)”的電動車。所謂“智能”指IPB是一套電控的制動系統(tǒng)，用電機(jī)助力取代傳統(tǒng)的真空助力，響應(yīng)更迅速、控制更精確。所謂“集成”則指IPB系統(tǒng)還接收車輛偏航率等傳感信號，將車身穩(wěn)定ESP裝置也集成進(jìn)系統(tǒng)。對比傳統(tǒng)真空助力的制動系統(tǒng)，IPB總泵系統(tǒng)的重量更輕，占用的空間也更小。

一、IPB智能制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心是采用電機(jī)助力

圖1所示為比亞迪漢IPB裝置的外形。IPB是使用電機(jī)直接助力的制動裝置，仍然裝在原制動總泵的位置，制動踏板接圖1中的推桿來實(shí)施制動。

1.圖1中的IPB總泵直接安裝在防火墻上，其上仍然有油管通向車輪制動分泵，但這個裝置已經(jīng)沒有了真空助力器，顯然也不需要再裝真空管，不用配裝真空泵或真空罐，但車輪制動器仍是液壓的。

車輛的IPB智能集成制動系統(tǒng)如圖2所示，IPB還擴(kuò)展出更多功能，融合了ABS防抱控制、ESP車身穩(wěn)定、ASR牽引控制、TRC防滑控制和自動制動等多項(xiàng)技術(shù)，全面提升其在制動避險、轉(zhuǎn)彎防側(cè)滑、制動舒適等多方面的功能。當(dāng)IPB在電動車上應(yīng)用，可高效增大制動能量回收效率。

2.圖3是IPB總泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要分為主缸和推桿位移傳感器、電機(jī)助力升壓裝置、液壓調(diào)節(jié)裝置等3個組件。系統(tǒng)包括伺服助力電機(jī)、控制電腦、閥體、制動總泵和儲液罐等，構(gòu)成“電液一體化”的產(chǎn)生、分配和傳遞的裝置。其中電機(jī)就是受電腦控制的動力源，閥體為分配源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)即為制動總泵，能量載體仍為儲液罐的制動液。其工作過程如下：

①當(dāng)需制動時駕駛員踩下動踏板，推桿由踏板推動，IPB總泵中部下方有個“踏板行程傳感器”感知踏板的位移量大小，以及踏板移動的速率即移動的快慢程度；

②踏板行程傳感器將位移及快慢信號，傳送給上方的控制電腦，并經(jīng)電腦分析和計(jì)算后，繼而向助力電機(jī)發(fā)送運(yùn)轉(zhuǎn)的命令；

③電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，帶動同軸的蝸桿運(yùn)轉(zhuǎn)，再驅(qū)動蝸輪減速旋轉(zhuǎn)，較大地增大旋轉(zhuǎn)力矩，再經(jīng)同一直軸下方的齒輪，推動齒條移動；

④齒條移動驅(qū)動主缸活塞產(chǎn)生液壓，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)智能制動的助力效果；

⑤若IPB一旦斷電，或電機(jī)助力失效時，則IPB進(jìn)入傳統(tǒng)機(jī)械制動模式，駕駛員踩制動踏板推動主缸，產(chǎn)生液壓送往車輪分泵，使車輛減速。

二、IPB制動系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用

1.相比于傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)，IPB智能集成制動系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)更“快捷”。傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)，是靠制動踏板帶動真空助力器產(chǎn)生制動液壓的。而比亞迪漢車的IPB系統(tǒng)，沒有真空助力裝置，是將踩制動踏板的位移量快速轉(zhuǎn)變成為電信號，控制電腦結(jié)合車速等傳感參數(shù)，“按需”計(jì)算出所需制動力。由伺服電機(jī)快速完成對制動的助力，并精準(zhǔn)調(diào)節(jié)液壓大小。IPB制動響應(yīng)更快，能夠更精準(zhǔn)地產(chǎn)生制動力。特別是當(dāng)觸發(fā)AEB “自動緊急輔助制動”功能時，傳統(tǒng)真空助力制動系統(tǒng)需600ms的響應(yīng)時間，而IPB可在150ms內(nèi)即產(chǎn)生最大制動力，甚至比眨眼瞬間還要快，能快速提升4倍的性能。比亞迪漢車的每百千米制動距離可縮短至32.8m，可顯著提升應(yīng)對緊急路況的能力。

2.特別是在電動汽車上使用IPB技術(shù)，還能極大地回收能量，獲得顯著增多續(xù)航里程的效益。眾所周知，電動汽車制動能量回收的效率，與車速直接相關(guān)，車速越高回收效率越大，反之車速越低，效率則越低。但在制動過程中按習(xí)慣，駕駛員腳踩踏板的力往往是一個穩(wěn)定值。這時就需在總制動狀態(tài)保持不變的情況下，精細(xì)調(diào)節(jié)能量回收的力矩與分泵液壓卡鉗的制動力，盡量使能量回收效率最大化。實(shí)踐證明，在城市道路行駛時，車輛多于90%的制動，均可由反拖驅(qū)動電機(jī)來起制動作用，很少用到制動分泵的制動摩擦。在車輛滑行工況時的能量回饋，幾乎全部可由IPB制動技術(shù)轉(zhuǎn)換為能量回收。這時制動電腦通過輪速傳感器直接獲取車輪動態(tài)，并快速高效地處理，保證車輛的穩(wěn)定性。

比如，比亞迪漢車制動時，在制動電腦的控制下，IPB裝置與驅(qū)動系統(tǒng)相匹配，驅(qū)動電機(jī)首先被反拖轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)，快速將動能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行能量回收。當(dāng)電機(jī)制動無法滿足制動需求時，IPB才會自動快速釋放制動液，啟動傳統(tǒng)機(jī)械制動。在這個過程中，較完善的解決能量回收和制動力的柔順銜接，實(shí)現(xiàn)無縫式的結(jié)合，系統(tǒng)在迅速轉(zhuǎn)換過程中的響應(yīng)極快，能多回收10%的能量，可觀地增大了車輛的續(xù)駛里程。由于降低了對制動摩擦片和制動盤的依賴，還使制動片的磨損大幅減少，有效地降低了養(yǎng)車成本。

3.圖4反映了IPB裝置的推桿位移與主缸液壓的關(guān)系。中部紫色曲線表示有正常踏板感的液壓變化，上部橙色虛線反映踏板有較強(qiáng)烈制動感覺，下方的綠色虛線為踏板有較柔和制動感。曲線變化過程分為4個階段：

①踏板空程階段，表示推桿有極小的位移，但沒有產(chǎn)生主缸液壓，即為制動踏板的自由行程；

②跳變行程階段，即踩動推桿后主缸剛產(chǎn)生液壓的突變過程；

③電機(jī)助力行程，這個階段IPB裝置的主缸活塞在伺服電機(jī)的推動下，液壓上升很快，可滿足車輛制動對液壓的需要，此時對應(yīng)的是驅(qū)動電機(jī)反拖轉(zhuǎn)為發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，可快速地將車輛動能吸收轉(zhuǎn)化為電能，制動能量被較多的回收；

④踏板力行程階段，主缸液壓上升變得極緩慢，表示制動液在車輪分泵繼續(xù)進(jìn)行制動，使用IPB系統(tǒng)，這個傳統(tǒng)的制動過程已被大幅縮減。

4.IPB還有舒適制動的功能，IPB裝置對車輛產(chǎn)生快速、有序性的制動效果，還帶來舒適制動的效果。通常車輛制動時，特別是車速較快時的緊急制動，會產(chǎn)生頻繁“點(diǎn)頭”的頓挫，使乘客很不舒適。而IPB系統(tǒng)用“智能化”妥善解決了制動不舒適的問題，智能制動系統(tǒng)能自動調(diào)節(jié)制動力，通過梯次化的釋放制動力，讓車輛在加速與制動過程的車身姿態(tài)更穩(wěn)定，為乘員提供更平順舒適的體驗(yàn)，故行話中將IPB系統(tǒng)又稱為“舒適的制動裝置”。

5.IPB智能集成制動系統(tǒng)有較多的優(yōu)點(diǎn)，IPB以伺服電機(jī)的助力方式，取代了真空助力器和真空泵的助力方式，具有突出的響應(yīng)更快捷安全，柔性制動乘座更舒適等特點(diǎn)。雖然傳統(tǒng)車輛上體會不到能量回收的優(yōu)點(diǎn)，但能較大地延長制動片的使用壽命。IPB智能制動系統(tǒng)取消了真空泵，還能消除真空泵帶來的工作噪聲，也降低了能量消耗。當(dāng)前IPB系統(tǒng)不僅在電動汽車、智能汽車上越來越多地采用，而且其裝用已經(jīng)擴(kuò)展到傳統(tǒng)的燃油汽車上。