電動助力制動系統(tǒng)研究進展綜述

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，本文重點介紹在傳統(tǒng)助力系統(tǒng)基礎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)設計提供依據(jù)。

關鍵詞：電動助力制動系統(tǒng);綜述;進展

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)在設計處于至關重要的環(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物，是開發(fā)具有自主知識產權的汽車核心技術的必然途徑。

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30年代。早期制動系統(tǒng)結構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械結構集成來實現(xiàn)的。這個角色作用于制動器的壓縮。該機械機構利用杠桿原理將一個長杠桿與一塊摩擦板連接起來。當駕駛員踩下剎車踏板時，一側連接杠桿，另一側連接杠桿，按壓輪胎另一側的摩擦板，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果。隨著生產和生活的需要，整車的質量越來越大，需要在機械制動器上安裝助推器來完成制動。因此，真空助推器就產生了，當凱迪拉克汽車在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志。隨著技術的不斷突破，液壓制動器逐漸應用到汽車上。與氣動制動器相比，液壓制動器具有響應速度快、結構簡單、機械效率高等優(yōu)點。液壓制動器在汽車上的應用，為制動輔助系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅實的基礎。20世紀中期，液壓制動助推器的出現(xiàn)標志著汽車制動技術的提高。使用ABS來避免抱死制動被認為是在汽車制動領域最重要的成就。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，很好地適應了汽車節(jié)能減排和智能化發(fā)展的需要。也就是電動助力器進入實際應用階段。

2 電動助力制動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

真空助推器廣泛應用于內燃機汽車的制動中。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，真空助推器難以實現(xiàn)。目前，電動真空泵廣泛應用于新能源汽車提供真空源。世界領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責提供良好的制動感覺，另一方面負責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閉，從而控制輪缸壓力。主缸和輪缸是兩個完全獨立的部件。2012年，LSP推出了最新的IBS系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由空心電機、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合?？招碾姍C與滾珠絲杠形成助力機構，控制電機輸出轉矩，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)在已經有了成熟的產品。

2013年，德國博世公司推出了用于電動機械增壓器的助推器。該助力器由永磁同步電動機、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構在感應板原理下控制。當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部計算輸出相應的控制信號來控制電機的驅動單元，進而控制電機的旋轉。時刻值，通過蝸輪和蝸桿齒輪齒條的推力達到減速機制，電動機的轉矩輸入推桿和其他機制，和身體反應板推動工作前進的主缸的活塞，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，還處于理論和實驗研究階段。

3 電動制動助力系統(tǒng)的組成與結構原理

傳統(tǒng)真空助力器的正常運行需要真空源。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)的結構，電子控制單元由踏板行程傳感器、電子換向電機齒輪、制動主缸組成。它的工作原理與真空助推器相似。當踏板踩剎車時，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產生合適的力矩輸出。扭矩被二級齒輪轉換成力量來推動車體。因此，輸入桿與機體共同推動氣缸推桿產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)駕駛員的駕駛習慣調整動力比。當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，因為主要的汽缸壓力的增加取決于駕駛員的腳踏板的壓力。智能制動助力系統(tǒng)也可以實現(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 結論與展望

在近一百年的發(fā)展，汽車制動電力系統(tǒng)已經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)境保護受到越來越多的關注，將來的研究的重點是提高液壓系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性，這對促進汽車安全具有重要意義。

參考文獻：

[1]關文達.汽車構造[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[2]鄧偉文.電氣化與智能化技術——未來汽車的驅動力[J].汽車安全與節(jié)能學報，2010，01（03）：179-189.

[3]包崇美.汽車行業(yè)頭腦風暴——聚焦2018中國汽車產業(yè)發(fā)展（泰達）國際論壇[J].世界汽車，2018（10）：70-79.

[4]潛磊.電動助力制動系統(tǒng)研究[D].長春：吉林大學，2017.