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新能源汽车线控制动技术:EHB与EMB的区别

2022-01-14 21:00:37·  来源:ATC汽车底盘  
 
线控技术在汽车上的应用越来越多,如电子节气门、电子变速器档把,还有英菲尼迪Q50搭载的线控转向系统。而在线控技术中线控制动的实现最为困难。线控制动是从真
线控技术在汽车上的应用越来越多,如电子节气门、电子变速器档把,还有英菲尼迪Q50搭载的线控转向系统。而在线控技术中线控制动的实现最为困难。线控制动是从真空助力器延伸开来,用一个电机来代替真空助力器推动主缸活塞。由于汽车底盘空间狭小,电机的体积必须很小,同时要有一套高效的减速装置,将电机的扭矩转换为强大的直线推力,这其中的关键因素就是电机主轴。

日立旗下的东机特工在 2009 年首次推出电液线控制动系统 E-ACT。即用直流无刷超高速电机配合滚珠丝杠直接推动主缸活塞达到电液线控制动,传统的液压制动系统反应时间大约 400-600 毫秒,电液线控制动大约为 120-150 毫秒,安全性能大幅度提高。百公里时速刹车大约最少可缩短 9 米以上的距离。是公认最好的制动方式,为了保证系统的可靠性,这套制动系统一般都需要加入 ESP(ESC)做系统备份。
这些线控制动都不是纯粹的线控制动,仍然需要液压系统放大制动能量。纯粹的线控制动近年来是个火热的研究领域。线控制动(BBW,Brake-by-Wire)根据实现的难易程度分成了两条技术路线:EHB(Electric Hydraulic Brake,液压式线控制动)和EMB(Electric Mechanical Brake,机械式线控制动)。
EHB以传统的液压制动系统为基础,用电子器件取代了一部分机械部件的功能。与飞机的系统类似,制动踏板和制动缸没有任何机械连接,汽车驾驶员的制动动作被踏板上的传感器感转化成电子信号,电子控制单元接受到信号后,命令液压执行机构完成制动的操作。EHB能根据路面的附着情况和转速为每个车轮分配最合理的制动力度,从而可以更充分地利用车轮和地面之间的摩擦力,使制动距离更短,制动过程更安全。
2001~2002年,博世生产的EHB被奔驰的SL跑车和E级所采用,这是最早使用这种制动系统的两款汽车。今天应用EHB的只有F1赛车了——从2014开始为了更好地回收动能,F1赛车的后制动系统普遍换上了EHB。

EHB的优点
1. 传统的制动系统在长期使用后,由于各部件的磨损和变形,会导致制动性能的衰退。而EHB会利用算法弥补部件的磨损和变形,使制动性能长期处于良好状态。
2. EHB可以根据各个车轮的转速和附着力为其分配最恰当的制动力度,这就做到了制动的高度灵活性和高效性。
3. EHB不但能够提供高效的常规制动功能,还能发挥包括ABS在内的更多辅助功能。
现代的汽车电子化程度越来越高,新能源汽车的发展又进一步加快了这种趋势。由于EHB以液压为制动能量源,液压的产生和电控化相对来说比较困难,不容易做到和其他电控系统的整合;而且液压系统的重量对轻量化不利。在汽车越来越像电子产品的今天,EHB的优点并没有远远盖过它的缺点,所以,EHB的大面积普及并不被看好。

EMB将成为主流

EMB从执行机构的差别上可以分成两类,第一类是电动机驱动执行机构然后作用到制动盘上;第二类是在前者的基础上增加一个自增力机构。第一类的典型代表是Continental Teves公司研发的制动器,German Aerospace Center的E-Brake属于后者。
两类EMB各有优缺点,前者结构和控制都比较简单,制动过程更稳定;但由于电动机提供全部的制动推力,要求电动机必须输出很大的功率,这就造成了电动机体积、质量、能耗都比较大。后者由于增加了自增力机构,可以利用汽车的动能增加制动力度,所以驱动电动机的功率可以大幅降低,其能耗比前者减少83%,体积和质量也比前者小;不过由于多了自增力机构,制动控制的难度变大,制动稳定性也变差了。
由于EMB完全实现了电子化,可以很容易地与汽车的其他电控系统整合到一起,能够发挥更多重的功能:制动、ABS、EBD、ESP、自动驾驶、优化能量回收等。基于上述种种优点, EMB技术肯定会得到大力的发展,未来会向液压制动系统发起强有力的挑战。


虽然EMB在原理和功能上有着非常突出的优势,符合电子化的潮流,前景一片看好。但在投入应用之前还有很多棘手的问题需要解决:
(1) 如果电路出现短路、断路,或者电源出现问题,制动系统怎样继续发挥功能?制动踏板模拟器不能正常工作又该如何处置?因此需要在系统的可靠性上着重加强,还要设置意外情况下的保险功能。
(2) 制动系统在长时间或高强度工作时会产生高温,所以关键部件的抗高温性能和散热性能非常重要。
(3) EMB需要用非常精密的电子电路才能运行,但又要面对外部的各种电磁场和地球磁场,这就需要电子电路有很强的抗干扰能力。
(4) 执行制动动作的电动机会消耗不少的电能,目前的12 V车载电源可能无法胜任,未来需要成熟可靠的42 V电源来保证系统的能源供应。
(5) 由于EMB是全新的技术,又需要大量传感器和控制芯片的支持,导致成本比现在主流制动系统高,因此降低成本增强竞争力是EMB能否走向市场的决定因素。
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