圍繞安全、環(huán)保、節(jié)能是汽車(chē)技術(shù)研發(fā)永恒的主題,隨著汽車(chē)電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化的“新四化”發(fā)展,高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)、自動(dòng)駕駛已然成為汽車(chē)未來(lái)發(fā)展的主要方向。而汽車(chē)的新能源化、智能化除了在動(dòng)力方面給汽車(chē)帶來(lái)根本性的變化,在汽車(chē)底盤(pán)線控化方面也成為一種發(fā)展趨勢(shì)。其中電子液壓制動(dòng)(Electronic HydraulicBrake、EHB)和電子機(jī)械制動(dòng)(Electronic MechanicalBrake,EMB)系統(tǒng),作為從人工駕駛到自動(dòng)駕駛線控制動(dòng)的橋梁,既保證了制動(dòng)的有效性和可靠性,又滿足了自動(dòng)緊急制動(dòng)(AEB)、自適應(yīng)巡航(ACC)和自動(dòng)駕駛對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的要求。EMB/EHB系統(tǒng)最主要的特點(diǎn)是采用電動(dòng)助力裝置替代了傳統(tǒng)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的真空助力裝置,這樣減少機(jī)械結(jié)構(gòu)的重量,使得汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)具有重量輕、體積小、響應(yīng)快、制動(dòng)效果明顯提高等優(yōu)點(diǎn)。而且,在車(chē)輛電源故障的情況下,人力也可以提供一定的制動(dòng)力,有失效備份功能。
同時(shí),制動(dòng)踏板感覺(jué)可調(diào)、能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)踏板與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的解藕,配合多種主動(dòng)安全控制功能。并且,EMB/EHB系統(tǒng)在
新能源汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)中還可以利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)制動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)能量回收再利用,明顯地降低對(duì)清潔能源的消耗,延長(zhǎng)汽車(chē)的行駛里程。因此,電控液壓制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用市場(chǎng)前景很廣,國(guó)內(nèi)外研究人員和知名汽車(chē)廠商都相繼投入到EMB/EHB制動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)和整車(chē)配套中。表1所示為目前EHB系統(tǒng)的產(chǎn)品特性和配套市場(chǎng)。
為了全面系統(tǒng)了解EHB系統(tǒng)在整車(chē)上的性能表現(xiàn),本文將在在進(jìn)行EHB系統(tǒng)通用架構(gòu)分析的基礎(chǔ)上,以當(dāng)前具有典型EHB系統(tǒng)的代表,即博世Booster系統(tǒng)、智能集成制動(dòng)IPB系統(tǒng)、大陸MKC1系統(tǒng)和愛(ài)德克斯ECB系統(tǒng)在
電動(dòng)汽車(chē)和
混合動(dòng)力汽車(chē)上的運(yùn)用為例,分析它們的工作原理以及軟硬件的設(shè)計(jì)思想。
一、Booster與ESP組合制動(dòng)系統(tǒng)解析
1.機(jī)電伺服制動(dòng)助力器(Booster)結(jié)構(gòu)
過(guò)去幾十年,制動(dòng)系統(tǒng)在功能和結(jié)構(gòu)上不斷豐富和完善,從最原始的制動(dòng)減速到制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(
ABS)縱向穩(wěn)定控制,發(fā)展到電子制動(dòng)力矩分配(
EBD),到后來(lái)電子穩(wěn)定程序系統(tǒng)(ESP)的橫向穩(wěn)定控制,對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)和提高從未停止。表2總結(jié)了現(xiàn)代車(chē)輛對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)在功能和結(jié)構(gòu)上的需求。
由博世公司研發(fā)的機(jī)電伺服制動(dòng)助力器(Booster),以傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)真空助力器原理為雛形,采用Booster替代真空助力,于2016年推出Booster第二代產(chǎn)品,滿足現(xiàn)代
電動(dòng)汽車(chē)和智能汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的要求。
第二代Booster整體結(jié)構(gòu)圖及剖面圖如圖1所示,主要由
ECU.輸入推桿、永磁同步電機(jī)(PMSM)、減速機(jī)構(gòu)、藕合裝置、回位彈簧、助力閥體、制動(dòng)主缸總成及位移差傳感器組成。第二代Booste肖第一代相比結(jié)構(gòu)上有如下改進(jìn)。
(1)減速機(jī)構(gòu)不同:Booster-代具有兩級(jí)減速機(jī)構(gòu),分別為蝸輪蝸桿和齒輪齒條。Booster二代采用三級(jí)減速機(jī)構(gòu),分別為兩級(jí)齒輪機(jī)構(gòu)和一級(jí)螺母螺桿減速機(jī)構(gòu)。
(2)傳感器不同:Booster-代采用兩個(gè)傳感器,分別為電機(jī)轉(zhuǎn)角傳感器和助力器推桿絕對(duì)位置位移傳感器。Booster二代采用一個(gè)傳感器,位移差傳感器。
(3)電機(jī)參數(shù)不同:Booster一代電機(jī)具有18個(gè)定子線圈和14個(gè)磁極。Booster二代電機(jī)具有12個(gè)定子線圈和8個(gè)磁極。
(4)體積及重量不同:Booster-代外殼體采用鑄造工藝,而二代產(chǎn)品外殼體采用沖壓工藝,殼體更加輕薄。同一尺寸的助力器,二代產(chǎn)品具有更小的體積和重量。Booster第二代技術(shù)參數(shù)如表3所示。
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