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      汽車領域電制動系統必將取代傳統制動系統(LP)
      2016年10月9日

      從汽車誕生時起,車輛制動系統在車輛的安全方面就扮演著至關重要的角色。近年來,隨著車輛技術的進步和汽車行駛速度的提高,這種重要性表現得越來越明顯。汽車制動系統種類很多,形式多樣。傳統的制動系統結構型式主要有機械式、氣動式、液壓式、氣—液混合式。它們的工作原理基本都一樣,都是利用制動裝置,用工作時產生的摩擦熱來逐漸消耗車輛所具有的動能,以達到車輛制動減速,或直至停車的目的。伴隨著節能和清潔能源汽車的研究開發,汽車動力系統發生了很大的改變,出現了很多新的結構型式和功能形式。新型動力系統的出現也要求制動系統結構型式和功能形式發生相應的改變。例如電動汽車沒有內燃機,無法為真空助力器提供真空源,一種解決方案是利用電動真空泵為真空助力器提供真空。 汽車制動系統的發展是和汽車性能的提高及汽車結構型式的變化密切相關的,制動系統的每個組成部分都發生了很大變化。 

      汽車制動系統的組成 

      制動系統主要由下面的4個部分組成:

      (1)供能裝置:也就是制動能源,包括供給、調節制動所需能量以及各個部件,產生制動能量的部分稱為制動能源; 

      供能裝置主要是指制動能源,制動能源有人力制動、伺服制動、動力制動或者上述任兩者的結合使用。 人力制動是開始有制動系統時的制動能源,它有機械式制動、液壓式制動兩種形式。機械式制動主要用于駐車制動系統中,駐車制動系統中要求用機械鎖止方法保證汽車在原地停止不動,在任何情況下不至于滑動。液壓式制動是通過制動踏板推動制動主缸,進而使制動器進入工作狀態。伺服制動兼用人力和發動機作為制動能源,正常情況下制動能量由動力伺服系統供給,動力伺服系統失效時可由人力供給制動能量,這時伺服制動就變為人力制動。伺服制動可用氣壓能、真空能(負氣壓能)以及液壓能作為伺服能量,形成各種形式的助力器。動力制動系統的制動能源是發動機所驅動的油泵或者氣泵,人力僅作為控制來源,可分為氣壓制動、氣頂液制動、液壓制動。其中氣壓制動是發展最早的一種動力制動系統。它用空氣壓縮機提供氣壓,氣頂液制動是用氣壓推動液壓動作,產生制動作用。液壓制動是目前得到廣泛應用的一種制動系統,技術已經非常成熟。目前正在發展的電液復合制動以及電子制動中使用了電機作為制動能源,人力踩制動踏板作為控制來源。 

      (2)控制裝置:包括產生制動動作和控制制動效果的部件;

      最早的人力制動,通過機械的連接產生制動動作。發展到人力控制制動,通過踩制動踏板啟動制動,再由傳力裝置把制動踏板力傳到真空助力器,經過真空助力器的助力擴大后,傳遞到制動主缸產生液壓力,然后通過油路把液壓力傳遞到每個輪缸,開始制動。隨著清潔能源汽車和電動汽車的研究應用,以及電子技術在汽車上面的廣泛應用,制動系統的控制裝置也出現了電子化的趨勢,其中電制動完全改變了制動系統的控制和管理,會使汽車制動系統發生革命性的變化,它采用電子控制,可以更加準確、更高效率地實現制動。 

      (3)傳動裝置:包括把制動能量傳遞到制動器的各個部件; 

      人力制動時代是采用機械式的傳動裝置,氣(液)壓制動是利用氣(液)壓力和連接管路把制動力傳遞到制動器。電子制動則是利用制動電機產生制動力直接作用到制動器,它的控制信號來自控制單元(ECU),用信號線傳遞制動信號和制動力信息。

      (4)制動器:產生阻礙車輛運動或者運動趨勢的力的部件,也包括輔助制動系統中的部件。 現代的制動系統還包括制動力調節裝置和報警裝置,壓力保護裝置等輔助裝置。 

      制動器是制動的主要組成部分,目前汽車制動器基本都是摩擦式制動器,按照摩擦副中旋轉元件的不同,分為鼓式和盤式兩大類制動器。 鼓式制動器又有領從蹄式、雙領蹄式、雙向雙領蹄式、雙從蹄式、單向自增力式、雙向自增力式制動器等結構型式。盤式制動器有固定鉗式,浮動鉗式,浮動鉗式包括滑動鉗式和擺動鉗盤式兩種型式。滑動鉗式是目前使用廣泛的一種盤式制動器。由于盤式制動器熱和水穩定性以及抗衰減性能較鼓式制動器好,可靠性和安全性也好,而得到廣泛應用。但是盤式制動器效能低,無法完全防止塵污和銹蝕,兼做駐車制動時需要較為復雜的手驅動機構,因而在后輪上的應用受到限制,很多車是采用前盤后鼓的制動系統組成。電動汽車和混合動力汽車上具有再生制動能力的電機,在回收制動能量時起制動作用,它引入了新型的制動器。作為一種新的制動器型式,勢必引起制動器型式的變革。電制動系統制動器是基于傳統的制動器,也分為盤式電制動器和鼓式電制動器,鼓式電制動器由于制動熱衰減性大等缺點,將來汽車上會以盤式電制動器為主。 

      制動系統的發展趨勢

      已經普遍應用的液壓制動現在已經是非常成熟的技術,隨著人們對制動性能要求的提高,防抱死制動系統、驅動防滑控制系統、電子穩定性控制程序、主動避撞技術等功能逐漸融人到制動系統當中,需要在制動系統上添加很多附加裝置來實現這些功能,這就使得制動系統結構復雜化,增加了液壓回路泄漏的可能以及裝配、維修的難度,制動系統要求結構更加簡潔,功能更加全面和可靠,制動系統的管理也成為必須要面對的問題,電子技術的應用是大勢所趨。 從制動系統的供能裝置、控制裝置、傳動裝置、制動器4個組成部分的發展歷程來看,都不同程度地實現了電子化。人作為控制能源,啟動制動系統,發出制動企圖;制動能源來自儲存在蓄電池或其它供能裝置;采用全新的電子制動器和集中控制的電子控制單元(ECU)進行制動系統的整體控制,每個制動器有各自的控制單元。機械連接逐漸減少,制動踏板和制動器之間動力傳遞分離開來,取而代之的是電線連接,電線傳遞能量,數據線傳遞信號,所以這種制動又叫做線控制動。這是自從ABS在汽車上得到廣泛應用以來制動系統又一次飛躍式發展。 電液復合制動系統是從傳統制動向電子制動的一種有效的過渡方案,采用液壓制動和電制動兩種制動系統。這種制動系統既應用了傳統的液壓制動系統以保證足夠的制動效能和安全性,又利用再生制動電機回收制動能量和提供制動力矩,提高汽車的燃料經濟性,同時降低排放,減少污染。但是由于兩套制動系統同時存在,結構復雜、成本偏高。結構的復雜性也增加了系統失效和出現故障的可能性,維護和保養難度增加。 

      電制動的優缺點和存在的問題

      電子制動首先應用到飛機上,目前處于向汽車領域應用的研究和改進階段,隨著技術進步,各種問題會逐步得到解決,電制動系統最終會取代傳統的以液壓為主的制動控制系統以及電液復合制動系統。電制動或者線控制動(BBW)是未來制動系統發展的方向。電制動器和電制動控制單元、制動力模擬器是其重要組成部分,反饋制動力給制動踏板產生制動感覺。

      電制動具有其它傳統制動無法比擬的優點: 

      1)結構簡單,系統質量較傳統制動系統降低很多,從而減少了整車質量; 

      2)制動響應時間短,提高制動性能,縮短制動距離; 3)系統中不存在制動液,維護容易、簡單,采用電線連接,系統的耐久性能良好; 

      4)系統總成的制造、裝配、調試、標定更快,易于采用模塊化結構; 

      5)已經開發出具有容錯功能的適用于汽車的網絡通訊協議如TTP/C,Flex Ray等通訊協議可以應用到電制動系統中。 

      6)易于進行改進和功能的增加,可以并入汽車CAN通訊網絡進行集中管理和共享信息。 對于大部分人來說,電制動系統是全新的制動系統,它為將來的智能化車輛提供了條件。

      基于現在的技術條件,要全面應用電制動,還有很多問題需要面對: 

      1)驅動能源問題,采用電子制動需要較多的電能,一個盤式制動器峰值需要lkW的驅動能量,目前12V的車輛電力系統無法提供這么大的能量,未來的車輛動力系統需要采用高壓電,加大能源供應,以滿足各系統能量的需求,同時解決好高壓電的安全問題;

      2)沒計制動系統時必須要考慮的是制動系統的失效問題,電制動不存在主動的備用制動系統,不論是ECU、傳感器、還是制動器本身、線束失效,都能使制動系統保證制動的基本性能,除了ECU可以采用冗余設計外,實現電制動的一個關鍵技術是相同失效時的信息交流協議如TTP/C等的研究應用;

      3)實現和汽車底盤其他控制系統的集成

      4)采用電制動后整車質量有所減少,但是非簧載質量可能會有所增加,這是要注意的; 5)制動器在持續制動或高強度制動過程會產生高溫,這對電機和傳動裝置的性能和散熱提出了高的要求。 6)成本比原有液壓制動系統高,提高電制動系統的性價比是需要解決的問題。 隨著技術的進步,上述的各種問題會逐步得到解決。戴姆勒-克萊斯勒汽車公司已經把一種電制動系統——測控一體化制動系統——安裝在奔馳乘用車上,它是一種功能強大的機電一體化的系統,在汽車運行中,系統感知制動踏板的動作,并把相關信息傳遞給控制單元,控制單元發出指令給執行器進行各車輪的制動,它可以根據制動踏板的加速度來識別駕駛員是否正在進行緊急制動并做出迅速反應,縮短制動距離,這種系統會增加駕駛者的安全感和舒適感,使停車過程平順。可以預見不久的將來會有更多的電制動系統得到裝車應用。 

      在車輛模塊化、集成化、電子化、車供能源的高壓化的趨勢驅動下,車輛制動系統也朝著電子化方向發展,很多汽車和零部件廠商都進行了電制動系統的研究和推廣,電制動系統必將取代傳統制動系統,汽車底盤進一步一體化、集成化。

      聯系方式:QQ:467102884  電話:13811070445(劉女士)


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