除了三電系統,在新能源車領域,剎車系統的創新一直是考驗供應商技術的重要要素。雖然我們在燃油車系統中使用的真空助力液壓制動已經發展了上百年,技術非常成熟可靠。但是一旦到了新能源車上,沒有了傳統內燃機的進氣歧管負壓,成熟的真空助力液壓制動變得無法滿足新能源車的新需求。所以各大供應商都在制動系統領域投入了巨大的資金研發針對電動車,混動車的剎車系統,並逐步進行量產。本期爲大家解讀EHB和EMB制動的發展趨勢,以及性能優劣。

三種制動控制策略及其優劣

由於電動機具備制動力回饋的功能,在制動過程中可以先通過電機的反拖來發電,當反拖功率不足時再通過剎車系統進行減速。所以新能源車的制動是兩個能量轉換過程,先把動能轉換成電能,再把動能轉換成熱能,這是與傳統內燃機汽車的最大不同。當然,除此之外,在減速過程中滾動阻力和風阻也會消耗一部分動能。

事實上,新能源車的制動控制策略分爲三種:單踏板回收式、疊加式、協調式。我們經常駕駛的特斯拉Model S還有Model X都是單踏板回收方式進行制動。也就是說只要鬆開油門(電門)踏板就會出現明顯的電機反拖制動力。這也是很多用戶抱怨的地方,這種制動體驗要異於燃油車,所以剛開始駕駛時需要一些時間適應。採用這種制動策略的駕駛者如果想讓車輛勻速行駛,必須精準的控制“電門”深淺,找到既不加速也不制動的臨界點。這種設計的好處是可以獲得較大的動能回收扭矩,提高續航里程,並且對傳統制動系統不需要改動。

疊加式制動則是在踩下制動踏板時電機反拖才起作用。這種制動的好處是不會有收油時的唐突感,但制動能量回收小,需要對原有制動系統做小幅改動,所以採用這種策略的車型不多。

協調式是三種策略當中性能最好的策略。制動線性非常好,而且能夠高效的回收大量動能。它需要動能回收和剎車系統配合協調工作,優先使用動能回收產生制動力,動能回收和剎車協調工作,配合出完美的剎車線性。但是這種策略需要大幅改造剎車系統。這就是本期要向大家介紹的EHB(Electro-hydraulic Brake)和EMB(Electro-Mechanical Brake)制動系統。

電控液壓制動與電控機械制動系統的優缺點

由於電機的扭矩輸出並不是完全線性的,所以在制動能量回收過程中,電機的外特性曲線會導致回收能量的起伏波動,反應到制動感覺當中就是如果純粹靠電機制動,制動是不線性的,所以此時液壓制動需要保持與電機外特性的協調,這就意味着液壓制動的力度需要迅速響應,隨着電機制動力矩的變化而變化,從而實現一條線性的制動曲線。

EHB系統採用的是電傳剎車踏板。也就是說剎車踏板與制動系統並無剛性連接,也無液壓連接(如上圖,液壓連接只是備用系統,很多EHB直接取消了液壓連接)。而是僅僅連接着一個制動踏板傳感器,用於給電腦(EHB ECU)輸入一個踏板位置信號。

制動液壓通過直流電機驅動的液壓泵建立,當電腦接收到駕駛者的制動意圖後,會率先啓動動能回收實現制動,再通過直流電機建立起來的制動系統液壓用電磁閥進行剎車液壓的精準控制,從而實現與制動能量回收系統的協調配合,產生一個完美線性的制動效果。而剎車踏板的腳感可以根據車輛的性能定位調校出任何想要的軟硬度。

EMB與EHB最大的不同就是所有液壓裝置都被電子機械系統替代了。也就是說它取消了使用一百多年的剎車液壓管路,而是採用電機直接給剎車碟施加制動力。這個原理有點像電子手剎。但是與電子手剎最大的不同是它需要能夠產生足夠大的制動力並且制動線性要高度可調,響應要非常迅速。

EMB最大的優勢在於取消了液壓系統,所以不需要更換剎車油,終身免維護,並且不會因爲剎車關鍵密封件的老化帶來泄露風險。而且反應時間遠小於需要依賴傳統液壓管路的EHB系統。

兩種制動系統的應用案例

EHB和EMB都屬於線控制動系統(BBW)的分支。如果剎車踏板僅僅只連接一個剎車踏板位置傳感器,踏板與制動系統之間沒有任何剛性連接或液壓連接的,都可以視爲BBW線控制動。早期的寶馬M3曾經採用過BBW這種制動方式,但是受制於十多年前的電子系統可靠性和耐用性以及成本,後來新款的M3又換回了傳統制動。

如上圖:EHB系統的主要供應商有大陸集團的MKC1系統以及TRW的IBC系統前者率先用於2017款的羅密歐Giulia車型,後者於2012年推出。

還有鼎鼎大名的博世iBooster系統也是EHB的解決方案,很多新能源車都採用了博世iBooster系統。除此之外還有日系車廠喜歡採用的HITACHI E-ACT系統、大衆的eBKV。相信這些名字要不了多久就會像當年的ABS、EBD、ESP一樣讓人耳熟能詳。

目前EMB制動還沒有大規模量產。已知的最接近量產的是奧迪的EHB和EMB混合產品。雖然EMB有着高可靠性,免維護性以及超高的響應速度,但由於制動力不足,所以在奧迪的解決方案中前輪仍然採用EHB配置而後輪纔會使用EMB。

總結

EHB制動系統已經進入了量產車。很多供應商都可以提供這樣的系統來實現新能源車所需要的協調式制動策略。液壓管路發展了上百年,已經是非常成熟可靠的系統,並且也能較好的控制成本,所以EHB正被大規模普及到量產車上。EMB雖然性能優勢明顯,但純靠永磁電機產生的制動力有限,要想大規模普及到前後車輪上還需要永磁體性能得到突破,雖然EMB是未來制動系統的終極發展方向,但還有很長的路要走。

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