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汽车制动系统发展历程及电子化趋势

汽车制动系统是使汽车的行驶速度可以强制降低的一系列专门装置 。 一般而言制动系统原理是当驾驶者踩下刹车踏板时与其连接的推杆将力传递到真空助力器 。 真空助力器是一个通过大气压和真空的压力差将力矩放大然后传送给液压制动总泵从而进行制动的装置 。 对于传统车来说 ， 真空源是由发动机的负压产生的 。
汽车制动系统发展历程及电子化趋势
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而在电动车或者纯电行驶的插电式混合动力汽车 ， 由于没有发动机或者发动机不工作 ， 无法获得稳定的真空源 ， 同时新能源车本身还需要尽量通过动力电机进行制动能量回收 ， 为此的解决方案 ， 一是使用电子真空泵 ， 但需要持续运转 ， 相对能耗较高 ， 并且一旦电子真空泵发生故障 ， 整个刹车系统将失去真空度；另一种方案则是未来的主要发展趋势-电子线控刹车系统 。
汽车制动系统发展历程及电子化趋势
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【汽车制动系统发展历程及电子化趋势】车辆制动系统的发展经历了从真空液压制动（HPB）到电控和液压结合（EHB） ， 到新能源汽车发展的阶段逐步转向纯电控制的机械制动（EMB）和更智能化的线控制动 。
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电子真空泵通过电机直接驱动产生真空源 ， 能耗低 ， 性能稳定 ， 成本低 ， 是目前的主流解决方案 。 真空环境的稳定性决定了制动的操作难易度 ， 而电动助力制动系统 ， 将原有的真空助力器、制动总泵及带有车辆稳定系统的ABS总泵进行了集成 ， 彻底摆脱了真空环境影响 ， 且可以实现制动能量回收最大化 。 进而随着汽车电气化和自动化的浪潮 ， 智能刹车系统是无人驾驶执行层的核心零部件 ， 线控制动预示着未来的趋势 。
汽车制动系统发展历程及电子化趋势
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1、传统液压真空制动
传统的真空助力器+液压制动系统 ， 通过发动机或伺服器装置提供并维持真空环境 ， 真空助力器对驾驶员踏板施加的力进行放大 ， 并向制动总泵施加推力 ， 制动总泵的推力利用帕斯卡定律向各轮胎的制动分泵传导 ， 由活塞推动制动片夹紧制动盘 ， 从而实现制动力 。
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传统液压真空制动的优点是全机械结构 ， 无需担忧电子装置失灵 ， 路面反馈较强 ， 驾驶员可以根据制动效果判断后续发力程度 ， 缺点是需要真空环境 ， 缺乏真空源的车辆需要额外真空泵 ， 并且无法支持智能驾驶的电子控制 。
2、电子液压制动系统（EHB）
真空助力的液压制动系统
传统车汽油发动机进气歧管可以产生较高的真空压力 ， 这也是真空助力器的真空来源 。 而新能源汽车普遍不具备类似结构和功能 ， 因此目前很多厂商的解决方案是进行技术改进 ， 增加电子真空泵 ， 保证真空助力器的环境 。
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真空助力液压制动的优点是维持真空+液压为主体的结构 ， 技术成熟且成本较低 。 能够采用12V的车载电源 ， 现有的车辆电路系统满足要求 。 缺点是仍然需要真空泵 ， 增加了能耗和噪音 。
电动助力器液压制动系统
电动助力器利用电动机+减速机的技术替代了真空泵和真空助力器 ， 高度的电动化既减少了系统集成复杂度 ， 也有助于智能驾驶功能的实现 。
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上图所示为博世iBooster系统 ， 其原理是位置传感器监测踩下踏板的位置信息并向电脑传递 ， 计算出所需的制动力 ， 将信号传递至伺服电机 ， 通过齿轮转化后推动制动主缸 ， 此后通过油压为分缸提供制动力最终形成制动效果的过程与传统制动液压相同 。
与传统液压制动相比 ， 博世iBooster产品最大优点在于产生制动力响应快速 ， 无需真空泵 ， 可以接近100%动能回收以及可以配合ACC、AEB等智能驾驶功能 ， 包括可以配合未来更高级别自动驾驶功能 。 iBooster是目前应用最广的电子液压制动系统 ， 已经装车在、特斯拉全系列、保时捷918、比亚迪e6、雪佛兰Bolt和Volt、蔚来ES8、奇点is6、法拉第未来FF91等车型 。
3、电子机械制动系统（EMB）
纯电控制的电子机械制动系统（EMB）完全不含机械结构 ， 由电机产生制动力 ， 控制制动器制动 。 在后续发展中完全通过信号线接受计算机提供的制动信号来提供制动力 ， 因此也成为线控系统 。
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EMB的主要优点是刹车快 ， 反应时间约为90毫秒 ， 没有液压系统 ， 设计和构造比较简单 ， 可降低车重 ， 节省空间 。 另外在实现ABS（防抱死）、EBD（制动力分配）等功能时 ， 不再需要单独的作用模块 ， 只需要在EMB的控制模块上增加相应代码即可 。 主要缺点是对电源稳定性和CAN总线通信系统要求高 ， 并且由于刹车片附近工况恶劣 ， 对电机的可靠性要求高 。


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