浅谈乘用车制动系统现状与发展趋势

2020-04-20吴瑞珍

时代汽车 2020年5期

吴瑞珍

摘要：随着车辆朝着电动化、智能化技术的发展与进步，现有乘用车开发思路从轻量化、极具竞争力的加速性能、优异的整车舒适和行驶性能，高度交互的智能网联以及高规格的整车安全性能等相关维度进行产品定义并设计开发的。车辆制动系统在车辆的安全方面扮演着至关重要的角色，随着车辆加速性能的提升及行驶速度的提高，制动系统的重要性越来越高，关系驾乘人员及行人的生命安全。本文简要的对乘用车制动系统的开发现状进行分析，并初步预测其发展趋势。

关键词：乘用车;制动系统

制动系统的工作原理是利用制动装置，摩擦片与制动盘面工作时产生的摩擦热来逐渐消耗车辆所具有的动能，以达到车辆制动减速，或直至停车的目的。

乘用车制动系统的设计需要满足以下条件：

● 按所需的减速度使车辆减速或完全停止;

● 下长坡时能通过制动达到满足所需车速的需求;

● 车辆静止状态下驻车需求;

● 优良的制动踏板感感知度;

● 良好的制动NVH性能;

● 优秀的制动距离;

……

电动车技术的发展、车型平台化的衍生和汽车性能的提高及汽车结构型式的变化密切影响着制动系统的每个组成部分。

1 汽车制动系统的组成

制动系统主要由下面的几部分组成：

★ 操纵装置：产生制动动作输入的部件，如制动踏板、驻车踏板或驻车手柄;

★ 储能装置：提供制动所需能量的部件或者系统，如发动机进气歧管处提供的负压/电子真空泵/电子助力模块;

★ 制动调节装置：为保证车辆稳定及制动效果的部件，如ABS、ESC模块;

★ 传递装置：把制动能量传递到制动器的各个部件;

★ 执行装置：即制动器，产生阻碍车辆运动或者运动趋势的力的部件。

1.1 操纵装置

操作装置即制动踏板在设计开发中需从轻量化、平台化的角度考虑，与此同时还需兼顾碰撞安全，人机舒适的需求：

● 人机需求（满足法规ECE-R 35 踏板布置要求）;

● 踏板安装点需尽量设定在前围或防火墙上，便于零件设计及通用的需求;

● 合适的制动踏板比;

● 助力器推杆角度必须沿踏板行程穿过0°位置;

● 踏板全行程运动过程中需保证助力器推杆摆动角度在±3°内;

● 制动踏板结构设计满足其强度和轻量化的需求。

1.2 储能装置

储能装置即制动所需能源，在现阶段的乘用车开发中可简单归类为基于真空源的伺服制动和基于电机助力的液压伺服制动。

基于真空源的液压伺服制动是通过制动踏板推动制动主缸，进而使制动器进入工作状态。伺服制动兼用人力和发动机或电子真空泵作为制动能源，正常情况下制动能量由动力或电子真空本伺服系统供给，动力或电子真空泵伺服系统失效时可由人力供给制动能量，这时伺服制动就变为人力制动。

基于电动助力的液压伺服制动是通过电机作为驱动能源替代电子真空泵或动力的负压能源，驱动其机械机构推动制动主缸，进而使制动器进入工作状态。其伺服制动兼用人力和电机驱动作为制动能源;正常情况下制动能量电机驱动直接供给，电机驱动伺服系统失效时可由人力供给制动能量，这时伺服制动就变为人力制动。典型的产品如Bosch的I-booster。

1.3 制动调节装置

制动调节装置即负责制动力分配的装置，为保证驾乘人员的行驶安全，现ABS模块已在乘用车领域成为其标准配置。基于ABS 模块衍生而来的ESC 模块及其更多的功能在现代乘用车中应用，驾乘人员的安全得到了进一步的保障。

1.4 传递装置

传递装置即是连接各制动模块的制动管路系统，负责制动液的传送及管路压力的传递。制动管路系统的设计需满足以下需求：

● 制动液相容性表现;

● 具有相对运动的制动部件需用制动软管连接;

● 较高的爆破压力;

● 较低的制动管路膨胀量;

……

1.5 执行装置

执行装置即制动器总成，操纵机构的制动操纵力通过储能系统的助力放大后，由制动主缸及液压回路转换成管路压力，制动液压经管路系统传递到执装置（制动器），制动器把制动液压转化为正压力压在摩擦片上，通过摩擦片与制动盘的相对摩擦產生相应的制动力矩，基于作用力与反作用力的存在，即地面对轮胎的作用力为制动力。

现有乘用车主要采用浮式卡钳和固定式卡钳的盘式制动器。随着车辆加速性能的提升和制动性能的提高以及成本的降低，固定式卡钳的盘式制动器得到越来越多的应用。

2 制动系统发展趋势

（1）液压制动系统已经普遍应用在乘用车上，经过多年的研究，技术已经非常成熟。随着人们对制动性能要求的提高，防抱死制动系统、驱动防滑控制系统、电子稳定性控制程序、主动避撞技术等功能逐渐融入到制动系统当中，整车的性能安全得到了极大提升。

（2）随着电动车技术与智能驾驶技术的发展，在车辆模块化、集成化、电子化、供能高压化的趋势驱动下，乘用车制动系统也朝着电子化方向发展。电液复合制动系统越来越得到普及。它成为了传统液压制动系统到电子制动系统的一种有效的过渡方案，既避免传统真空助力液压系统的在高海拔地区的性能弊端，又通过其与之匹配的调节模块实现了最大的制动能量回收，在有无能量回收的工况下，相对一致制动踏板感，并在相关电子模块失效的情况下，通过驾驶员的踏板操纵力来达到整车制动性能要求。

相比传统真空助力制动液压伺服系统，电液复合液压制动伺服系统有如下优势：

● 助力能力不会受到海拔高度的影响;

● 与真空助力器一样的踏板感受;

● 系统减压响应时间短;

● 电机助力可适时控制，基于客户需求通过软件匹配不同踏板特性;

● 电动助力可与其相关制动调节器匹配，在实现最大制动能量回收的同时保证踏板感与无能量回收介入时感受一致;

● 电机助力模块支持智能驾驶的相关功能，其相关的冗余制动备份满足自动驾驶的需求，满足L3/L4级别的制动驾驶需求。

电液复合液压制动系统的布置有两种结构型式：一种是电机助力模块+制动力调节模块（如：Bosch集团的ibooster+ESP hev），另一种是电机助力模块与制动力调节装置一体化模块（如：Conti 集团的 MKC1模块），两种结构型式都能满足对制动助力的需求和对智能自动驾驶相关功能的支持，同时两者之间存在差异。

以下自动驾驶功能需制动系统支持实现：

● 自适应巡航（全速度区间）;

● 高速辅助驾驶系统;

● 交通拥堵辅助;

● 自动紧急制动;

● 城市间的自动紧急制动;

● 确保主动安全接合辅助系統;

● 车道保持辅助;

● 全自动泊车辅助系统;

● 反向自动紧急制动。

（3）线控制动技术制动技术是未来制动系统发展的趋势。线控制动主要由电制动器和电制动控制单元、制动力模拟器主要部分组成，反馈制动力给制动踏板产生制动感觉。基于现在的技术条件，要全面应用电制动，还有很多问题需要面对：

● 实现线控制动的电能问题（动力电池能源或48伏系统）;