除了三電系統(tǒng),在新能源車領(lǐng)域,剎車系統(tǒng)的創(chuàng)新一直是考驗供應(yīng)商技術(shù)的重要要素。雖然我們在燃油車系統(tǒng)中使用的真空助力液壓制動已經(jīng)發(fā)展了上百年,技術(shù)非常成熟可靠。但是一旦到了新能源車上,沒有了傳統(tǒng)內(nèi)燃機的進氣歧管負壓,早已成熟的真空助力液壓制動卻無法滿足新能源車的新需求。所以各大供應(yīng)商都針對電動車、混動車的剎車系統(tǒng)投入了巨大的資金研發(fā),并逐步進行量產(chǎn)。本期為就大家解讀常見于新能源車的EHB(液壓)和EMB(機械)兩種制動的發(fā)展趨勢,以及各自的性能優(yōu)劣。
■ 三種制動控制策略及其優(yōu)劣
由于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(fā)電,當反拖功率不足時再通過剎車系統(tǒng)進行減速。所以新能源車的制動是兩個能量轉(zhuǎn)換過程:先把動能轉(zhuǎn)換成電能,再把動能轉(zhuǎn)換成熱能,這是與傳統(tǒng)內(nèi)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為三種:單踏板回收式、疊加式、協(xié)調(diào)式。我們經(jīng)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。也就是說只要松開油門(電門)踏板,就會出現(xiàn)明顯的電機反拖制動力。這也是很多用戶抱怨的地方,這種制動體驗要異于燃油車,所以剛開始駕駛時需要一些時間適應(yīng)。采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(shè)計的好處是可以獲得較大的動能回收扭矩,提高續(xù)航里程,并且對傳統(tǒng)制動系統(tǒng)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(tǒng)做小幅改動,所以采用這種策略的車型不多。
協(xié)調(diào)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(tǒng)配合協(xié)調(diào)工作,優(yōu)先使用動能回收產(chǎn)生制動力,動能回收和剎車協(xié)調(diào)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(tǒng)。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(tǒng)。
■ 電控液壓制動與電控機械制動系統(tǒng)的優(yōu)缺點
由于電機的扭矩輸出并不是完全線性的,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(yīng)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(xié)調(diào),這就意味著液壓制動的力度需要迅速響應(yīng),隨著電機制動力矩的變化而變化,從而實現(xiàn)一條線性的制動曲線。
EHB系統(tǒng)采用的是電傳剎車踏板。也就是說剎車踏板與制動系統(tǒng)并無剛性連接,也無液壓連接(如上圖,液壓連接只是備用系統(tǒng),很多EHB直接取消了液壓連接)。而是僅僅連接著一個制動踏板傳感器,用于給電腦(EHB、ECU)輸入一個踏板位置信號。
制動液壓通過直流電機驅(qū)動的液壓泵建立,當電腦接收到駕駛者的制動意圖后,會率先啟動動能回收實現(xiàn)制動,再通過直流電機建立起來的制動系統(tǒng)液壓用電磁閥進行剎車液壓的精準控制,從而實現(xiàn)與制動能量回收系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合,產(chǎn)生一個完美線性的制動效果。而剎車踏板的腳感可以根據(jù)車輛的性能定位調(diào)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(tǒng)替代了。也就是說它取消了使用一百多年的剎車液壓管路,而是采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(chǎn)生足夠大的制動力并且制動線性要高度可調(diào),響應(yīng)要非常迅速。
EMB最大的優(yōu)勢在于取消了液壓系統(tǒng),所以不需要更換剎車油,終身免維護,并且不會因為剎車關(guān)鍵密封件的老化帶來泄露風險。而且反應(yīng)時間遠小于需要依賴傳統(tǒng)液壓管路的EHB系統(tǒng)。
■ 兩種制動系統(tǒng)的應(yīng)用案例
EHB和EMB都屬于線控制動系統(tǒng)(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(tǒng)之間沒有任何剛性連接或液壓連接的,都可以視為BBW線控制動。早期的寶馬M3曾經(jīng)采用過BBW這種制動方式,但是受制于十多年前的電子系統(tǒng)可靠性和耐用性以及成本,后來新款的M3又換回了傳統(tǒng)制動。
如上圖:EHB系統(tǒng)的主要供應(yīng)商有大陸集團的MKC1系統(tǒng)以及TRW的IBC系統(tǒng)前者率先用于2017款的羅密歐Giulia車型,后者于2012年推出。
還有鼎鼎大名的博世iBooster系統(tǒng)也是EHB的解決方案,很多新能源車都采用了博世iBooster系統(tǒng)。除此之外還有日系車廠喜歡采用的HITACHI E-ACT系統(tǒng)、大眾的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(guī)模量產(chǎn)。已知的最接近量產(chǎn)的是奧迪的EHB和EMB混合產(chǎn)品。雖然EMB有著高可靠性,免維護性以及超高的響應(yīng)速度,但由于制動力不足,所以在奧迪的解決方案中前輪仍然采用EHB配置而后輪才會使用EMB。
■ 總結(jié)
EHB制動系統(tǒng)已經(jīng)進入了量產(chǎn)車。很多供應(yīng)商都可以提供這樣的系統(tǒng)來實現(xiàn)新能源車所需要的協(xié)調(diào)式制動策略。液壓管路發(fā)展了上百年,已經(jīng)是非常成熟可靠的系統(tǒng),并且也能較好的控制成本,所以EHB正被大規(guī)模普及到量產(chǎn)車上。EMB雖然性能優(yōu)勢明顯,但純靠永磁電機產(chǎn)生的制動力有限,要想大規(guī)模普及到前后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(tǒng)的終極發(fā)展方向,但還有很長的路要走。