電控液壓制動系統技術原理及分類優缺點分析

06-23

電控液壓制動系統分類

根據不同的技術路線將電控液壓制動系統分為3類：傳統電控液壓制動系統（第一代）、電控真空助力系統（EVP)以及機電伺服液壓助力系統(第二代）。

傳統電控液壓制動系統
傳統電控液壓制動系統在正常工作情況下，需要進行制動時，由駕駛員踩下制動踏板，制動踏板產生位移后，踏板傳感器將其轉化為電信號傳給電控單元（ECU)，通過分析和判斷對髙壓蓄能器或電磁閥進行調節，產生制動壓力，同時ECU接收并處理來自ABS/ASR/ESP的汽車動態數據，將控制信號發送到相應的控制單元實現優化控制。若系統失效，ECU將切換成應急制動模式，制動踏板力的液壓管路與應急制動管路連通，踏板力通過液壓管路加載在制動器上（見圖1)。

電控真空助力系統

在真空助力器不能獲得真空或獲得的真空不足（高海拔、低溫、節油發動機、柴油機、新能源車等情況下）時，將導致制動系統助力效果差。電動真空助力系統能通過真空度傳感器與大氣壓力傳感器監測助力器內的真空度變化，通過邏輯判斷真空助力泵的工作時機，為制動系統提供合適的輔助助力，進而保證在各種工況下，都能為駕駛者提供足夠的制動助力效果(見圖2)。

機電伺服助力系統

機電伺服助力系統以博世公司的iBooster為代表，其工作原理與傳統真空助力器類似。正常工作時，駕駛員踩下制動踏板，由集成在iBooster 內的踏板行程傳感器檢測位移信號并發送至電子控制單元。控制單元計算出電機應產生的扭矩要求，再由二級齒輪裝置將該扭矩轉化為助力器閥體的伺服制動力。助力器閥體的輸出力和助力器輸人桿的輸入力在制動主缸內共同轉化為制動液壓（見圖3)。

iBooster采用了雙安全失效模式。第一道安全失效模式將兩種故障情況考慮在內。如果車載電源不能滿負載運行，iBooster則以節能模式工真空助力泵的工作時機，為制動系統提供合適的輔助助力，進而保證在各種工況下，都能為駕駛者提供足夠的制動助力效果(見圖2)。

機電伺服助力系統
機電伺服助力系統以博世公司的iBooster為代表，其工作原理與傳統真空助力器類似。正常工作時，駕駛員踩下制動踏板，由集成在iBooster 內的踏板行程傳感器檢測位移信號并發送至電子控制單元。控制單元計算出電機應產生的扭矩要求，再由二級齒輪裝置將該扭矩轉化為助力器閥體的伺服制動力。助力器閥體的輸出力和助力器輸人桿的輸入力在制動主缸內共同轉化為制動液壓（見圖3)。

iBooster采用了雙安全失效模式。第一道安全失效模式將兩種故障情況考慮在內。如果車載電源不能滿負載運行，iBooster則以節能模式工

作，以避免給車輛電氣系統增加不必要的負荷，同時防止車載電源發生故障;若iBooster發生故障， ESP系統會接管并提供制動助力。在上述兩種情況下，制動系統均可在200 N的踏板力作用下提供0.4 g的減速度。在第二道安全失效模式，即車載電源失效（即斷電模式）時，則可通過機械推動力式作為備用：駕駛員可以通過無制動助力的純液壓模式對4個車輪施加制動力，使車輛安全停止，同時可以滿足所有法規要求（見圖4)

集成式液壓系統
集成式的液壓系統以天合公司的集成化制動系統（IBC)為代表。其工作原理與iBooster產品類似，但是集成度更高，以一個集成單元取代了低真空或無真空系統所需的大量獨立部件，包括電子穩定系統（ESC)、真空助力器和相關的纜線、傳感器、開關、電子控制器、真空泵等。該系統的核心是一個由超高速無刷電機驅動的執行器，受旋轉編碼器監測，編碼器向中央電子控制單元 (ecu)提供電機的轉數、轉速和位置數據。此外，高性能電機還可為系統提供esc、abs、aeb等輔助制動功能。同時集成其中的還有一個獨立的液壓回路，向系統傳達駕駛員的制動意圖。IBC僅有單安全失效模式:即在IBC失效時，直接由無制動助力的液壓模式提供制動力。

電控液壓制動系統技術產品技術對比

傳統電控液壓制動系統、電控真空助力系統以及電子液壓助力系統3種電控液壓制動系統技術路線不同，制動控制方式等有所不同，同樣也各有優缺點。傳統電控液壓制動系統出現較早，但其結構復雜，技術難度較高，且可靠性有待提高，因而僅在部分高端車型和少數日系車上有所應用。

電控真空助力系統結構簡單，成本低，是目前市場上最主流的電控真空制動系統解決方案。電子液壓助力系統則是近幾年才推出并逐步完善的制動系統，其制動效率高，能夠集成各種制動輔助功能，用于新能源汽車對能夠實現最大化的能量回收，預計將是今后主流的電控液壓制動系統。表1為幾種電控液壓制動系統的技術特點及優缺點的總結。

電子液壓制動系統根據其技術策略的不同，又可以分為以博世iBooster為代表的機電伺服助力系統和以天合IBC為代表的集成式液壓制動系統。

兩種系統在開發成本、使用成本、功耗、可靠性等方面各有優劣。

目前普遍認為博世iBooster 系統由于其具有冗余備份功能，有雙重失效保護模式，工作更加可靠，因而得到了諸如大眾等汽車廠商的青睞。

天合的IBC系統集成度較髙，體積小、重量輕、易于布置，使用成本較低，且目前天合公司也在致力于IBC產品的可靠性優化，預計其同樣具有良好的市場應用前景3此外，由于定點采購等非技術原因，iBooster主要配套于歐洲廠商的車型中，如大眾、寶馬等，而IBC則主要配套于北美廠商，如通用等。

目前中國市場尚未有配套車型面世，但由于新能源汽車的大力推廣，對其需求度較高，預計兩類系統在國內均具有良好的應用前景。

兩種技術策略的對比如表2所示。

對于傳統汽車，各項節能環保技術，如缸內直噴技術、啟-停技術、發動機小型化等逐漸開始應用，會導致發動機真空度的下降;對于柴油車，由于柴油機沒有節流閥體，進氣歧管內無法產生足夠的真空度。此外，在一些特殊情況下，如發動機突然熄火、冬季冷啟動、高原行車等都會對真空度產生影響。真空度不足，會影響真空助力器的工作，無法提供足夠的制動助力噴技術、啟-停技術、發動機小型化等逐漸開始應用，會導致發動機真空度的下降;對于柴油車，由于柴油機沒有節流閥體，進氣歧管內無法產生足夠的真空度。此外，在一些特殊情況下，如發動機突然熄火、冬季冷啟動、高原行車等都會對真空度產生影響。真空度不足，會影響真空助力器的工作，無法提供足夠的制動助力。
對于新能源汽車，因為沒有配備發動機（純電動）或無法提供足夠的真空度(混合動力汽車），因此也需要采用其他的方式來產生制動助力。針對t 述情況，各大汽車公司紛紛研究相應的解決方案，電控液壓制動系統的使用較好地滿足了各種要求，在不同的使用條件下，均能夠提供良好的解決方案。

各種車輛對電控液壓制動系統的應用需求見下表。

結語
通過對電動液壓制動系統不同技術路線的技術對比以及市場應用情況分析，可以預見電子液壓助力系統是今后一段時間內汽車制動系統的發展趨勢。隨著技術的發展、成本的優化及相關的制動、安全、能耗等法律法規的推動，這些系統有望得到大規模的推廣。如何能保證電控系統的可靠性和安全性，是下一步工作的重點。此外，整車和零部件廠商的協同開發和配套也是這類系統能否快