随着电动车逐渐进入了我们的日常生活,很多人都对它的驾乘感受有了深入了解。相较于汽油车,电动车在制动/刹车时(能量回收功能)有着明显不一样的感受,那么,针对电动车,混动车的刹车系统,目前的发展现状和趋势是怎么的?本期为大家解读EHB和EMB制动的发展趋势,以及性能优劣。
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电动汽车的制动系统与传统汽车有什么不同?
传统汽车制动系统(也就是我们常说的“刹车”),当驾驶员踩下刹车踏板时,真空助力器会帮助驾驶员更为省力的将刹车油通过总泵压入分泵,从而令刹车片与刹车盘压紧,通过相对摩擦起到给车辆减速的作用。整个制动系统中,可以说真空助力器起到了非常关键的作用。如下图:
(汽车制动系统组成)
燃油汽车的刹车真空助力器,它的真空环境是由发动机提供的。但现在的电动汽车上并没有发动机,因此,电动汽车厂商开始转向电气化控制,也就是增加电子真空助力泵,真空泵产生的真空度越大,制动助力性能越好,驾驶员踩踏板也越省力。
且由于电动机具备制动力回馈的功能,在制动过程中可以先通过电机的反拖来发电,当反拖功率不足时再通过刹车系统进行减速。所以新能源车的制动是两个能量转换过程,先把电能转换成动能,再把动能转换成热能,这是与传统内燃机汽车的最大不同。当然,除此之外,在减速过程中滚动阻力和风阻也会消耗一部分动能。
同时,汽车制动过程中耗散能量可观,城区运行时加减速频繁,制动耗散能量占总驱动能量的40%~50%,制动能量的回收则就成了决定电动汽车能效水平的关键。
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三种制动控制策略及其优劣
新能源车的制动控制策略分为三种:单踏板回收式、叠加式、协调式:
回收控制策略:
- 单踏板回收式
单踏板回收式松开油门(电门)踏板就会出现明显的电机反拖制动力,这也是很多车主抱怨的地方,这种制动体验要异于燃油车,所以刚开始驾驶时需要一些时间适应。采用这种制动策略的驾驶者如果想让车辆匀速行驶,必须精准的控制“电门”深浅,找到既不加速也不制动的临界点。这种设计的好处是可以获得较大的动能回收扭矩,提高续航里程,并且对传统制动系统不需要改动。
- 叠加式制动
叠加式制动则是在踩下制动踏板时电机反拖才起作用。这种制动的好处是不会有收油时的唐突感,但制动能量回收小,需要对原有制动系统做小幅改动,所以采用这种策略的车型不多。
- 协调式
协调式是三种策略当中性能最好的策略。制动线性非常好,而且能够高效的回收大量动能。它需要动能回收和刹车系统配合协调工作,优先使用动能回收产生制动力,动能回收和刹车协调工作,配合出完美的刹车线性。
但是这种策略需要大幅改造刹车系统。也就是这期为大家介绍的EHB(Electro-hydraulic Brake)和EMB(Electro-Mechanical Brake)制动系统。同时,因为回馈制动转矩受电机外特性和动力电池荷电状态影响,未必能满足车辆全部制动需求!因此度摩擦制动控制系统提出了新要求,例如:摩擦制动力独立调节、制动踏板与轮缸压力解耦、制动踏板感觉模拟、摩擦制动压力主动供给等。
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液压制动与机械制动系统的优缺点
由于电机的扭矩输出并不是完全线性的,所以在制动能量回收过程中,电机的外特性曲线会导致回收能量的起伏波动,反应到制动感觉当中就是如果纯粹靠电机制动,制动是不线性的,所以此时液压制动需要保持与电机外特性的协调,这就意味着液压制动的力度需要迅速响应,随着电机制动力矩的变化而变化,从而实现一条线性的制动曲线。
EHB系统
采用的是电传刹车踏板。也就是说刹车踏板与制动系统并无刚性连接,也无液压连接,而是仅仅连接着一个制动踏板传感器,用于给电脑(EHB ECU)输入一个踏板位置信号。
- 正常工作时
制动踏板与制动器之间的液压连接断开,备用阀处于关闭状态。
电子踏板配有踏板感觉模拟器和电子传感器,ECU通过传感器信号判断驾驶员的制动意图,并通过电机驱动液压泵进行制动。
- 电子系统发生故障时
备用阀打开,EHB系统变成传统的液压系统。
(注:由于备用系统中包含复杂的制动液传输管路,EHB系统因此被视为BBW系统的先期产品)
制动液压通过直流电机驱动的液压泵建立,当电脑接收到驾驶者的制动意图后,会率先启动动能回收实现制动,再通过直流电机建立起来的制动系统液压用电磁阀进行刹车液压的精准控制,从而实现与制动能量回收系统的协调配合,产生一个完美线性的制动效果。而刹车踏板的脚感可以根据车辆的性能定位调校出任何想要的软硬度。
EMB系
EMB与EHB最大的不同就是所有液压装置都被电子机械系统替代了。也就是说它取消了使用一百多年的刹车液压管路,而是采用电机直接给刹车碟施加制动力。这个原理有点像电子手刹。但是与电子手刹最大的不同是它需要能够产生足够大的制动力并且制动线性要高度可调,响应要非常迅速。
EMB系统所有液压装置(包括主缸、液压管路、助力装置等)均被电子机械系统替代,液压和鼓式制动器的调节器也被电机驱动装置取代。ECU需要根据制动踏板传感器信号以及车速等车辆状态信号,驱动和控制执行机构电机来产生所需的制动力。
优势
- EMB反应时间远小于EHB,安全优势突出;
- 无液压系统,无泄漏风险,维护费用低。
劣势
- 无备份系统,对可靠性要求极高;
- 轮毂体积限制电机功率,制动力不足;
- 工作环境恶劣:高温、振动;
- 需针对底盘开发对应系统。
EMB最大的优势在于取消了液压系统,所以不需要更换刹车油,终身免维护,并且不会因为刹车关键密封件的老化带来泄露风险,而且反应时间远小于需要依赖传统液压管路的EHB系统。
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结论
EHB和EMB都属于线控制动系统(BBW)的分支。如果刹车踏板仅仅只连接一个刹车踏板位置传感器,踏板与制动系统之间没有任何刚性连接或液压连接的,都可以视为BBW线控制动。
EHB制动系统已经进入了量产车。很多供应商都可以提供这样的系统来实现新能源车所需要的协调式制动策略。液压管路发展了上百年,已经是非常成熟可靠的系统,并且也能较好的控制成本,所以EHB正被大规模普及到量产车上。
EMB虽然性能优势明显,但纯靠永磁电机产生的制动力有限,目前还没有大规模量产。要想大规模普及到前后车轮上还需要永磁体性能得到突破,但可预见的是,EMB会是未来制动系统的终极发展方向