汽車電子制動系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展動態(tài)

2018-12-26 23:00:28·

（一）電液/氣復(fù)合制動系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀1.電子液壓制動系統(tǒng)（Electro-Hydraulic Brake，EHB）EHB系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的液壓制動器基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。國外多家企業(yè)于20世紀(jì)90年代就進(jìn)行了EHB系統(tǒng)的研究并實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，較典型的產(chǎn)品有博世的SBC（Sensot

（一）電液/氣復(fù)合制動系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

1.電子液壓制動系統(tǒng)（Electro-Hydraulic Brake，EHB）

EHB系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的液壓制動器基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。國外多家企業(yè)于20世紀(jì)90年代就進(jìn)行了EHB系統(tǒng)的研究并實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，較典型的產(chǎn)品有博世的SBC（Sensotronic Brake Control）系統(tǒng)、IBS系統(tǒng)，豐田公司的ECB（Electric Brake Control）系統(tǒng)，大陸公司的EVB（Electronic Vacuum Booster）系統(tǒng)等。國內(nèi)EHB系統(tǒng)尚處于研究階段，清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)和吉林大學(xué)都提出了多種方案，如清華大學(xué)2010年提出DEHB系統(tǒng)；國內(nèi)企業(yè)中，亞太、萬向、上汽等也在進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，部分已進(jìn)入試驗(yàn)驗(yàn)證階段，還未批量生產(chǎn)（見表11）。

表11 國內(nèi)外從事相關(guān)研究的主要機(jī)構(gòu)

在汽車產(chǎn)業(yè)低碳化、信息化及智能化趨勢下，EHB系統(tǒng)將面臨更多新的需求，特別是國產(chǎn)EHB系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化變得非常迫切。

①制動能量回收的要求：EHB系統(tǒng)在進(jìn)行制動能量回收上可以實(shí)現(xiàn)全解耦，回收效率高。

②智能輔助駕駛主動減速制動的要求：近兩年來，國內(nèi)智能輔助駕駛的主動減速制動功能主要由ESC系統(tǒng)完成，相比ESC系統(tǒng)，EHB（包括IBS）系統(tǒng)因?yàn)橥耆怦睿峁┝肆己玫奶ぐ甯杏X，同時EHB系統(tǒng)減壓速度和控制精度更高，其制動效能更好且控制更加方便，是下一階段智能輔助駕駛（ADAS）理想的執(zhí)行系統(tǒng)。亞太股份推出的IEHB系統(tǒng)，要求達(dá)到10MPa主動減壓時間≤170ms、液壓控制精度≤0.1MPa的目標(biāo)。

③適用于分布式驅(qū)動汽車（輪轂電機(jī)汽車）：輪轂電機(jī)技術(shù)是電動汽車未來發(fā)展的方向，EHB系統(tǒng)和輪轂電機(jī)協(xié)調(diào)控制，可以達(dá)到非常高的能量回收效率，在智能駕駛控制上，也會有較大的提升（見圖1）。

圖1 EHB系統(tǒng)面臨的新需求

在新需求下，EHB系統(tǒng)需要對回收效率、舒適度、噪音、安全性、快速增壓和精確控制進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注和研究。

2.滿足制動能量回收的EHB

在城區(qū)運(yùn)行的汽車制動過程中消耗的能量一般占直接驅(qū)動汽車運(yùn)行總能耗的30%～50%，制動能量回收是汽車的一項重要節(jié)能措施。針對電動汽車制動能量回饋的要求在原有液壓制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研發(fā)能量回饋式制動系統(tǒng)，成為當(dāng)前國際上知名汽車公司和ABS廠家競相開發(fā)的熱點(diǎn)。能量回饋式制動系統(tǒng)是決定電動汽車整車制動安全性、制動舒適性、制動能量回收效率的重要因素，成為電動汽車的一項關(guān)鍵共性技術(shù)和一種具有核心競爭力的零部件產(chǎn)品。

當(dāng)前典型的制動能量回收系統(tǒng)主要分為基于與液壓控制單元的集成設(shè)計、基于與制動主缸的集成設(shè)計兩類。

（1）基于與液壓控制單元的集成設(shè)計

基于與液壓控制單元的集成設(shè)計主要分為基于EHB的設(shè)計方案和基于ESP的設(shè)計方案（見圖2）。

圖2 基于與液壓控制單元的集成設(shè)計的典型制動能量回收系統(tǒng)

基于EHB的設(shè)計方案的代表車型為豐田Prius。該車型搭載豐田公司旗下愛德克斯公司基于電子液壓制動（Electric-Hydraulic Brake，EHB）技術(shù)路線研制的電控液壓制動系統(tǒng)（Electronically Controlled Brake，ECB），是最具代表性的制動能量回收產(chǎn)品，它對比傳統(tǒng)的真空助力器有明顯的優(yōu)點(diǎn)，特別是快速反應(yīng)方面（見圖3）。

圖3 愛德克斯ECB與傳統(tǒng)產(chǎn)品性能對比

基于ESP的設(shè)計方案的代表車型是日產(chǎn)leaf。該車型為了滿足制動能量回收的需求，其制動系統(tǒng)采用的是電動控制系統(tǒng)，它和豐田Prius的不同在于采用電機(jī)直接加力。該制動系統(tǒng)可在最大限度利用再生制動的同時，使之與摩擦制動配合，確保必要的制動，安裝于電機(jī)室內(nèi)駕駛席的前面。

（2）基于與制動主缸的集成設(shè)計

基于與制動主缸的集成設(shè)計主要分為伺服制動能量回收系統(tǒng)、電控真空助力液壓系統(tǒng)及電控推桿能量回收系統(tǒng)，代表產(chǎn)品分別為本田Insight、大陸電控助力液壓系統(tǒng)及現(xiàn)代索拉塔（見圖4）。

圖4 基于與制動主缸的集成設(shè)計典型制動能量回收系統(tǒng)

（3）國內(nèi)制動能量回收系統(tǒng)的進(jìn)展

基于液壓控制單元的集成設(shè)計的制動能量回收系統(tǒng)是當(dāng)前針對新能源汽車制動系統(tǒng)開發(fā)的主流方向，目前國內(nèi)在制動能量回收系統(tǒng)的設(shè)計和制造方面已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。2011年，由清華大學(xué)牽頭，聯(lián)合亞太股份、廣州科密、北理工、中科院電工所開發(fā)能量回饋式電動汽車制動防抱死系統(tǒng)，主要開發(fā)液壓EABS和氣壓EABS產(chǎn)品。2015年，由亞太股份牽頭承接國家科技支撐計劃課題“電驅(qū)動轎車制動能量回收系統(tǒng)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”，聯(lián)合清華大學(xué)開始進(jìn)行EABS的產(chǎn)業(yè)化工作和EESC（能量回饋式整車動力學(xué)控制系統(tǒng)）的研發(fā)，截至2017年，EABS產(chǎn)品已經(jīng)在北汽C30、廣汽A5HEV上完成集成，其對整車能量經(jīng)濟(jì)型的改善幅度在20%以上，亞太股份目前已具備3萬套EABS的年生產(chǎn)能力；EESC產(chǎn)品在北汽C70轎車上已經(jīng)完成裝車，但仍處于研發(fā)階段。

同時，亞太股份在2016年推出了IEHB系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由吉林大學(xué)牽頭、亞太股份和清華大學(xué)參與的國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目課題，IEHB系統(tǒng)是基于EHB的制動能量回收系統(tǒng)設(shè)計方案。國內(nèi)還有蕪湖伯特利、武漢元豐等也在進(jìn)行基于液壓控制單元集成設(shè)計的制動能量回收系統(tǒng)的研發(fā)。

3.iBooster

機(jī)電伺服助力機(jī)構(gòu)iBooster由博世公司開發(fā)，其不依賴真空源，可以滿足現(xiàn)代制動系統(tǒng)的要求。iBooster可用于所有動力傳動系統(tǒng)配置，尤其適用于混合動力車和電動車，且可實(shí)現(xiàn)全自動駕駛。通過與ESP © hev相結(jié)合，iBooster可實(shí)現(xiàn)幾乎100%的制動能量回收（高達(dá)0.3g的減速度），涵蓋公路行駛中所有常見的制動操縱，并使電動車輛的續(xù)航里程增加20%（見圖5）。

圖5 博世iBooster產(chǎn)品

4.商用車電子制動系統(tǒng)EBS

電子制動系統(tǒng)（Electronic Braking System，EBS）集成了電控氣壓制動系統(tǒng)（Electro-Pneumatic Brake，EPB）、防抱制動系統(tǒng)（Antilock Braking System，ABS）和驅(qū)動防滑系統(tǒng)（Anti-Spin Regulator，ASR）三個子功能。

浙江萬安科技股份有限公司在國內(nèi)較早從事EBS系統(tǒng)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化工作，現(xiàn)為國內(nèi)多家企業(yè)多個車型進(jìn)行了匹配標(biāo)定。廣州科密和東風(fēng)科技也在進(jìn)行相關(guān)工作。

（二）電子制動系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展新方向

1.電子駐車制動系統(tǒng)EPB

電子駐車制動系統(tǒng)（Electric Parking Brake，EPB），是一種新型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)汽車駐車系統(tǒng)存在的制動線路長、操作舒適性差、反應(yīng)慢、安全性能差等問題。與傳統(tǒng)的駐車制動系統(tǒng)相比，它用電子元件取代部分機(jī)械元件，并通過電線來代替部分制動線路和傳動機(jī)構(gòu)，縮短了駐車制動響應(yīng)時間，提高了駐車制動性能，節(jié)省了車輛的質(zhì)量和設(shè)備空間。

EPB分卡鉗集成式（Caliper Intergrated Type）和拉索式（Cable Puller Type）兩種類型，集成式EPB中，其動力執(zhí)行機(jī)構(gòu)也分為MOC（Motor on Caliper）、MOD（Motor on Drum），目前主要使用的是MOC，MOD使用很少。電子駐車系統(tǒng)（EPB）產(chǎn)品由美國TRW公司最先提出概念并成功研發(fā)，于2001年最先配備在菲亞特中高級轎車Lancia上，隨后配備到北美和歐洲地區(qū)的許多車型上。德國庫斯特（KUESTER）是生產(chǎn)拉索式EPB的企業(yè)，其EPB系統(tǒng)曾經(jīng)占據(jù)全球市場一半的份額，但是由于拉索式EPB本身結(jié)構(gòu)的局限性，及性能無法與卡鉗集成式相抗衡，正在逐步退出市場。目前參與EPB產(chǎn)品競爭的主要是TRW、Continental、Bosch等幾家跨國大公司。

在我國，電子駐車系統(tǒng)起步較晚，2008年才由天合（TRW）廊坊的工廠開始小批量生產(chǎn)。早期我國配置電子駐車系統(tǒng)的都是合資或外資品牌整車廠的高端車型：一汽大眾的奧迪、邁騰，上海大眾的途觀，上海通用的別克等。這些車型的EPB均由天合（TRW）、大陸（Continental）等外資EPB供應(yīng)商供應(yīng)。近年來，國內(nèi)零部件企業(yè)（亞太股份、力邦、伯特利等）在EPB研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化上取得了較大的進(jìn)展，均已開始批量供貨。特別值得一提的是國內(nèi)自主品牌的主流車型上開始裝配國內(nèi)零部件企業(yè)的EPB產(chǎn)品，如江鈴陸風(fēng)X5和X7、一汽奔騰X80、一汽森雅R020、眾泰T600、一汽紅旗等。在功能和可靠性上，國產(chǎn)EPB產(chǎn)品與外資品牌產(chǎn)品差距已經(jīng)不是特別明顯。

隨著電動汽車的快速發(fā)展，EPB的普及程度越來越高，競爭日趨激烈，如何在不犧牲產(chǎn)品功能、特性、結(jié)構(gòu)的前提下，縮減成本和降低系統(tǒng)復(fù)雜性，一直是零部件企業(yè)面臨的問題。在這樣的背景下，遵循德國VDA305-100規(guī)范，TRW率先提出了“EPBi”的概念，即集成化電子駐車系統(tǒng)，如圖6所示。

圖6 EPBi和獨(dú)立式EPB、ESC結(jié)構(gòu)對比

EPB與電子穩(wěn)定系統(tǒng)的集成可以實(shí)現(xiàn)效益的最大化。一方面，EPB和ESC在系統(tǒng)可靠性方面有相似的要求；另一方面，這兩個系統(tǒng)能夠分享自動監(jiān)測車輛和制動所需的控制程序和算法的重要部分。因此，可以創(chuàng)造最大的協(xié)同效應(yīng)，提高控制單元中共享的處理器和內(nèi)存的使用效率。由于取消了EPB控制單元，整車制造商不僅能減輕重量、減少裝配工序，還能節(jié)省成本和安裝空間。

Bosch公司和大陸公司等很快也推出了自己的EPBi產(chǎn)品，并開始在中國市場推廣。EPBi產(chǎn)品的推廣對國內(nèi)零部件企業(yè)造成了巨大的困擾，其主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

①部分國內(nèi)零部件企業(yè)并沒有自己的ESC產(chǎn)品，無法進(jìn)行EPBi的整體開發(fā)。

②ESC系統(tǒng)的制動安全性要求較高，國內(nèi)主機(jī)廠很少選擇國內(nèi)企業(yè)提供ESC產(chǎn)品，導(dǎo)致國內(nèi)企業(yè)的EPBi產(chǎn)品推廣難度大。

③EPBi產(chǎn)品需要完全遵循德國VDA305-100規(guī)范，國內(nèi)企業(yè)并沒有相應(yīng)的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在技術(shù)能力上天然又開始落后。

④當(dāng)前情況下，國內(nèi)企業(yè)只能提供EPBi產(chǎn)品的EPB部分模塊（包括自身沒有ESC產(chǎn)品無法開發(fā)EPBi和開發(fā)的EPBi得不到主機(jī)廠選擇的），其用于EPBi集成的EPB部分內(nèi)容為軟件PBC（Parking Brake Controller）模塊+動力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該部分集成到外資企業(yè)的ESC中之后形成EPBi產(chǎn)品，因?yàn)镻BC+動力執(zhí)行機(jī)構(gòu)是從模塊，將會受到外資企業(yè)的較大制約，喪失一定的主動權(quán)。

在這種情況下，國內(nèi)零部件企業(yè)如亞太股份、蕪湖伯特利等在開發(fā)符合VDA規(guī)范的PBC模塊+動力執(zhí)行機(jī)構(gòu)的同時，也在研究開發(fā)EPBi產(chǎn)品，以期望在新趨勢下具備整套系統(tǒng)的競爭力。

2.電子機(jī)械制動系統(tǒng)EMB

EMB系統(tǒng)以電池為能源、電機(jī)為動力裝置，是相對傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)，其具備結(jié)構(gòu)簡潔、制動響應(yīng)快、傳動效率高、便于集成附加功能、利于環(huán)保及易實(shí)現(xiàn)智能駕駛等優(yōu)點(diǎn)。由于去除了備用制動系統(tǒng)，EMB系統(tǒng)需要有很高的可靠性，因此必須采用比EHB系統(tǒng)更可靠的總線協(xié)議（TTP/C、Flexray等）。

此外，開發(fā)EMB系統(tǒng)還面臨很多技術(shù)難點(diǎn)，比如：①由于制動能量需求較大，需要開發(fā)48V高電壓系統(tǒng)；②制動器需要具有更好的耐高溫性能，同時質(zhì)量輕、價格低；③更好的抗干擾能力，抵制車輛運(yùn)行中遇到的各種干擾信號。EMB由于存在電機(jī)、機(jī)械方面的技術(shù)難題，以及對可靠性要求高和成本等制約因素，一直沒有真正得到實(shí)際應(yīng)用。

乘用車方面開展EMB研究的廠家和科研機(jī)構(gòu)較多，如博世、大陸、西門子、德爾福等都進(jìn)行過大量研究與開發(fā)，部分進(jìn)行了實(shí)際裝車驗(yàn)證。國內(nèi)僅有二汽、清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)在此項目上做了研究。瑞典瀚德公司是全球唯一進(jìn)行商用車EMB開發(fā)的公司，設(shè)計了原型樣機(jī)，并裝車進(jìn)行了驗(yàn)證（見圖7）。目前其與浙江萬安科技股份有限公司成立了合資公司進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化，目標(biāo)是國內(nèi)的純電動客車市場。

圖7 瀚德公司的商用車EMB