智能IPB制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

在當(dāng)前發(fā)展的電動(dòng)汽車(chē)和智能汽車(chē)上，博世“IPB”制動(dòng)系統(tǒng)，即“智能集成制動(dòng)系統(tǒng)”正推廣使用，如榮威、蔚來(lái)等自主品牌的智能汽車(chē)上均已裝用。比亞迪漢也是一款搭載“IPB制動(dòng)系統(tǒng)”的電動(dòng)車(chē)。所謂“智能”指IPB是一套電控的制動(dòng)系統(tǒng)，用電機(jī)助力取代傳統(tǒng)的真空助力，響應(yīng)更迅速、控制更精確。所謂“集成”則指IPB系統(tǒng)還接收車(chē)輛偏航率等傳感信號(hào)，將車(chē)身穩(wěn)定ESP裝置也集成進(jìn)系統(tǒng)。對(duì)比傳統(tǒng)真空助力的制動(dòng)系統(tǒng)，IPB總泵系統(tǒng)的重量更輕，占用的空間也更小。

01  IPB智能制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心是采用電機(jī)助力

圖1所示為比亞迪漢IPB裝置的外形。IPB是使用電機(jī)直接助力的制動(dòng)裝置，仍然裝在原制動(dòng)總泵的位置，制動(dòng)踏板接圖1中的推桿來(lái)實(shí)施制動(dòng)。

圖1 比亞迪漢IPB裝置的外形

圖1中的IPB總泵直接安裝在防火墻上，其上仍然有油管通向車(chē)輪制動(dòng)分泵，但這個(gè)裝置已經(jīng)沒(méi)有了真空助力器，顯然也不需要再裝真空管，不用配裝真空泵或真空罐，但車(chē)輪制動(dòng)器仍是液壓的。

車(chē)輛的IPB智能集成制動(dòng)系統(tǒng)如圖2所示，IPB還擴(kuò)展出更多功能，融合了ABS防抱死控制、ESP車(chē)身穩(wěn)定、ASR牽引控制、TRC防滑控制和自動(dòng)制動(dòng)等多項(xiàng)技術(shù)，全面提升其在制動(dòng)避險(xiǎn)、轉(zhuǎn)彎防側(cè)滑、制動(dòng)舒適等多方面的功能。當(dāng)IPB在電動(dòng)車(chē)上應(yīng)用，可高效增大制動(dòng)能量回收效率。

圖2 IPB智能集成制動(dòng)系統(tǒng)

圖3是IPB總泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要分為主缸和推桿位移傳感器、電機(jī)助力升壓裝置、液壓調(diào)節(jié)裝置等3個(gè)組件。系統(tǒng)包括伺服助力電機(jī)、控制電腦、閥體、制動(dòng)總泵和儲(chǔ)液罐等，構(gòu)成“電液一體化”的產(chǎn)生、分配和傳遞的裝置。其中電機(jī)就是受電腦控制的動(dòng)力源，閥體為分配源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)即為制動(dòng)總泵，能量載體仍為儲(chǔ)液罐的制動(dòng)液。其工作過(guò)程如下：

圖3 IPB制動(dòng)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

①當(dāng)需制動(dòng)時(shí)駕駛員踩下動(dòng)踏板，推桿由踏板推動(dòng)，IPB總泵中部下方有個(gè)“踏板行程傳感器”感知踏板的位移量大小，以及踏板移動(dòng)的速率即移動(dòng)的快慢程度；

②踏板行程傳感器將位移及快慢信號(hào)，傳送給上方的控制電腦，并經(jīng)電腦分析和計(jì)算后，繼而向助力電機(jī)發(fā)送運(yùn)轉(zhuǎn)的命令；

③電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)同軸的蝸桿運(yùn)轉(zhuǎn)，再驅(qū)動(dòng)蝸輪減速旋轉(zhuǎn)，較大地增大旋轉(zhuǎn)力矩，再經(jīng)同一直軸下方的齒輪，推動(dòng)齒條移動(dòng)；

④齒條移動(dòng)驅(qū)動(dòng)主缸活塞產(chǎn)生液壓，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)智能制動(dòng)的助力效果；

⑤若IPB一旦斷電，或電機(jī)助力失效時(shí)，則IPB進(jìn)入傳統(tǒng)機(jī)械制動(dòng)模式，駕駛員踩制動(dòng)踏板推動(dòng)主缸，產(chǎn)生液壓送往車(chē)輪分泵，使車(chē)輛減速。

02  IPB制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用

相比于傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)，IPB智能集成制動(dòng)系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)更“快捷”。傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)，是靠制動(dòng)踏板帶動(dòng)真空助力器產(chǎn)生制動(dòng)液壓的。而比亞迪漢車(chē)的IPB系統(tǒng)，沒(méi)有真空助力裝置，是將踩制動(dòng)踏板的位移量快速轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)，控制電腦結(jié)合車(chē)速等傳感參數(shù)，“按需”計(jì)算出所需制動(dòng)力。由伺服電機(jī)快速完成對(duì)制動(dòng)的助力，并精準(zhǔn)調(diào)節(jié)液壓大小。IPB制動(dòng)響應(yīng)更快，能夠更精準(zhǔn)地產(chǎn)生制動(dòng)力。特別是當(dāng)觸發(fā)AEB“自動(dòng)緊急輔助制動(dòng)”功能時(shí)，傳統(tǒng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)需600ms的響應(yīng)時(shí)間，而IPB可在150ms內(nèi)即產(chǎn)生最大制動(dòng)力，甚至比眨眼瞬間還要快，能快速提升4倍的性能。比亞迪漢車(chē)的每百干米制動(dòng)距離可縮短至32.8m，可顯著提升應(yīng)對(duì)緊急路況的能力。

特別是在電動(dòng)汽車(chē)上使用IPB技術(shù)，還能極大地回收能量，獲得顯著增多續(xù)航里程的效益。眾所周知，電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收的效率，與車(chē)速直接相關(guān)，車(chē)速越高回收效率越大，反之車(chē)速越低，效率則越低。但在制動(dòng)過(guò)程中按習(xí)慣，駕駛員腳踩踏板的力往往是一個(gè)穩(wěn)定值。這時(shí)就需在總制動(dòng)狀態(tài)保持不變的情況下，精細(xì)調(diào)節(jié)能量回收的力矩與分泵液壓卡鉗的制動(dòng)力，盡量使能量回收效率最大化。實(shí)踐證明，在城市道路行駛時(shí)，車(chē)輛多于90％的制動(dòng)，均可由反拖驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)起制動(dòng)作用，很少用到制動(dòng)分泵的制動(dòng)摩擦。在車(chē)輛滑行工況時(shí)的能量回饋，幾乎全部可由IPB制動(dòng)技術(shù)轉(zhuǎn)換為能量回收。這時(shí)制動(dòng)電腦通過(guò)輪速傳感器直接獲取車(chē)輪動(dòng)態(tài)，并快速高效地處理，保證車(chē)輛的穩(wěn)定性。

比如，比亞迪漢車(chē)制動(dòng)時(shí)，在制動(dòng)電腦的控制下，IPB裝置與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相匹配，驅(qū)動(dòng)電機(jī)首先被反拖轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)，快速將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行能量回收。當(dāng)電機(jī)制動(dòng)無(wú)法滿(mǎn)足制動(dòng)需求時(shí)，IPB才會(huì)自動(dòng)快速釋放制動(dòng)液，啟動(dòng)傳統(tǒng)機(jī)械制動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，較完善的解決能量回收和制動(dòng)力的柔順銜接，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫式的結(jié)合，系統(tǒng)在迅速轉(zhuǎn)換過(guò)程中的響應(yīng)極快，能多回收10％的能量，可觀地增大了車(chē)輛的續(xù)駛里程。由于降低了對(duì)制動(dòng)摩擦片和制動(dòng)盤(pán)的依賴(lài)，還使制動(dòng)片的磨損大幅減少，有效地降低了養(yǎng)車(chē)成本。

圖4反映了IPB裝置的推桿位移與主缸液壓的關(guān)系。中部紫色曲線(xiàn)表示有正常踏板感的液壓變化，上部橙色虛線(xiàn)反映踏板有較強(qiáng)烈制動(dòng)感覺(jué)，下方的綠色虛線(xiàn)為踏板有較柔和制動(dòng)感。曲線(xiàn)變化過(guò)程分為4個(gè)階段：

圖4 推桿位移與主缸液壓的關(guān)系曲線(xiàn)

①踏板空程階段，表示推桿有極小的位移，但沒(méi)有產(chǎn)生主缸液壓，即為制動(dòng)踏板的自由行程；

②跳變行程階段，即踩動(dòng)推桿后主缸剛產(chǎn)生液壓的突變過(guò)程；

③電機(jī)助力行程，這個(gè)階段IPB裝置的主缸活塞在伺服電機(jī)的推動(dòng)下，液壓上升很快，可滿(mǎn)足車(chē)輛制動(dòng)對(duì)液壓的需要，此時(shí)對(duì)應(yīng)的是驅(qū)動(dòng)電機(jī)反拖轉(zhuǎn)為發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，可快速地將車(chē)輛動(dòng)能吸收轉(zhuǎn)化為電能，制動(dòng)能量被較多的回收；

④踏板力行程階段，主缸液壓上升變得極緩慢，表示制動(dòng)液在車(chē)輪分泵繼續(xù)進(jìn)行制動(dòng)，使用IPB系統(tǒng)，這個(gè)傳統(tǒng)的制動(dòng)過(guò)程已被大幅縮減。

IPB還有舒適制動(dòng)的功能，IPB裝置對(duì)車(chē)輛產(chǎn)生快速、有序性的制動(dòng)效果，還帶來(lái)舒適制動(dòng)的效果。通常車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，特別是車(chē)速較快時(shí)的緊急制動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生頻繁的頓挫，使乘客很不舒適。而IPB系統(tǒng)用“智能化”妥善解決了制動(dòng)不舒適的問(wèn)題，智能制動(dòng)系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)力，通過(guò)梯次化的釋放制動(dòng)力，讓車(chē)輛在加速與制動(dòng)過(guò)程的車(chē)身姿態(tài)更穩(wěn)定，為乘員提供更平順舒適的體驗(yàn)，故行話(huà)中將IPB系統(tǒng)又稱(chēng)為 “舒適的制動(dòng)裝置”。

IPB智能集成制動(dòng)系統(tǒng)有較多的優(yōu)點(diǎn)，IPB以伺服電機(jī)的助力方式，取代了真空助力器和真空泵的助力方式，具有突出的響應(yīng)更快捷安全，柔性制動(dòng)乘座更舒適等特點(diǎn)。雖然傳統(tǒng)車(chē)輛上體會(huì)不到能量回收的優(yōu)點(diǎn)，但能較大地延長(zhǎng)制動(dòng)片的使用壽命。IPB智能制動(dòng)系統(tǒng)取消了真空泵，還能消除真空泵帶來(lái)的工作噪聲，也降低了能量消耗。當(dāng)前IPB系統(tǒng)不僅在電動(dòng)汽車(chē)、智能汽車(chē)上越來(lái)越多地采用，而且其作用已經(jīng)擴(kuò)展到傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)上。