淺談乘用車制動系統現狀與發展趨勢

吳瑞珍

摘 要：隨著車輛朝著電動化、智能化技術的發展與進步，現有乘用車開發思路從輕量化、極具競爭力的加速性能、優異的整車舒適和行駛性能，高度交互的智能網聯以及高規格的整車安全性能等相關維度進行產品定義并設計開發的。車輛制動系統在車輛的安全方面扮演著至關重要的角色，隨著車輛加速性能的提升及行駛速度的提高，制動系統的重要性越來越高，關系駕乘人員及行人的生命安全。本文簡要的對乘用車制動系統的開發現狀進行分析，并初步預測其發展趨勢。

關鍵詞：乘用車;制動系統

制動系統的工作原理是利用制動裝置，摩擦片與制動盤面工作時產生的摩擦熱來逐漸消耗車輛所具有的動能，以達到車輛制動減速，或直至停車的目的。

乘用車制動系統的設計需要滿足以下條件：

● 按所需的減速度使車輛減速或完全停止;

● 下長坡時能通過制動達到滿足所需車速的需求;

● 車輛靜止狀態下駐車需求;

● 優良的制動踏板感感知度;

● 良好的制動NVH性能;

● 優秀的制動距離;

……

電動車技術的發展、車型平臺化的衍生和汽車性能的提高及汽車結構型式的變化密切影響著制動系統的每個組成部分。

1 汽車制動系統的組成

制動系統主要由下面的幾部分組成：

★ 操縱裝置：產生制動動作輸入的部件，如制動踏板、駐車踏板或駐車手柄;

★ 儲能裝置：提供制動所需能量的部件或者系統，如發動機進氣歧管處提供的負壓/電子真空泵/電子助力模塊;

★ 制動調節裝置：為保證車輛穩定及制動效果的部件，如ABS、ESC模塊;

★ 傳遞裝置：把制動能量傳遞到制動器的各個部件;

★ 執行裝置：即制動器，產生阻礙車輛運動或者運動趨勢的力的部件。

1.1 操縱裝置

操作裝置即制動踏板在設計開發中需從輕量化、平臺化的角度考慮，與此同時還需兼顧碰撞安全，人機舒適的需求：

● 人機需求（滿足法規ECE-R 35 踏板布置要求）;

● 踏板安裝點需盡量設定在前圍或防火墻上，便于零件設計及通用的需求;

● 合適的制動踏板比;

● 助力器推桿角度必須沿踏板行程穿過0°位置;

● 踏板全行程運動過程中需保證助力器推桿擺動角度在±3°內;

● 制動踏板結構設計滿足其強度和輕量化的需求。

1.2 儲能裝置

儲能裝置即制動所需能源，在現階段的乘用車開發中可簡單歸類為基于真空源的伺服制動和基于電機助力的液壓伺服制動。

基于真空源的液壓伺服制動是通過制動踏板推動制動主缸，進而使制動器進入工作狀態。伺服制動兼用人力和發動機或電子真空泵作為制動能源，正常情況下制動能量由動力或電子真空本伺服系統供給，動力或電子真空泵伺服系統失效時可由人力供給制動能量，這時伺服制動就變為人力制動。

基于電動助力的液壓伺服制動是通過電機作為驅動能源替代電子真空泵或動力的負壓能源，驅動其機械機構推動制動主缸，進而使制動器進入工作狀態。其伺服制動兼用人力和電機驅動作為制動能源;正常情況下制動能量電機驅動直接供給，電機驅動伺服系統失效時可由人力供給制動能量，這時伺服制動就變為人力制動。典型的產品如Bosch的I-booster。

1.3 制動調節裝置

制動調節裝置即負責制動力分配的裝置，為保證駕乘人員的行駛安全，現ABS模塊已在乘用車領域成為其標準配置。基于ABS 模塊衍生而來的ESC 模塊及其更多的功能在現代乘用車中應用，駕乘人員的安全得到了進一步的保障。

1.4 傳遞裝置

傳遞裝置即是連接各制動模塊的制動管路系統，負責制動液的傳送及管路壓力的傳遞。制動管路系統的設計需滿足以下需求：

● 制動液相容性表現;

● 具有相對運動的制動部件需用制動軟管連接;

● 較高的爆破壓力;

● 較低的制動管路膨脹量;

……

1.5 執行裝置

執行裝置即制動器總成，操縱機構的制動操縱力通過儲能系統的助力放大后，由制動主缸及液壓回路轉換成管路壓力，制動液壓經管路系統傳遞到執裝置（制動器），制動器把制動液壓轉化為正壓力壓在摩擦片上，通過摩擦片與制動盤的相對摩擦產生相應的制動力矩，基于作用力與反作用力的存在，即地面對輪胎的作用力為制動力。

現有乘用車主要采用浮式卡鉗和固定式卡鉗的盤式制動器。 隨著車輛加速性能的提升和制動性能的提高以及成本的降低，固定式卡鉗的盤式制動器得到越來越多的應用。

2 制動系統發展趨勢

（1）液壓制動系統已經普遍應用在乘用車上，經過多年的研究，技術已經非常成熟。隨著人們對制動性能要求的提高，防抱死制動系統、驅動防滑控制系統、電子穩定性控制程序、主動避撞技術等功能逐漸融入到制動系統當中，整車的性能安全得到了極大提升。

（2）隨著電動車技術與智能駕駛技術的發展，在車輛模塊化、集成化、電子化、供能高壓化的趨勢驅動下，乘用車制動系統也朝著電子化方向發展。電液復合制動系統越來越得到普及。 它成為了傳統液壓制動系統到電子制動系統的一種有效的過渡方案，既避免傳統真空助力液壓系統的在高海拔地區的性能弊端，又通過其與之匹配的調節模塊實現了最大的制動能量回收，在有無能量回收的工況下，相對一致制動踏板感，并在相關電子模塊失效的情況下，通過駕駛員的踏板操縱力來達到整車制動性能要求。

相比傳統真空助力制動液壓伺服系統，電液復合液壓制動伺服系統有如下優勢：

● 助力能力不會受到海拔高度的影響;

● 與真空助力器一樣的踏板感受;

● 系統減壓響應時間短;

● 電機助力可適時控制，基于客戶需求通過軟件匹配不同踏板特性;

● 電動助力可與其相關制動調節器匹配，在實現最大制動能量回收的同時保證踏板感與無能量回收介入時感受一致;

● 電機助力模塊支持智能駕駛的相關功能，其相關的冗余制動備份滿足自動駕駛的需求，滿足L3/L4級別的制動駕駛需求。

電液復合液壓制動系統的布置有兩種結構型式：一種是電機助力模塊+制動力調節模塊（如：Bosch集團的ibooster+ESP hev），另一種是電機助力模塊與制動力調節裝置一體化模塊（如：Conti 集團的 MKC1模塊），兩種結構型式都能滿足對制動助力的需求和對智能自動駕駛相關功能的支持，同時兩者之間存在差異。

以下自動駕駛功能需制動系統支持實現：

● 自適應巡航（全速度區間）;

● 高速輔助駕駛系統;

● 交通擁堵輔助;

● 自動緊急制動;

● 城市間的自動緊急制動;

● 確保主動安全接合輔助系統;

● 車道保持輔助;

● 全自動泊車輔助系統;

● 反向自動緊急制動。

（3）線控制動技術制動技術是未來制動系統發展的趨勢。線控制動主要由電制動器和電制動控制單元、制動力模擬器主要部分組成，反饋制動力給制動踏板產生制動感覺。基于現在的技術條件，要全面應用電制動，還有很多問題需要面對：

● 實現線控制動的電能問題（動力電池能源或48伏系統）;

● 線控制動系統的冗余設計問題;

● 針對線控制動的底盤電子集成問題;

● 線控制動中車身穩定控制功能的開發問題;

● 線控制動導致非簧載質量增加對整車舒適及整車操穩性能的影響;

● 線控制動對電機及其執行器的耐久性能及散熱性能的影響;

與此同時，相比于傳動真空液壓制動系統，線控制動有其獨有的優勢：

● 系統布局相對簡單，無液壓回路系統，采用硬線連接;

● 系統響應時間短，縮短制動距離;

● 由于其制動感通過制動力模擬器反饋，實現了制動踏板感的可調節性，同時也能實現踏板感基于軟件端的OTA迭代更新;

● 系統總成裝配、標定更塊，便于模塊化設計;

● 線控支持智能駕駛的相關功能，能實現最大的能量回收。

3 結論

在車輛電動化，自動駕駛化，車輛平臺模塊化，集成化的技術浪潮中，新技術的發明及相關技術的應用突破，未來汽車將朝著高度智能化發展，乘用車線控制動系統必將取代傳統真空助力或電液混合制動系統，使車輛底盤實現一體化，集成化的目標。