更小更快與更穩(wěn)　采埃孚IBC集成制動(dòng)控制系統(tǒng)

許暉

如果僅僅為了保證一臺(tái)車(chē)可以在陸地上運(yùn)動(dòng)起來(lái)，那么車(chē)企為之所設(shè)計(jì)的許多配置似乎都可有可無(wú)，沒(méi)有窗、沒(méi)有門(mén)、沒(méi)有車(chē)殼、沒(méi)有空調(diào)、沒(méi)有音響、沒(méi)有大燈甚至于沒(méi)有輪胎也還能用履帶來(lái)替代。唯獨(dú)制動(dòng)系統(tǒng)，從汽車(chē)出現(xiàn)的一刻開(kāi)始隨之伴生，成為一個(gè)不可或缺的必選項(xiàng)。車(chē)輛的制動(dòng)系統(tǒng)作用在于讓行駛之中的汽車(chē)減速甚至停車(chē)、讓下坡之中的車(chē)速保持穩(wěn)定，還需要令停駛的汽車(chē)保持靜止不動(dòng)。

#傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的原理

消費(fèi)者腦海之中對(duì)于車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)，通常會(huì)聯(lián)想到隱匿于輪轂背后的制動(dòng)盤(pán)以及制動(dòng)卡鉗。實(shí)際上這只是整套汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)之中的一小部分，歸屬于制動(dòng)器最終執(zhí)行范疇。目前典型的制動(dòng)系統(tǒng)分為盤(pán)式制動(dòng)和鼓式制動(dòng)兩種方式，四輪鼓式制動(dòng)通常出現(xiàn)在型號(hào)較老或者質(zhì)量較小的車(chē)輛上;也有部分車(chē)企從成本以及產(chǎn)品所需制動(dòng)效果考慮，選擇前部盤(pán)式制動(dòng)外加后部鼓式制動(dòng)的混合制動(dòng)方式。隨著車(chē)輛運(yùn)動(dòng)性能提高需要更為有效的制動(dòng)效果，外加制動(dòng)系統(tǒng)成本下降，目前市售乘用車(chē)多采用四輪盤(pán)式制動(dòng)方式。與制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)的其他系統(tǒng)還包括了駐車(chē)制動(dòng)器，電動(dòng)制動(dòng)助力器和防抱死系統(tǒng)等等。

制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理可簡(jiǎn)單視為動(dòng)能到熱能的轉(zhuǎn)換過(guò)程。當(dāng)使用者踩踏制動(dòng)踏板時(shí)，通過(guò)真空助力器將踩踏力度放大，推動(dòng)制動(dòng)總泵中的柱塞，將液壓油（制動(dòng)液） 從一系列管道推向每個(gè)車(chē)輪上的制動(dòng)分泵。無(wú)論是盤(pán)式還是鼓式，其最終均是由每個(gè)車(chē)輪制動(dòng)端的制動(dòng)分泵，驅(qū)動(dòng)卡鉗或是制動(dòng)鼓之中活塞所接觸的制動(dòng)襯塊（摩擦片/制動(dòng)蹄），咬合連接車(chē)輪的制動(dòng)盤(pán)（推出制動(dòng)蹄）。隨著制動(dòng)襯塊（摩擦片/制動(dòng)蹄） 逐步增加的摩擦力，最終將車(chē)輛向前運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱量。這些熱量也會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)襯塊的不斷磨損，當(dāng)制動(dòng)襯塊磨損達(dá)到一定程度需要及時(shí)更換以保證行車(chē)安全。部分車(chē)企為了讓使用者更為直觀(guān)了解磨損程度，更在其中制動(dòng)襯塊之中加入金屬絲，通過(guò)報(bào)警提示更換。

1.鼓式制動(dòng)執(zhí)行端結(jié)構(gòu)圖2.傳統(tǒng)帶真空助力鼓式制動(dòng)原理圖3.盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行端

4.傳統(tǒng)帶真空助力盤(pán)式制動(dòng)原理圖

1.ZF IB C體積十分小巧

#制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的窘境

汽車(chē)出現(xiàn)的上百年之中，伴生而來(lái)的制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展從未停歇。車(chē)速的提高與車(chē)重的增加，令制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性以及安全性日趨嚴(yán)格起來(lái)。原有制動(dòng)系統(tǒng)單靠使用者施力制動(dòng)的方式已難以達(dá)到必要的安全行駛，為此出現(xiàn)了真空助力器。點(diǎn)燃式汽油機(jī)進(jìn)氣歧管可提供穩(wěn)定的真空源，但柴油機(jī)等壓燃式內(nèi)燃機(jī)則需要面對(duì)真空度不足的窘境，隨之又發(fā)展出了真空泵和一系列協(xié)助工作的傳感器。當(dāng)然為了進(jìn)一步提升安全性，制動(dòng)系統(tǒng)往往還采用液壓雙回路的設(shè)計(jì)方式以防萬(wàn)一。再后來(lái)，行駛姿態(tài)穩(wěn)定成為安全考量，以制動(dòng)壓力傳感器協(xié)同ECU工作，防止車(chē)輛制動(dòng)期間的滑移，成就了如ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、ESC電子車(chē)身穩(wěn)定等系統(tǒng)。

制動(dòng)與穩(wěn)定技術(shù)的發(fā)展，間接反映出參與制動(dòng)系統(tǒng)的零部件會(huì)越來(lái)越多，體積與重量只增不減。值得一提的是，真空助力制動(dòng)系統(tǒng)在當(dāng)前以及未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間所發(fā)揮的作用不容否認(rèn)，然而該系統(tǒng)其實(shí)也存在有發(fā)展的尷尬。部分車(chē)型所配置的真空泵，不但帶有惱人的噪音令NVH不佳，損耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率同時(shí)導(dǎo)致燃油經(jīng)濟(jì)性下降。對(duì)于日漸增多的新能源汽車(chē)，更需用電力來(lái)解決無(wú)內(nèi)燃機(jī)真空源的問(wèn)題，其續(xù)航里程備受挑戰(zhàn)。制動(dòng)系統(tǒng)似乎與如今節(jié)能減排輕量化的要求格格不入，亟需一種革命性的產(chǎn)品解決以上問(wèn)題。

2.ZF IB C測(cè)試車(chē)

3.傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)受眾多部件以及傳感器和線(xiàn)束掣肘

1. 真空助力器尺寸并不小 2. ZFEBC460 Premium

3.不同制動(dòng)控制產(chǎn)品的自動(dòng)緊急制動(dòng)的能力差異和系統(tǒng)響應(yīng)對(duì)比

4.凱迪拉克CT6也實(shí)車(chē)搭載ZF IBC系統(tǒng)

#從ESC到IBC

電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)ESC作為ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和TCS牽引力控制系統(tǒng)的進(jìn)一步擴(kuò)展，大家一定不會(huì)陌生。這種應(yīng)用高級(jí)傳感技術(shù)判斷駕駛者行駛意圖的系統(tǒng)，在車(chē)輛開(kāi)始失去穩(wěn)定姿態(tài)時(shí)，啟動(dòng)干預(yù)措施，對(duì)一個(gè)或多個(gè)車(chē)輪實(shí)施制動(dòng)力，減少發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的干預(yù)，將車(chē)輛引導(dǎo)回正確路線(xiàn)，其對(duì)防止事故或降低事故嚴(yán)重程度有明顯的輔助功效。隨著坡道緩降、自動(dòng)駐車(chē)、胎壓監(jiān)測(cè)等功能的加入，高度集成化的ESC 成為發(fā)展趨勢(shì)之一。

早在2016年，采埃孚所推出的6活塞泵電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（EBC 460），不但可以在短時(shí)間內(nèi)建立大量制動(dòng)功能，還充當(dāng)起軟件集成中樞，以容納控制如自動(dòng)駕駛、安全、底盤(pán)和傳動(dòng)功能的算法。能夠支持多種功能的應(yīng)用，包括自動(dòng)緊急剎車(chē)系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)等。同時(shí)支持新能源車(chē)型的部分需求，如制動(dòng)能量回收等。隨后配備在寶馬7系和奔馳E級(jí)量產(chǎn)車(chē)型上。

如果說(shuō)EBC 460 Premium使系統(tǒng)制動(dòng)性能得以有效提升，那么采埃孚集成化制動(dòng)控制系統(tǒng)IBC的出現(xiàn)，則可被視為制動(dòng)控制系統(tǒng)的全新變革，IBC系統(tǒng)對(duì)于現(xiàn)有制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化提出了不少顛覆性的改變。高度集成令它融合了傳統(tǒng)的助力器以及ESC等多個(gè)系統(tǒng)。對(duì)于車(chē)輛性能表現(xiàn)明顯具有提升。變化最為顯著莫過(guò)于通過(guò)集成于系統(tǒng)內(nèi)部，由無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)液壓制動(dòng)控制單元，雙向建壓的活塞能在150ms以?xún)?nèi)積聚足夠的制動(dòng)壓力為車(chē)輛實(shí)現(xiàn)高達(dá)1g的減速度，縮短的制動(dòng)距離十分可觀(guān)。而原來(lái)制動(dòng)系統(tǒng)所需的，包括真空助力器、真空泵以及相關(guān)的電纜、傳感器、開(kāi)關(guān)和控制器等零部件均悉數(shù)消失。IBC的體積大小與原本單個(gè)真空助力器幾乎沒(méi)有區(qū)別，節(jié)省空間之余還減輕了重量，從此無(wú)需掣肘于尷尬的真空源，更可兼容所有動(dòng)力系統(tǒng)， 支持最大程度的能量回收。

1.車(chē)輛運(yùn)動(dòng)控制測(cè)試車(chē)輛

行駛安全永遠(yuǎn)都是主機(jī)廠(chǎng)以及零部件供應(yīng)商的核心訴求，為此IBC的高度集成之中涵蓋符合最為嚴(yán)格車(chē)輛制動(dòng)法律法規(guī)的機(jī)械制動(dòng)備份系統(tǒng)。正常情況下系統(tǒng)將會(huì)采用電控方式為車(chē)輛提供最優(yōu)性能，倘若意外掉電，機(jī)械備份將完全滿(mǎn)足安全需求，無(wú)需擔(dān)心制動(dòng)失靈。考慮到使用者對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性變化的適應(yīng)，采埃孚IBC針對(duì)不同制動(dòng)踏板感要求也做了相對(duì)的優(yōu)化。在為主機(jī)廠(chǎng)進(jìn)行產(chǎn)品匹配的時(shí)候，可應(yīng)產(chǎn)品參數(shù)以及使用要求，為其提供不同算法的模擬踏板調(diào)校。利用制動(dòng)踏板的位移傳感器偵測(cè)踏板行程來(lái)了解駕駛員剎車(chē)需求，計(jì)算并提供制動(dòng)壓力，讓制動(dòng)“腳感”始終如設(shè)計(jì)所需，在進(jìn)行制動(dòng)能量回收的進(jìn)入與退出時(shí)，踏板也感受不到任何差異。

2.集成式線(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)可更好融入自動(dòng)駕駛技術(shù)之中

#IBC系統(tǒng)的深遠(yuǎn)意義

采埃孚是一家十分有遠(yuǎn)見(jiàn)的技術(shù)型零部件供應(yīng)商。作為世界500強(qiáng)企業(yè)，幾乎所有全球知名汽車(chē)企業(yè)都采用了采埃孚提供的傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向、底盤(pán)系統(tǒng)等汽車(chē)零配件。2015年采埃孚斥資135億美元成功收購(gòu)以轉(zhuǎn)向與制動(dòng)聞名世界的美國(guó)天合汽車(chē)集團(tuán)，成為近10年汽車(chē)零部件行業(yè)規(guī)模最大的并購(gòu)案例。而本文的IBC系統(tǒng)方案正是來(lái)自于并購(gòu)之后的采埃孚天合。其實(shí)自從2018年第一代系統(tǒng)正式量產(chǎn)后，采埃孚的IBC已與全球超過(guò)8家廠(chǎng)商的多款車(chē)型開(kāi)展合作，并與通用旗下品牌率先于北美市場(chǎng)落地。這其中2019款的Chevrolet Silverado和Cadillac CT6均已實(shí)車(chē)搭載。隨后的多代產(chǎn)品也在同步開(kāi)發(fā)之中。

明面上來(lái)看，采埃孚的IBC系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于高度集成化所減少的體積與重量，并兼容各種動(dòng)力系統(tǒng)。但我們更應(yīng)注意到其背后，針對(duì)采埃孚近年來(lái)一直所布局的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，IBC系統(tǒng)具有更為深遠(yuǎn)的意義。高度集成化不但代表上文所說(shuō)的制動(dòng)系統(tǒng)與ESC穩(wěn)定系統(tǒng)，也代表著支持所有駕駛輔助功能，如ACC自適應(yīng)巡航、AEB自動(dòng)緊急制動(dòng)，甚至為滿(mǎn)足日后自動(dòng)駕駛不同等級(jí)，可提供適配多種解決方案。事實(shí)上采埃孚也已經(jīng)這么做了。2017年采埃孚全球媒體發(fā)布會(huì)上正式發(fā)布的“Vision Zero Vehicle（零愿景車(chē)）”就已經(jīng)出現(xiàn)了IBC系統(tǒng)的身影。而2019年的全球媒體技術(shù)日上，采埃孚更將IBC系統(tǒng)作為四個(gè)主要執(zhí)行控制系統(tǒng)之一，與SMOTION“全自動(dòng)減振系統(tǒng)”、“AKC主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”;“線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”整合成為具備控制功能底盤(pán)的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)控制模塊。

3.北美地區(qū)雪佛蘭Silverado上已率先搭載ZF IBC系統(tǒng)?

4.集成式線(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)有助于保持車(chē)輛行駛姿態(tài)

結(jié)語(yǔ)：

制動(dòng)系統(tǒng)的重要性無(wú)需多言，除了在車(chē)輛安全中扮演關(guān)鍵角色，還將成為自動(dòng)駕駛所需先進(jìn)技術(shù)的重要組成部分。自動(dòng)駕駛在經(jīng)過(guò)一系列技術(shù)的發(fā)展變革之后，終將逐漸成為日常生活中的現(xiàn)實(shí)。駕駛員輔助系統(tǒng)技術(shù)這是朝這一方向邁進(jìn)的初步嘗試。正如采埃孚去年所提出的“衡以行道（MobilityLif eBalance）”這一對(duì)企業(yè)目標(biāo)逐步細(xì)化展望。采埃孚IBC 終將在“更環(huán)保、更安全、更自動(dòng)化”的出行需求之中體現(xiàn)出自身的價(jià)值。