新能源汽车电液刹车系统技术细节

在本书延续之前，小星星介绍了刹车电子稳定系统的细节。

今天就来一起看一下随着新能源汽车的兴起，整个刹车系统如何进化为电液刹车系统来应对相应挑战的吧。

首先刹车也是需要助力的。当驾驶者踩下刹车踏板时踏板连接的推杆将力传递到真空助力器。真空助力器是一个通过大气压和真空之前的压力差将力矩放大然后传送给液压制动总泵进行制动的装置。真空源是由发动机的负压产生的。电动车或者纯电行驶的插电式混合动力汽车，由于没有发动机或者发动机不工作，无法获得稳定的真空源。同时新能源车型本身还需要尽量通过动力电机进行制动能量回收，如何协调两种制动力的分配成为巨大挑战。

↑传统刹车系统和电液刹车系统EHB对比示意图（来自网络）

应对如上新能源汽车的挑战，一种方法是使用电子真空泵。但是电子真空泵需要持续运转，比较耗油。同时一旦电子真空泵故障整个刹车系统将失去真空助力，影响可靠性。另一种更加智能的方法就是使用电子线控刹车系统。

传统刹车系统 + 电子真空泵 + 机电刹车卡钳

传统的刹车系统（上图上半部分）驾驶者踩刹车踏板，通过推板经过真空助力器放大力矩给到制动总泵。制动总泵驱动液压系统传递刹车力到ABS/ESP刹车防抱死/电子稳定系统控制器。ABS/ESP再根据车辆状况把刹车力分配到四个车轮。

↑奥迪Q5混动版传统刹车系统+电子真空泵方案（来自奥迪）

奥迪Q5混动版采用的EHCB电液控制刹车系统由电子真空泵、ESP刹车电子稳定系统单元、刹车踏板、前轴液压碟刹、电子手刹开关、传感器阵列、CAN通讯总线和机电刹车卡钳组成。

而刹车卡钳如题图所示将直流无刷电机的输出从旋转力矩通过齿轮箱转化成线性运动力矩。从可电控地控制后轴的刹车力矩。从而弥补电子真空泵可靠性上的不足。

电液刹车系统

↑本田雅阁插电混动版采用的伺服电液刹车系统（来自本田SAE论文）

那么EHB系统基于电机的刹车助力器到底是什么样子的呢？

新的EHB系统将驾驶者踩刹车踏板的动作转换成行程位置电信号，刹车助力控制器控制电机给出刹车助力所需的力矩给到制动总泵。制动总泵驱动液压系统传递刹车力到ABS/ESP刹车防抱死/电子稳定系统控制器。ABS/ESC再根据车辆状况把刹车力分配到四个车轮。

随着本田雅阁插电混合动力车型的2013年发布，一套基于主从结构的伺服电液刹车系统得以引入。

↑本田伺服电液刹车系统组成示意图（来自本田SAE论文）

本田伺服电液刹车系统由带刹车行程传感器的刹车踏板、踏板触感模拟器、串联电机刹车从缸Tandem Motor Cylinder和电控单元组成。

其中刹车踏板连接踏板行程传感器与带切断阀的刹车主缸Main Cylinder及行程模拟器液压回路（黄色）相连。而电控单元控制直流无刷电机通过减速齿轮和滚珠丝杠结构控制刹车从缸Slave Cylinder及VSA刹车电子稳定系统相连的液压回路（红色）。由压力传感器的反馈，决定主缸与从缸液压回路切断和联通，从而对整个电液刹车系统进行刹车力矩分配。

↑本田伺服电液刹车系统刹车压力控制示意图（来自本田SAE论文）

具体刹车力矩的分配由伺服电液刹车系统刹车压力控制实现。其逻辑关系为目标刹车压力需求将送入压力控制单元，经过前馈控制Feed-forward输出。然后由反馈控制Feed-back模块结合压力传感器的输出信号Pressure sensor output给出控制目标。然后交由电机角度控制单元Motor angle control结合电机位置传感器输出信号Resolver output给出电机控制电压信号控制电机旋转。

↑本田伺服电液刹车系统刹车分配测试结果（来自本田SAE论文）

这套伺服电液刹车系统可灵活的在插电混合动力车型的发动机驱动、混动驱动和纯电动驱动模式间进行制动能量回收和传统刹车的制动力分配。

而德系车型则采用了不同的电液刹车系统概念。我们就基于市场上的两大解决方案举个例子。

首先要说的就是如下图所示的来自德国博世BOSCH的iBooster系统。

它通过电控单元按照驾驶者的需求，结合车辆工作状态，通过直流无刷电机经二次齿轮单元装置给出刹车助力。

↑德国博世BOSCH的iBooster电液刹车系统（来自博世）

那么博世iBooster在国内的一个最早的成功案例就是目前比亚迪E6所用的刹车系统。该电子线控刹车系统可以灵活的在电机能量回收制动和机械刹车片摩擦制动之间进行分配。并且当纯电机能量回收制动的时候为了给驾驶者一个合理的刹车踏板力回馈，刹车助力电机还能够反向给出一个阻力力矩。让驾驶者感觉到合理的阻尼感受。同时电子线控刹车系统还能够提供可选择的刹车响应模式。比如运动模式下刹车就一踩就有，响应灵敏。而舒适模式下，刹车就显得柔和线性，相较运动模式没有那么紧绷。和驾驶辅助系统结合以后，当检测到可能的碰撞时则可以加快制动响应或者直接增加制动压力。使得车辆能够在更短的距离内停止下来。

↑德国博世BOSCH的iBooster电液刹车系统工作原理（来自博世）

而另一大解决方案就是如下图所示来自德国大陆汽车Continental的MK C1系统。可以看到MK C1的主要理念和博世 iBooster基本相同。但是MK C1更进一步将原来的ESC刹车电子稳定系统MK 100中的ESC控制器、真空泵、真空助力器三个部件合而为一。大大简化了系统的复杂程度。

↑大陆汽车传统刹车系统与电液刹车系统比较（来自大陆汽车）

综上所述，新能源车型对刹车系统提出了更多挑战。整个刹车系统正在进化为电液刹车系统。具体分为两个进化方向。一是使用电子真空泵。二是更加智能的方法就是使用电子线控刹车系统。虽然方法不同，但目的都是通过电控方式更灵活的控制车辆的制动力，从而满足新能源车型的全新要求。