电动车电子刹车应用 纯电动的刹车,能把加速3秒的电动车刹停吗

小编 2024-10-23 电子应用 23 0

纯电动的刹车,能把加速3秒的电动车刹停吗

刹车也变成电动化,这就是新能源时代制动系统的未来?

现在已经有电动车实现了刹车踏板和制动液压泵的解耦,通过电子信号传递制动信息。如果让制动系统的机械部分都变成电动化,刹车效果会比传统的机械制动机构要更好吗?

京西集团发布了“2035全线控”全球技术战略,京西集团作为供应商,可以提供线控制动、线控悬架和智能系统及架构的解决方案。同时,京西集团旗下产品——电子机械制动系统EMB已经获得凯翼汽车和悠跑科技战略合作,将在2026年实现量产。

这套电子机械制动系统EMB,通过电机推动制动活塞,让刹车卡钳夹紧刹车盘,实现制动。刹车卡钳只需连接电线,没有油管、液压泵等一系列结构,结构相对简单了许多。

同时电机驱动的制动响应速度,相比传统液压制动反应要更快,据官方所说是至少快一倍,响应至车轮锁止时间短至75毫秒。而且不仅刹车反应快,释放刹车的反应也同样快。EMB甚至能实现制动系统的动能回收,降低系统能耗。

这套EMB能够实现单个车轮的制动,并且能够集成ABS、ESC等主动安全功能,单独判断一个车轮与地面间的摩擦力状况,并施加合适的制动力,实现更有效的制动。

此外,电子机械制动系统EMB还能应用在L3及更高阶的智能驾驶系统上。

EMB的结构相对简单,在成本和装配难度等方面有着不错的优势。EMB还针对安全方面实现了全冗余硬件方案,即制动踏板接口冗余、通信冗余、供电系统冗余、功能冗余,控制器冗余、执行器电机冗余。

现在的新款电动车,动不动就2吨以上的重量,3秒左右加速,对于刹车的压力真的是非常大。如果京西集团这套EMB能够解决这方面的问题,相信这套产品在市场上的认可度会更高。

编辑说:

这款电子机械制动系统EMB在实现原理、产品优势等方面,是没毛病的,但就是缺少实际的装车实测数据,消费者对这款产品的实际使用性能没有直观的了解。所以京西集团在后续应该要多透露EMB的相关性能数据,提升大众对其产品的认知度。

这种类型的制动系统,算是一个新的概念,如果能够是实现量产,相信能够对车辆的制动性能产生影响。

当刹车也变“智能”,安全底线之困

不久前,一家明星车企经历了多起赛道驾驶疑云:在驾驶员高速行驶过程中,刹车系统发生故障,出现冲出赛道的险况。

事件中,不同驾驶员对车辆刹车系统的评价出奇地相似:“能明显感知到,同样力量下,刹车行程变长了”、“正常机械刹车里,如果刹车片磨没了,刹车脚感会变软,这辆车明显没有变软”。

对此,车企内部紧急进行了技术复盘。36氪获悉,近期,刹车系统的阶段性分析结果已经出炉,报告显示,车辆所用刹车片的性能没有问题,部分核心指标甚至优于市面热销产品。但刹车片热衰后,所需制动力的确较同类产品更大。

相关工程师分析称,在热衰情况下,给这辆车施加传统机械刹车的最大力,并不能使其刹车片完全夹紧,释放最大刹车力,“这样说吧,踏板踩死,也没能释放刹车片的最大刹车力”。

而这款车,使用的是目前行业最先进的全解耦式线控制动技术。简单地说,踏板跟刹车片之间,核心环节已从机械助力器变成电子控制器,机械结构被简化甚至取消了。驾驶员的刹车脚感,全靠车企调校。

这样的线控制动技术,越来越多地被应用到新车、尤其是新能源汽车上。事关人身安全的刹车调校,将成为车企在当下或未来面临的刹车之困。

但线控制动又是汽车智能化发展的必经之路——辅助驾驶向自动驾驶一路进化,也对刹车提出了新的要求:需要更快、更灵活的响应,同时承担冗余备份的角色。

这就决定了,刹车必然要抛弃过往的机械连接,取而代之的是车载电脑和控制器之间的通信线束连接,这就是我们所说的线控制动时代。

刹车变智能的过程,是变得更经济、更敏捷的过程,但同时,随着智能化技术的加入,也是工程师需要不断“驯龙”的过程。

新能源时代,当刹车走向智能化

刹车系统最开始是机械结构的。其中最核心的真空助力器,动力来源于内燃机,气缸内活塞的高速运转恰好能为其提供负压。

但进入纯电汽车,内燃机已经被抛诸身后,没有负压来源,原先的刹车结构自然难以运转,必须设计一套适合电动车的新刹车方案。

刹车系统示意

有工程师提出,在助力器旁边再安装一个真空泵。然而,真空泵不仅体积大,且需要电力驱动,一旦安装,还需要额外的线路为其供电。显然,在空间有限、线路复杂的汽车底盘中,这并不是个好方案。

电子液压制动系统(EHB)应运而生。EHB的核心,就是用电子控制器(ECU)直接替代真空助力器,用电信号代替真空实现增压。

电子控制器在主刹车系统的加入,便是「线控制动」的开始。博世在2013年便推出了这样一款线控制动产品iBooster,理想ONE、小鹏P7与蔚来ES8等车型都采用了iBooster的第二代产品。

博世线控制动产品展示

为了满足法规对安全的双重冗余要求,在这一代产品中,iBooster需要一套备份系统——ESP。

这是博世在1995年量产的电子车身稳定系统,作为机械制动系统的备份,当车辆发生危险时,系统能通过ESP来调节车辆单个/单边的转向与制动力及扭矩,控制车辆平衡,防止翻车。总之,ESP是车辆行驶安全的最后一套防线,它一直独立运行。

一位智驾工程师向36氪汽车表示,现行智能驾驶系统,都是通过ESP实现对车辆的刹车及转向控制。但ESP始终是一个备份系统,人驾与机驾可以同时发出制动指令,这样的方案被称为非解耦式。

从L2级到L3级,自动驾驶的核心是机器与人类驾驶员的接管及事故责任认定。如果是人驾与机驾并行的非解耦式方案,L3级车辆无法进行责任界定。智能驾驶的高速发展,推动着完全解耦方案的发展。

2019年,博世IPB产品量产上市(如上图左侧首列),这一代刹车系统集成度大有提升,助力器与ESP共用同一个电子控制器了。从外观看,两个“盒子”变成了一个“盒子”。无论成本还是装配难度都大大降低,比亚迪汉系列、海豚系列使用的都是博世IPB产品。

IPB产品做到了踏板力与制动系统的完全解耦——简单地说,刹车踏板就只是踏板,跟踏板后的整个刹车系统已经没有物理连接了。

这样的好处是,刹车脚感可以自定义调节了,底盘可能性得到延伸;电机建压更快,刹车响应会更快;并且能实现更高效率的动能回收。新能源与智能化的大趋势下,这无疑是更好的选择。

但新的考验随之来临:失去物理连接,直接实施刹车行为的车轮轮边,如何精准获取驾驶员的刹车需求,而轮边制动力的变化,又应该如何及时反馈给驾驶员呢?这非常考验车企的调校功底。

IPB产品对高阶智能驾驶也并不友好。法规规定L3级及以上辅助驾驶必须有双冗余。这意味着,无论现在还是未来,主机厂一旦有智能驾驶进阶需求,就需要再放置一套备份系统。

对线控制动需求最大的纯电汽车,几乎都押注自动驾驶,行业显然需要一套更好的解决方案。

线控制动的终极方案

今年7月,保时捷召回了自交上市后交付的所有Taycan,共计15万辆。这几乎是2000年以来,保时捷首次全数量级的召回。

本次召回原因便是刹车。Taycan项目经理表示,内部测试中发现,Taycan的前刹车软管可能存在缺陷,这将有概率导致车辆刹车故障,存在安全隐患,所以进行召回,为车主更换新的软管。

36氪汽车交流了资深制动工程师周岩(化名),他表示,目前制动系统采取的都是液压模式,从总泵到硬管、软管、再到轮边的卡钳,每种材料、每个紧固点都有可能出现渗漏风险。“100年了,液压制动方案就没有0渗漏的设计,大家都是在努力降低渗漏概率而已”。

“所以去制动液方案,被业界公认为是线控制动的终极方案。”

EMB系统简单示意

EMB方案的原理非常简单,踏板与力传感器连接,获取刹车信号后,直接驱动车轮边上的电机进行刹车,中间没有任何物理连接,全靠电信号传输。

相比现行方案,EMB优势显而易见:更安全、更节能。

首先,电信号能更直接地触达车轮轮边,刹车响应更快,比起传统刹车系统的300毫秒,EMB响应速度仅为80毫秒。这能直接降低踏板调校的难度,毕竟电信号能掌控的范围,已从助力器扩大至整个刹车系统。

其次,传感器与ECU体积小重量轻,整车轻了,续航便能增加;刹车主设备转移至车轮边,还能进一步释放车内空间。

有工程师向36氪汽车透露,搭载EMB的车辆,百公里刹停距离缩短至少1.5米。除此之外,其还能实现最大限度的动能回收。行业人士告诉36氪汽车,EMB能帮助车辆实现每度电续航里程增长3%。

对主机厂而言,新技术带来的成本优化与效益提升更是关键推进动力。 无论传统制动还是现有的线控制动,车辆都需要从制动总泵往四个车轮布置软管,每做一款新车,都需要做布管方案。EMB方案无需刹车油,也就不再需要布管。

刹车盘/片、卡钳、电机都是标准化产品,且四者在空间上紧密相关——它可以成为一个高度标准化的产品组合。不同品牌不同车型,可以采用相同的轮边产品组合(下图)。

炯熠电子EMB轮边产品图

正在推进EMB量产的主机厂向36氪汽车透露,EMB方案为他们节省了至少30%的开发成本。

对消费者而言,EMB的最直接好处便是能省钱——在现行方案下,每两年或每四万公里就应该更换一次刹车油,而在官方4S店进行刹车油更换,价格从300到1500元不止,不需要刹车油的EMB方案,帮消费者省去这笔钱。

量产前夜,谁会第一个吃螃蟹?

此前,特斯拉扬言2025年要让EMB上车。时至今日,行业也普遍认为,2025年将会是EMB方案量产上车的开始。

36氪汽车获悉,国内线控制动头部厂商伯特利研发的“前湿后干线控制动系统”,已与某自主品牌取得合作,预计最早将于2025年量产面世;而理想汽车等品牌也相继已与其他国产EMB系统供应商展开合作,预计于2025年量产落地。

好消息是,首批采取EMB的车型价格并像应用主动悬架的车辆那样昂贵;坏消息是,目前的量产时间仅是合理推测,因为EMB技术与法规都尚待完善。

技术层面,轮边环境复杂性导致的衍生问题是核心。EMB系统在轮边有两个重要装置,一是产生制动力的电机,二是测算制动力的传感器。

直接接触地面的车轮,会带来灰尘、雨水等多种多样杂质,这都有可能渗入电机造成故障。而传感器一旦出现问题,车辆便容易出现打滑、抱死,严重甚至翻车。

另一方面则是高温,还是那个消费者不陌生的话题:刹车过热,电子器件比机械更容易受高温影响。

法规方面,参与制动法规讨论的技术专家告诉36氪汽车,现行法规并没有硬性要求刹车油存在,无论刹车方案是什么,只要能稳定提供足够的制动力就可以上市交付,“正是因为没有详细规定,所以没有厂家敢做吃螃蟹的人。不意外的话,最早2025年,最迟2026年,更完善的细则将会出台”。

而EMB的落地,势必将为消费者带来的更丰富的体验。

最直观的是,由于响应更快、刹车距离更短,AEB主动安全功能的上下限都将得到提升;线控程度进一步提升后,智能驾驶的舒适性随之也将增加,舒适刹停、舒适跟车,难度都将更小。

规模化应用后,EMB的成本也将低于传统制动及EHB。液压制动的专利一直被国际巨头掌握,并且直至专利开放,国内厂商在精密零件的精确度上也还是不如那几家巨头。

而EMB技术,国内外厂商几乎站在同一起跑线,国产厂商在量产上甚至走得更快——因此,第一个吃螃蟹的可能是特斯拉,也可能是国内车企。

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