电动助力制动系统研究进展综述

0 引言

智能化和电动化是汽车发展的方向，汽车制动系统在设计处于至关重要的环节。所谓智能就是减少对驾驶员的依赖，更多的是通过控制系统选择最佳的解决方案；所谓电气化，就是要用电能代替传统的化石能源，节能减排。随着社会的发展，人类对汽车制动系统的需求也越来越大，不仅要求它提供可靠的制动安全，还要求它提供更舒适的驾驶体验和更智能的驾驶方式。电动辅助制动系统及其控制方法是智能汽车的必然选择。不同的人对制动踏板有不同的要求，这就要求制动系统具有变功率比功能。在紧急情况下，车辆能够快速主动地实施制动，这就要求制动系统具有主动制动的功能。因此，发展电动辅助制动系统是满足人类需求的必然产物，是开发具有自主知识产权的汽车核心技术的必然途径。

1 汽车制动助力系统发展概况

汽车制动助力系统的概念起源于20世纪30年代。早期制动系统结构中的制动能量完全由驾驶员的身体提供，制动控制是通过驾驶员的一个简单的机械结构集成来实现的。这个角色作用于制动器的压缩。该机械机构利用杠杆原理将一个长杠杆与一块摩擦板连接起来。当驾驶员踩下刹车踏板时，一侧连接杠杆，另一侧连接杠杆，按压轮胎另一侧的摩擦板，完成制动。作用在摩擦板上的力是杠杆作用放大后驾驶员的脚踩在刹车踏板上的结果。随着生产和生活的需要，整车的质量越来越大，需要在机械制动器上安装助推器来完成制动。因此，真空助推器就产生了，当凯迪拉克汽车在1932年第一次配备了真空助推器，是汽车制动力从无到有已成为汽车制动力的重要标志。随着技术的不断突破，液压制动器逐渐应用到汽车上。与气动制动器相比，液压制动器具有响应速度快、结构简单、机械效率高等优点。液压制动器在汽车上的应用，为制动辅助系统的发展奠定了坚实的基础。20世纪中期，液压制动助推器的出现标志着汽车制动技术的提高。使用ABS来避免抱死制动被认为是在汽车制动领域最重要的成就。制动辅助系统配合ABS更好的完成制动动作。2013年，博世推出第一代智能助力器。由于不依赖真空源，制动能量回收能力强，很好地适应了汽车节能减排和智能化发展的需要。也就是电动助力器进入实际应用阶段。

2 电动助力制动系统研究现状

真空助推器广泛应用于内燃机汽车的制动中。然而，由于纯电动汽车、燃料电池汽车等新能源汽车缺乏真空源，真空助推器难以实现。目前，电动真空泵广泛应用于新能源汽车提供真空源。世界领先的汽车制造商正在开发他们自己的电子液压制动系统。它不仅能提供比传统制动系统更好的制动性能，而且能有效地回收制动能量。在电液制动系统出现之前，国外出现了很多新型的电液制动系统，其中最具代表性的是丰田的IBS（Intelligent braking System）。它主要由踏板感觉模拟器、液压控制单元、高压源等组成。在正常模式下，踏板感知模拟器一方面负责提供良好的制动感觉，另一方面负责收集驾驶员的制动意图。液压控制单元根据驾驶员的制动意图控制电磁阀的开启和关闭，从而控制轮缸压力。主缸和轮缸是两个完全独立的部件。2012年，LSP推出了最新的IBS系统，该系统主要由空心电机、主缸、液压控制单元、滚珠丝杠等组成。它是电动和电液制动的结合。空心电机与滚珠丝杠形成助力机构，控制电机输出转矩，获得良好的踏板感。日立和博世在电动辅助制动系统方面做了大量的研究，现在已经有了成熟的产品。

2013年，德国博世公司推出了用于电动机械增压器的助推器。该助力器由永磁同步电动机、齿条、齿轮、蜗轮组成，与传统的真空助力器相比，踏板传感器由踏板传感器组成。功率由踏板推杆和助力机构在感应板原理下控制。当驾驶员将制动踏板和踏板位移传感器的位移信息传输到电子控制单元时，电子控制单元通过内部计算输出相应的控制信号来控制电机的驱动单元，进而控制电机的旋转。时刻值，通过蜗轮和蜗杆齿轮齿条的推力达到减速机制，电动机的转矩输入推杆和其他机制，和身体反应板推动工作前进的主缸的活塞，从而建立制动压力。在我国，电液制动系统和电辅助制动系统的研究刚刚起步，还处于理论和实验研究阶段。

3 电动制动助力系统的组成与结构原理

传统真空助力器的正常运行需要真空源。真空泵为电动汽车和混合动力汽车提供真空源非常不方便。因此，无真空电源的电动制动电源更适合电动汽车。在成熟的产品中，最成功的是“博世智能制动助力器”。智能制动动力系统，智能制动助力系统的结构，电子控制单元由踏板行程传感器、电子换向电机齿轮、制动主缸组成。它的工作原理与真空助推器相似。当踏板踩刹车时，踏板位移传感器根据一定的算法计算出位移信息，并利用输出的控制信号控制电动机产生合适的力矩输出。扭矩被二级齿轮转换成力量来推动车体。因此，输入杆与机体共同推动气缸推杆产生向前移动的制动器压力。智能制动辅助系统可以根据驾驶员的驾驶习惯调整动力比。当驾驶员踩踏板和克服了踏板的自由行程，电力系统是动态的，因为主要的汽缸压力的增加取决于驾驶员的脚踏板的压力。智能制动助力系统也可以实现再生制动。在大多数工况下可以回收小于减速速度的制动能量，对提高电动汽车的电池寿命有非常积极的影响。

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