解析汽車電子中制動(dòng)能量回收的液壓制動(dòng)Bosch方案

制動(dòng)能量回收，對(duì)于電驅(qū)動(dòng)車輛而言，是指在減速或制動(dòng)過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)，將車輛的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存于電池中。同時(shí)，施加電機(jī)回饋轉(zhuǎn)矩于驅(qū)動(dòng)軸，對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)，這種制動(dòng)方式稱為再生制動(dòng)（RegeneraTIve Braking），或回饋制動(dòng)。制動(dòng)能量回收技術(shù)在電驅(qū)動(dòng)車輛上的應(yīng)用，可以增加車輛一次充電的續(xù)航里程。

制動(dòng)能量回收由電制動(dòng)系統(tǒng)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)共同完成。液壓制動(dòng)系統(tǒng)是制動(dòng)能量回收系統(tǒng)關(guān)鍵的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其任務(wù)是對(duì)制動(dòng)壓力進(jìn)行控制，保證駕駛員良好的制動(dòng)踏板感覺，確保整車制動(dòng)安全性。電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)燃油車的制動(dòng)系統(tǒng)，一方面表現(xiàn)在電動(dòng)汽車沒(méi)有傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)為制動(dòng)系統(tǒng)提供真空度，另一方面表現(xiàn)在制動(dòng)能量回收的實(shí)現(xiàn)需要液壓制動(dòng)系統(tǒng)和電機(jī)之間有信號(hào)交流。

基于再生制動(dòng)系統(tǒng)提出的技術(shù)要求，各大汽車廠商和零部件企業(yè)紛紛推出了適用于不同類型電驅(qū)動(dòng)汽車的具有制動(dòng)能量回收功能的液壓制動(dòng)系統(tǒng)方案。接下來(lái)我們談一談目前業(yè)內(nèi)幾種典型方案。

1.基于真空助力的液壓制動(dòng)系統(tǒng)

“真空助力器+真空泵”方案

該方案主要是在原有真空助力液壓制動(dòng)系統(tǒng)中增加EVP（Electronics Vacum Pump，電子真空泵）、PTS（Pedal Travel Sensor，踏板行程傳感器）和氣壓傳感器。

EVP的作用是為真空助力器提供動(dòng)力源，因?yàn)殡婒?qū)動(dòng)乘用車沒(méi)有傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)法為真空助力器提供真空度，真空助力器無(wú)真空下無(wú)法提供制動(dòng)助力。該系統(tǒng)通常還會(huì)帶一個(gè)真空罐，用于存儲(chǔ)一定容積的真空，使系統(tǒng)的真空度更穩(wěn)定，同時(shí)降低EVP的啟動(dòng)頻次，增長(zhǎng)EVP使用壽命。PTS主要是為了給電機(jī)控制器提供制動(dòng)信號(hào)，有效利用制動(dòng)空行程進(jìn)行能量回收，提高能量回收率。

該系統(tǒng)的有優(yōu)點(diǎn)是原制動(dòng)系統(tǒng)的零部件大都可以沿用，實(shí)施方便，技術(shù)成熟，系統(tǒng)穩(wěn)定，造價(jià)較低。缺點(diǎn)主要是電機(jī)回饋制動(dòng)力直接疊加在原有摩擦制動(dòng)力之上，不調(diào)節(jié)原有摩擦制動(dòng)力，能量回收率低，制動(dòng)舒適性差。制動(dòng)舒適性差不僅是表現(xiàn)在電機(jī)回饋制動(dòng)和摩擦制動(dòng)的耦合與切換產(chǎn)生的沖擊、平順性差，還表現(xiàn)在高原地區(qū)，由于氣壓低，EVP無(wú)法提供和在平原地區(qū)一樣高的真空度，真空助力器的助力差，踏板力會(huì)變大。

2.基于ESP/ESC的液壓制動(dòng)系統(tǒng)

Bosch ESPhev方案

以Bosch公司的ESPhev為例，該系統(tǒng)無(wú)需真空助力器和EVP，主要基于原有的ESP技術(shù)，ESP除了標(biāo)準(zhǔn)功能外，增加了常規(guī)的制動(dòng)液壓助力功能和回饋力矩協(xié)調(diào)功能。ESP根據(jù)BOU（Brake OperaTIng Unit，制動(dòng)操作單元）里的PTS信號(hào)計(jì)算駕駛員的制動(dòng)需求，再根據(jù)電機(jī)所能提供的回饋制動(dòng)力大小，以及綜合車輛穩(wěn)定性，進(jìn)行制動(dòng)力的分配，液壓制動(dòng)系統(tǒng)壓力由ESP提供。

該系統(tǒng)具有比傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)更小的安裝尺寸，更輕的重量，能進(jìn)行回饋力矩和液壓力矩的協(xié)調(diào)，能量回收率高。但是系統(tǒng)前軸解耦，制動(dòng)管路為II型布置，不同于常見的X型布置，而且該方案只適用于小型車（滿載車重不超1700kg）。

3.基于EHB的液壓制動(dòng)系統(tǒng)

EHB（Electronics Hydraulic Brake，電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)），主要由動(dòng)力單元（電機(jī)、泵和蓄能器）、液壓?jiǎn)卧ㄖ鞲?、踏板模擬器和PTS）和電子控制單元組成，經(jīng)制動(dòng)管路和控制閥與制動(dòng)輪缸相連，控制制動(dòng)液流入/流出制動(dòng)輪缸，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)壓力控制。

Bosch HAShev方案

上圖為Bosch公司的HAShev系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由BOU、ACM-H（ActuaTIon Control Module–Hydraulic，液壓助力控制模塊）和ESP組成。BOU帶有PTS，用于探測(cè)駕駛員的制動(dòng)需求；BOU和制動(dòng)踏板是解耦的，集成了踏板感模擬器，踏板感模擬器內(nèi)部主要是一個(gè)彈簧阻尼機(jī)構(gòu)，能靈活調(diào)節(jié)踏板感。ACM-H主要由電動(dòng)液壓泵、高壓蓄能器和電子控制單元組成，它的任務(wù)主要是給液壓制動(dòng)系統(tǒng)供能，同時(shí)負(fù)責(zé)回饋力矩和液壓力矩的協(xié)調(diào)控制。該系統(tǒng)的ESP和普通的ESP相比，多了主動(dòng)增壓的功能，它能在ACM-H失效時(shí)主動(dòng)增壓，確保制動(dòng)安全，同時(shí)它和電機(jī)控制單元以及ACM-H之間也有回饋力矩、車輛穩(wěn)定因子等信號(hào)交互。

該系統(tǒng)踏板解耦，踏板感可以靈活設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)控制電機(jī)回饋力矩和液壓制動(dòng)力矩的協(xié)調(diào)分配，優(yōu)先利用再生力矩，實(shí)現(xiàn)最大效能的制動(dòng)能量回收；同時(shí)它具有強(qiáng)大的失效模式，ACM-H失效時(shí)ESP可以補(bǔ)償，液壓失效時(shí)，還有機(jī)械結(jié)構(gòu)保證安全。但是系統(tǒng)零部件多，構(gòu)造復(fù)雜，需要增加4根制動(dòng)管，重量無(wú)優(yōu)勢(shì)，調(diào)試和維護(hù)成本高。

Mando AHBIII方案

上圖為韓國(guó)Mando公司的AHBIII方案，由iBAU（Integrated Brake ActuaTIon Unit，集成制動(dòng)助力單元）和PSU（Pressure Source Unit，液壓動(dòng)力單元）這兩個(gè)主要部件組成。和Bosch公司的HAShev系統(tǒng)相比，Mando把電子控制單元、ESP/ESC都集成在iBAU里，零部件的數(shù)量上減少了，布置更靈活，重量更輕，輕了差不多2kg。而且iBAU直接進(jìn)行輪壓控制，最大程度消除系統(tǒng)損失，增強(qiáng)壓力可控性。

4.基于新型制動(dòng)助力器的液壓制動(dòng)系統(tǒng)

基于新型制動(dòng)助力器的方案

這種方案無(wú)真空助力器和EVP，也沒(méi)有液壓泵或蓄能器等部件，取而代之使用高性能電機(jī)，通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞直線運(yùn)動(dòng)，以產(chǎn)生制動(dòng)主缸壓力。較之普通制動(dòng)系統(tǒng)，它更輕巧，系統(tǒng)響應(yīng)更快，能夠顯著地提升建壓速度，有效地縮短制動(dòng)距離，滿足新型高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)壓力控制動(dòng)態(tài)特性的更高要求。協(xié)調(diào)再生制動(dòng)功能和基于ESP/ESC、EHB技術(shù)類似，同樣能實(shí)現(xiàn)高效的制動(dòng)能量回收。

該系統(tǒng)的制動(dòng)踏板也可以是解耦的，建壓過(guò)程與制動(dòng)踏板之間沒(méi)有直接的聯(lián)系，踏板感覺由一個(gè)集成在執(zhí)行模塊中的彈簧/緩沖器單元來(lái)產(chǎn)生的。踏板感可根據(jù)整車要求分別調(diào)整，還可按照不同行駛情況（如緊急制動(dòng)）或操作模式（如“運(yùn)動(dòng)”）進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整，能在無(wú)需任何附加措施的條件下，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)與舒適性的完美統(tǒng)一。

這種方案目前已被成功應(yīng)用在日產(chǎn)Leaf、特斯拉Model S和阿爾法羅密歐Giulia等車型上。

德國(guó)大陸集團(tuán)的MKC1（集成了ESC）

Bosch的ibooster（沒(méi)有集成ESP/ESC）

相比傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品，目前EHB或新型制動(dòng)助力器等產(chǎn)品的開發(fā)成本還比較高，但是隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，這些開發(fā)成本一定會(huì)不斷降低。我們相信制動(dòng)系統(tǒng)會(huì)逐漸向著輕量化、模塊化和智能化的EHB或新型制動(dòng)助力器方向發(fā)展。目前國(guó)外主要制動(dòng)系統(tǒng)零部件供應(yīng)商（如Bosch、TRW、大陸、愛德克斯、日立、萬(wàn)都等）分分推出自己的EHB或新型制動(dòng)助力器產(chǎn)品，而我們國(guó)內(nèi)的供應(yīng)商由于在傳統(tǒng)底盤電控系統(tǒng)ESP/ESC/EHB、電磁閥等關(guān)鍵零部件的開發(fā)與制造方面存在短板，EHB或新型制動(dòng)助力器產(chǎn)品的研發(fā)與國(guó)外尚有差距。但是國(guó)內(nèi)這方面研發(fā)也取得了一些進(jìn)展，如電子液壓助力器、電子真空助力器等都已經(jīng)有成形的產(chǎn)品了，而且很多國(guó)內(nèi)供應(yīng)商都在和一些高校合作，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作，取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的逐步推進(jìn)，相信國(guó)內(nèi)供應(yīng)商也能開發(fā)出滿足整車需求的EHB或新型制動(dòng)助力器等產(chǎn)品，形成與國(guó)外同類水平相抗衡的能力。