線(xiàn)控制動(dòng)的基本概念,如何做到常規(guī)的線(xiàn)控制動(dòng)？

線(xiàn)控制動(dòng)從真空助力器延伸開(kāi)來(lái)，用一個(gè)電機(jī)來(lái)代替真空助力器推動(dòng)主缸活塞。由于汽車(chē)底盤(pán)空間狹小，電機(jī)的體積必須很小，同時(shí)要有一套高效的減速裝置，將電機(jī)的扭矩轉(zhuǎn)換為強(qiáng)大的直線(xiàn)推力。如何做到常規(guī)的線(xiàn)控制動(dòng)？這得從真空助力器說(shuō)起。 最后我們認(rèn)為EMB很難商業(yè)化，除非永磁材料有重大突破，居里溫度點(diǎn)大幅度提高到1000攝氏度，不過(guò)這種材料從理論上來(lái)說(shuō)是不可能出現(xiàn)的。所以未來(lái)十年內(nèi)，電液線(xiàn)控系統(tǒng)可能會(huì)是唯一的選擇。

前段時(shí)間，本公眾號(hào)發(fā)文簡(jiǎn)單介紹了線(xiàn)控制動(dòng)的基本概念，而對(duì)于如何做到常規(guī)的線(xiàn)控制動(dòng)，這得從真空助力器說(shuō)起。

單單踏板的杠桿并不足以推動(dòng)主缸活塞較大的行程，因?yàn)閯x車(chē)油是非常黏性的液體，與主缸缸壁之間的摩擦力很大，需要的推力很大，為此人類(lèi)使用了真空助力器，真空助力器一般位于制動(dòng)踏板與制動(dòng)主缸之間，為便于安裝，通常與主缸合成一個(gè)組件，主缸的一部分深入到真空助力器殼體內(nèi)。

真空助力器是一個(gè)直徑較大的腔體，內(nèi)部有一個(gè)中部裝有推桿的膜片（或活塞），將腔體隔成兩部份，一部份與大氣相通，另一部份通過(guò)管道與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管相連。它是利用發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)吸入空氣這一原理，造成助力器的一側(cè)真空，相對(duì)于另一側(cè)正?？諝鈮毫Φ膲毫Σ?，利用這壓力差來(lái)加強(qiáng)制動(dòng)推力。如果膜片兩邊有即使很小的壓力差，由于膜片的面積很大，仍可以產(chǎn)生很大的推力推動(dòng)膜片向壓力小的一端運(yùn)動(dòng)。

真空助力系統(tǒng)，是在制動(dòng)時(shí)，也同時(shí)控制進(jìn)入助力器的真空，使膜片移動(dòng)，并通過(guò)聯(lián)運(yùn)裝置利用膜片上的推桿協(xié)助人力去踩動(dòng)和推動(dòng)制動(dòng)踏板。需要注意推力來(lái)自壓力差，而非真空。電動(dòng)車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)不能依賴(lài)內(nèi)燃機(jī)取得真空，需要用電子真空泵。真空助力器會(huì)減少一部分發(fā)動(dòng)機(jī)效率，所以近來(lái)有些油車(chē)上也使用電子真空助力器，用電機(jī)制造真空。

線(xiàn)控制動(dòng)正是從真空助力器延伸開(kāi)來(lái)，用一個(gè)電機(jī)來(lái)代替真空助力器推動(dòng)主缸活塞。由于汽車(chē)底盤(pán)空間狹小，電機(jī)的體積必須很小，同時(shí)要有一套高效的減速裝置，將電機(jī)的扭矩轉(zhuǎn)換為強(qiáng)大的直線(xiàn)推力。這其中的關(guān)鍵因素就是電機(jī)主軸，日本是此領(lǐng)域的霸主。

在電機(jī)技術(shù)不夠先進(jìn)的1999年前，人們只得放棄這種直接推動(dòng)主缸的思路。轉(zhuǎn)而使用高壓蓄能器。這就是奔馳的SBC、豐田的EBC系統(tǒng)、天合的SCB，這套系統(tǒng)利用電機(jī)建立液壓，然后將高壓剎車(chē)油儲(chǔ)存在高壓蓄能器中，需要?jiǎng)x車(chē)時(shí)釋放。這套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液壓管路眾多，成本高昂，可靠性不高。奔馳曾經(jīng)大規(guī)模召回過(guò)SBC系統(tǒng)，豐田也曾經(jīng)召回過(guò)EBC系統(tǒng)，奔馳今天已經(jīng)幾乎不用SBC系統(tǒng)。而豐田從2000年一直用到現(xiàn)在。通用和福特的混動(dòng)車(chē)上則全部使用天合的SCB。

由于成本過(guò)高，從2007年起，EVP電子真空泵開(kāi)始在電動(dòng)車(chē)或混動(dòng)車(chē)上取代這種高壓蓄能器設(shè)計(jì)，EVP極為簡(jiǎn)單，就是將油車(chē)的真空助力換位電子真空泵獲得真空。但缺點(diǎn)也非常明顯，首先它幾乎沒(méi)有任何能量回收，其次，剎車(chē)時(shí)會(huì)發(fā)出刺耳的噪音。最重要，它必須人力首先踩下制動(dòng)踏板，也就是說(shuō)它并非線(xiàn)控制動(dòng)，而是機(jī)械制動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)也很明顯，首先是成本很低，再者是設(shè)計(jì)異常簡(jiǎn)單，油車(chē)的底盤(pán)幾乎不做絲毫改動(dòng)就可以用來(lái)做混動(dòng)車(chē)，這對(duì)中國(guó)企業(yè)來(lái)說(shuō)非常重要，中國(guó)企業(yè)缺乏自主設(shè)計(jì)底盤(pán)能力。

隨著電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，日立旗下的東機(jī)特工在2009年首次推出電液線(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)E-ACT。除豐田外，大部分日系混動(dòng)或純電車(chē)都采用這種設(shè)計(jì)，最典型的就是日產(chǎn)Leaf。 說(shuō)起來(lái)很簡(jiǎn)單，用直流無(wú)刷超高速電機(jī)配合滾珠絲杠直接推動(dòng)主缸活塞達(dá)到電液線(xiàn)控制動(dòng)，這套方案對(duì)滾珠絲杠的加工精度要求很高。傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間大約400-600毫秒，電液線(xiàn)控制動(dòng)大約為120-150毫秒，安全性能大幅度提高。百公里時(shí)速剎車(chē)大約最少可縮短9米以上的距離。同時(shí)用在混動(dòng)和電動(dòng)車(chē)上，可以回收幾乎99%的剎車(chē)摩擦能量。電液線(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)E-ACT是目前公認(rèn)最好的制動(dòng)方式，為了保證系統(tǒng)的可靠性，這套制動(dòng)系統(tǒng)一般都需要加入ESP（ESC）做系統(tǒng)備份。

早在1999年大眾在開(kāi)發(fā)純電動(dòng)車(chē)過(guò)程當(dāng)中也很想使用這種電機(jī)直接推動(dòng)主缸的設(shè)計(jì)，但是德國(guó)的電機(jī)工業(yè)當(dāng)時(shí)沒(méi)有能力滿(mǎn)足大眾的需求，大眾采取了妥協(xié)的設(shè)計(jì)。

既然電機(jī)的能量達(dá)不到，那就繼續(xù)用高壓蓄能器配合，但是推動(dòng)主缸的是電機(jī)，大眾稱(chēng)之為eBKV，是德文Elektromechanischer.Bremskraftverst?rker的縮寫(xiě)，2009年的大眾E-UP上首次使用。

博世從e-UP中獲得靈感，加上博世是電機(jī)大師，經(jīng)過(guò)博世的努力，最終在2013年去掉了高壓蓄能器，單用電機(jī)推動(dòng)主缸，這就是iBooster。

博世的iBooster于2013年初推出，并且應(yīng)用大眾（包括奧迪品牌，大眾持有ibooster的部分專(zhuān)利）全系列電動(dòng)與混動(dòng)車(chē)上，其他客戶(hù)還有特斯拉和卡迪拉克CT6。

大陸和天合（ZF）則在此基礎(chǔ)上將ESC也集成進(jìn)來(lái)，大陸的MK C1早在2011年就已經(jīng)推出，在2017年版的阿爾法羅密歐Giulia上使用。TRW的則于2012年推出IBC，通用的K2XX平臺(tái)上將全線(xiàn)使用。順便說(shuō)下TRW的IBC技術(shù)并非自己原創(chuàng)，是收購(gòu)自一家小公司，不過(guò)博世的ABS技術(shù)也不是自己原創(chuàng)的。

這些線(xiàn)控制動(dòng)都不是純粹的線(xiàn)控制動(dòng)，仍然需要液壓系統(tǒng)放大制動(dòng)能量。液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，專(zhuān)利門(mén)檻很高。為了突破大廠的封鎖，也為了簡(jiǎn)化制動(dòng)系統(tǒng)，純粹的線(xiàn)控制動(dòng)（EMB)近年來(lái)是個(gè)火熱的研究領(lǐng)域。

EMB取消液壓系統(tǒng)，直接用電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械活塞制動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)一、安全優(yōu)勢(shì)極為突出，大幅度縮短剎車(chē)距離，EMB的反應(yīng)時(shí)間大約90毫秒，比iBooster的120毫秒更快速。優(yōu)點(diǎn)二、沒(méi)有液壓系統(tǒng)，不會(huì)有液體泄露，對(duì)電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)尤其重要，液體泄露可能導(dǎo)致短路或元件失效，進(jìn)而導(dǎo)致災(zāi)難。同時(shí)成本和維護(hù)費(fèi)用也降低不少。

缺點(diǎn)一：沒(méi)有備份系統(tǒng)，對(duì)可靠性要求極高。特別是電源系統(tǒng)，要絕對(duì)保證穩(wěn)定，其次是總線(xiàn)通信系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，系統(tǒng)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的串行通信都必須具備容錯(cuò)能力。同時(shí)系統(tǒng)需要至少兩個(gè)CPU來(lái)保證可靠性。

缺點(diǎn)二：剎車(chē)力不足。EMB系統(tǒng)必須在輪轂中，輪轂的體積決定了電機(jī)大小，進(jìn)而決定了電機(jī)功率不可能太大，而普通轎車(chē)需要1-2KW的剎車(chē)功率，這是目前小體積電機(jī)無(wú)法達(dá)到的高度，必須大幅度提高輸入電壓，即便如此也非常困難。

缺點(diǎn)三：工作環(huán)境惡劣，特別是溫度高。剎車(chē)片附近的溫度高達(dá)數(shù)百度，而電機(jī)體積又決定只能使用永磁電機(jī)，而永磁在高溫下會(huì)消磁。同時(shí)EMB有部分半導(dǎo)體元件需要工作在剎車(chē)片附近，沒(méi)有半導(dǎo)體元件可以承受如此高的溫度，而受體積限制，無(wú)法添加冷卻系統(tǒng)。同時(shí)這是簧下元件，震動(dòng)劇烈，永磁體無(wú)論是燒結(jié)還是粘結(jié)都很難承受強(qiáng)烈震動(dòng)。對(duì)半導(dǎo)體元件也是個(gè)考驗(yàn)。需要一個(gè)高強(qiáng)度防護(hù)殼，然而輪轂內(nèi)體積非常有限，恐怕難以做到。

缺點(diǎn)四：需要針對(duì)底盤(pán)開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)，難以模塊化設(shè)計(jì)，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)成本極高。

我們認(rèn)為除非永磁材料有重大突破，居里溫度點(diǎn)大幅度提高到1000攝氏度，否則EMB無(wú)法商業(yè)化。順便說(shuō)一句，輪轂電機(jī)也是如此，不解決材料問(wèn)題，輪轂電機(jī)商業(yè)化不大可能。不過(guò)這種材料從理論上來(lái)說(shuō)是不可能出現(xiàn)的。磁性越強(qiáng)，其居里溫度點(diǎn)就越低，高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)，原子磁矩的排列必然從整齊劃一到混亂無(wú)序，這是物理特性，無(wú)法改變。比如最好的磁王釹鐵硼，一般使用N35牌號(hào)，其居里溫度點(diǎn)為310攝氏度。但其工作溫度上限只有80攝氏度，超過(guò)80度，磁性能就開(kāi)始下降，到310度，磁性完全消失。而夏天汽車(chē)剎車(chē)盤(pán)的溫度輕松超過(guò)100度，工作時(shí)溫度輕松超過(guò)300度。

所以未來(lái)十年內(nèi)，電液線(xiàn)控系統(tǒng)會(huì)是唯一的選擇。