◆文/江蘇 高惠民

(接上期)

當駕駛員松開制動踏板后，真空助力器進入到回程階段。從曲線來看，去程和回程的助力曲線不重合，相同的踏板力，回程曲線對應的制動主缸壓力要大于去程曲線對應的制動主缸壓力，這種現(xiàn)象稱為真空助力器的遲滯現(xiàn)象。制動液壓系統(tǒng)的遲滯和橡膠反饋盤的遲滯導致了這種現(xiàn)象的發(fā)生。同時，在去程和回程，由于零部件的運動方向發(fā)生了改變，摩擦力隨著運動方向的改變而發(fā)生變化，同樣也影響了遲滯。

回程曲線中，當主缸壓力為0，沒有輸出力時，制動踏板力卻不為0，該值被稱為釋放力。釋放力的存在主要與各種彈簧的預緊力有關，與跳增值類似，一般要求釋放力要大于30N。

(3)橡膠反饋盤變形狀態(tài)

在助力過程中，橡膠反饋盤受到駕駛員踏板輸入推桿的推力和伺服助力，定義輸入推桿與橡膠反饋盤接觸部分(內環(huán)面)為主面，伺服助力閥體與橡膠反饋盤接觸部分(外環(huán)面)為副面，如圖8所示。

輸入力和伺服助力之間的大小關系將會影響橡膠反饋盤的變形形態(tài)，橡膠反饋盤在工作過程中可能會出現(xiàn)如圖9所示三種不同的狀態(tài)：輸入力和伺服力相同，主面和副面的變形量相同，呈現(xiàn)自然狀態(tài)；伺服力大于輸入力時，副面位移超前主面位移，橡膠反饋盤呈現(xiàn)主面凸起狀態(tài)；輸入力大于伺服力時，主面位移超前副面位移，橡膠反饋盤呈現(xiàn)主面下凹狀態(tài)。

影響輸出力大小的，不僅有輸入力，還有橡膠反饋盤主、副面的面積和位移差。在一個確定的機構中，橡膠反饋盤的主、副面的面積是一定的，改變輸出力的大小，本質是要改變助力過程中主、副面位移差的變化，若助力過程中保持位移差不變，則線性助力段助力比保持一定，只是位移差越大的情況下輸出力越大。對于電子機械制動助力器而言，我們無法通過控制駕駛員的輸入力而控制橡膠反饋盤主面的位移，只能通過改變電機的伺服力矩來控制副面的位移，從而控制助力過程中主、副面位移差的變化，最終實現(xiàn)變助力特性。

(4)機電伺服制動助力器(iBooster)特性曲線

由于駕駛員早已經(jīng)習慣真空助力器的制動踏板感覺，因此,根據(jù)真空助力器的助力曲線指導機電伺服制動助力器(iBooster)特性曲線的設計。理想的變助力特性曲線如圖10所示。

圖10中間曲線給出了常規(guī)型制動踏板感覺的去回程完整的助力特性曲線，并且將其作為助力器的基礎助力特性曲線。由于舒適型和運動型去回程之間的遲滯現(xiàn)象和常規(guī)型的大致相同，同時為了繪圖清晰，舒適型和運動型制動踏板感覺只給出去程助力曲線。

對于舒適型制動踏板感覺，駕駛員追求的是制動過程較為平順，制動踏板感覺較“輕”，不需要較大的踏板力就可以實現(xiàn)汽車減速直至停車，反應在助力特性曲線上，跳增值較大，線性助力段的助力也比較大；而對于選擇運動型制動踏板感覺而言，駕駛員在汽車制動過程中操作較為“粗暴”，踩下制動踏板的深度較大，制動踏板力更大，為了保證汽車制動過程的穩(wěn)定性和安全性，制動踏板感覺應該較“沉”助力曲線具有較小的跳增值和較小的助力比。對比三種不同制動踏板感覺模式下的助力特性曲線，駕駛員踩下相同的制動踏板深度和相同的制動踏板力，舒適型助力特性曲線的主缸液壓力最大，而運動型助力特性曲線的主缸液壓力最小，常規(guī)型助力特性曲線的主缸液壓力處于中間狀態(tài)。對于這些助力特性曲線，iBooster都可以通過軟件來設定。為滿足整車廠平臺差異化的要求，同一類型的iBooster可配置于同一整車平臺的不同車型，以實現(xiàn)不同的踏板感。因此，主機廠可以通過快速地編制iBooster助力性能曲線程序。較容易地對其同平臺車型選配不同的駕駛模式。從而駕駛員可根據(jù)喜好選擇不同的制動踏板感。總結iBooster助力特性曲線各個特征階段的特點、影響因素及調節(jié)措施如表4所示。

4.iBooster與ESP組合制動系統(tǒng)的應用

iBooster完善了博世模塊化制動系統(tǒng)組合，使相應的制動系統(tǒng)能夠根據(jù)所有車輛配置和客戶要求進行量身定制。無論車輛大小和驅動技術如何，也不管車輛配備輔助功能的程度如何，都可選擇標準的ESP與其組合(混合動力或電動汽車可與ESP hev組合)提供最佳的成本優(yōu)化解決方案。

iBooster二代產(chǎn)品配備了ESP hev完成制動能量回收，ESP hev結構原理如圖11所示。其內部結構與傳統(tǒng)的ESP類似，只是在控制后軸回路的電磁閥中采用了PCR閥和SV閥。在100%再生制動期間，PCR和SV閥將會打開，以便將制動液引導回制動液儲液罐，各個制動輪缸上沒有作用液壓。制動踏板感將由iBooster伺服力進行補償。

如圖12所示，iBooster與ESP組合制動系統(tǒng)架構分為電機再生制動系統(tǒng)和液壓制動系統(tǒng)。電機再生制動系統(tǒng)的功能主要在車輛減速過程中，驅動電機轉化為發(fā)電機將汽車的部分動能轉化為電能儲存于電池中，同時電機產(chǎn)生反向作用力矩通過傳動系統(tǒng)傳遞到車輪提供制動力矩。液壓制動系統(tǒng)主要制動主缸、制動輪缸、iBooster電子機械助力器、ESP液壓調節(jié)單元組成，目的是控制流入制動輪缸的制動液流量，從而控制液壓制動力。最終，電機再生制動力與液壓制動力共同作用于車輪，為車輛提供制動力。電機再生制動與液壓制動系統(tǒng)的控制器，包括了整車控制器、制動控制器、電機控制器、ESP液壓單元控制器以及電池管理系統(tǒng)，各控制器的信息交互通過局域網(wǎng)絡CAN進行傳輸。這些控制單元可以分為上層控制和下層控制兩個部分，如圖13所示。上層控制主要為對整車控制器、ESP液壓單元控制器、iBooster控制器、電機控制器進行控制。下層控制主要是控制制動系統(tǒng)的執(zhí)行機構，包括電機、ESP液壓單元以及對整車的控制。

(1)再生制動

傳統(tǒng)的真空助力器的液壓變化只能在一定的范圍內被控制，即跳增值區(qū)域，該區(qū)域內的制動力矩可以被能量回收系統(tǒng)撤銷而不被駕駛員感覺到。對于制動液壓超過跳增值的區(qū)域，能量回收系統(tǒng)的作用力引起制動液壓的變化會被駕駛員感知而影響踏板感。因此在控制策略上只能實現(xiàn)小于0.2g減速度的再生制動能量回收。

iBooster與ESP系統(tǒng)組合使用時可實現(xiàn)最高達0.3g減速度的再生制動能量回收。這是由于iBooster能夠根據(jù)ESP制動液壓條件，通過軟件控制隨時調節(jié)iBooster的助力器伺服力。以此來保證在再生制動協(xié)調控制過程中的良好制動踏板感覺。實現(xiàn)制動踏板力與制動液壓力完全解耦，與之iBooster動作可不受車輛減速度影響而調整踏板感，并在整個制動范圍內傳遞一致的踏板感。如此高的制動能量回收水平使電動車輛的續(xù)航里程增加高達20%。用iBooster進行再生制動能量協(xié)調控制作用力的平衡關系如圖14所示。

電機再生制動力分配控制邏輯如圖15所示。有些情況下系統(tǒng)是不進行再生制動能量回收的。首先要判斷車輛的運行狀況，在制動時，當車速過小時，進行能量回收沒有意義，則只進行液壓制動；當車速較大時，判斷其是否是緊急制動模式，緊急制動不進行能量回收，只采用液壓制動。其他情況下，基于制動力分配算法，進入再生制動控制。

(2)ESP工作模式

ESP液壓控制單元在制動系統(tǒng)中的作用就是對制動輪缸液壓力進行動態(tài)調節(jié)，在再生制動力的基礎上保證前后輪對液壓制動力的需求。同時在制動過程中執(zhí)行車輛防側滑功能，保證車輛制動安全。

ESP液壓系統(tǒng)工作模式有常規(guī)液壓制動模式、前軸回饋制動模式(前輪驅動車輛)、防側滑制動模式。主要控制過程就是對制動輪缸的增壓、減壓和保壓。

①常規(guī)液壓制動模式

在ESP常規(guī)液壓制動模式中制動液流動如圖16所示。此時所有電磁閥開關保持在默認狀態(tài)，主缸制動通過旁通閥、增壓閥進入制動輪缸，工作方式與傳統(tǒng)液壓制動相同。

②前軸再生制動模式

如上節(jié)所述，再生制動能量回收過程中ESP液壓制動與電機制動具有耦合的過程的，在這一過程中，電機再生制動力是一個動態(tài)調節(jié)的過程，因此ESP液壓制動力也應該隨著電機再生制動力的變化進行動態(tài)調節(jié)。當再生制動力能滿足前軸制動需求時，原來流入前輪輪缸的制動液通過增壓閥、減壓閥流入蓄能器，實現(xiàn)前軸制動輪缸沒有液壓制動力的需求。如圖17所示。當電機再生制動力不能滿足前軸制動需求時，制動液通過增壓閥流入前制動輪缸提供液壓制動力。具體的制動液流動如圖18所示。由于電機再生制動力隨著車速變化、制動強度變化等因素是變化的，因此，前軸的液壓制動力也是一個變化的過程，當前軸需要的液壓制動壓強比主缸壓強大時，泵電機開啟運轉，將蓄能器內的制動液增壓流入前軸制動輪缸?？傊拜S根據(jù)制動需求及電機最大制動力由ESP調節(jié)耦合液壓制動力,而后軸制動力始終由ESP液壓單元提供。

③防滑移制動模式

當車輛發(fā)生縱向或橫向失去穩(wěn)定(車輪有抱死趨勢或側傾)傾向時，ESP控制單元會根據(jù)輪速傳感器和橫擺率傳感器信號，計算車輪滑移率及車輛橫向加速度，從而對制動輪缸的增壓閥和減壓閥的開閉進行動態(tài)調節(jié)，以此防止車輪抱死和車輛側滑的發(fā)生，使車輛穩(wěn)定行駛。

(3)駕駛輔助

iBooster還為駕駛輔助系統(tǒng)帶來了很多的裨益。通過電機工作iBooster能夠實現(xiàn)主動建壓，而無需駕駛員踩下制動踏板，通過電子控制系統(tǒng)精確的調節(jié)，獲得所需制動力的速度提高3倍，這對自動緊急制動系統(tǒng)是一個巨大優(yōu)勢。例如緊急情況下，iBooster可在約120ms內自動建立全制動壓力。這不僅有助于縮短制動距離，還能在碰撞無法避免時降低撞擊速度和對當事人的傷害風險。圖19顯示iBooter主動建壓對比ESP單獨工作建立的壓力和流量關系曲線。此外，iBooster還能支持自適應巡航控制(ACC)模式，幫助駕駛員進行舒適制動直至車輛完全停止,而駕駛員幾乎察覺不到振動和噪音。這對電動車來說具有十分顯著的優(yōu)勢，因為環(huán)境噪聲在這類車輛中對駕駛員干擾影響更加明顯。

(4)未來導向

iBooster與博世的ESPhev液壓單元結合，能夠成為無駕駛員參與的全自動駕駛需要制動系統(tǒng)的失效冗余控制部件，這兩種系統(tǒng)都能在制動器上直接進行機械推動，在整個減速范圍內獨立制動車輛。以確保整車制動時的失效安全，并且，自動駕駛提供冗余制動備份為操作/服務性數(shù)據(jù)系統(tǒng)，潛在用于性能更新(通過移動數(shù)據(jù)完成刷新)。

(未完待續(xù))