智能底盘技术(4) | 线控制动eBooster介绍

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在上篇文章中介绍了真空助力器的基本组成和工作原理，真空助力器工作的前提是需要基于发动机产生稳定的真空源，而随着新能源汽车尤其是纯电动汽车的普及，发动机被电机代替，真空助力器的使用受到了限制。在这样的趋势之下，作为底盘线控技术的全球领先企业，德国博世经过深入的研究开发，推出了液压式线控制动制动助力产品：智能助力器iBooster 。

在博世以后国内外市场上又涌现出了新的智能助力器厂家，主流的有大陆、采埃孚和中国企业拿森和英创汇智等，各个厂家命名不一，但业界统称为eBooster。

eBooster为整车厂提供了新的解决方案，不依赖真空源，取代了传统的真空泵和真空软管，体积更小，整个制动系统重量更轻，无需消耗能量建立真空源，仅在制动时消耗电量，从而达到节能减碳的目的，更加符合未来发展趋势，因此受到了中高档车型的青睐，市场份额越来越高。

本文将对eBooster的基础功能和工作原理进行介绍。

1.eBooster基础制动功能

eBooster利用传感器感知驾驶员踩下制动踏板的力度和速度，并将信号处理之后传给电控单元，电控单元控制助力电机产生对应的扭距，在机电放大机构的驱动下，活塞移动并将主缸的制动液压入轮缸，从而实现轮端制动。相比真空助力器，eBooster的电控单元可以实现更快的制动响应速度以及更精准的制动力控制。

eBooster实现制动助力示意图

以Bosch产品iBooster为例，iBooster的行程位移传感器通过判断踏板推杆和iBooster腔体的相对位置的变化来识别驾驶员的制动意图，动力单元主要由助力电机和二级减速器组成，为了更好地实现轻量化，除主动驱动小齿轮采用钢制齿轮外，其它传动齿轮均为非金属材料，这也对非金属材料的耐久性能提出了更高的要求。

博世第二代iBooster

博世第二代iBooster剖视图

另外，eBooster属于非解偶踏板系统，和真空助力器一样，在制动过程中eBooster能够反馈最真实和自然的踏板感，驾驶员能直观的感受到制动系统的变化，例如ABS回馈力和刹车片的衰退等，驾驶员可以通过这些异常的变化及时发现制动系统的潜在问题并做出及时处理，从而减少安全隐患。

为满足驾驶感受的多样性和舒适性，eBooster还可以通过软件调节踏板感，轻松完成舒适和运动驾驶风格的随意切换。

通过软件实现eBooster不同的踏板特性

2.eBooster的降级策略

根据法规推荐，对于乘用车舒适性制动系统，需要在驾驶员用500N的制动力时系统能够提供不小于6.43m/s²的减速度；而根据法规强制要求，乘用车在电子助力失效的情况下，机械部件仍然要保证驾驶员在用500Nm踩制动踏板时能产生 2.44 m/s²的减速度。

搭载eBooster的车型都会同时搭载车身稳定性系统ESC(Electric Stability Control)，在ESC系统的辅助下，eBooster在实现法规要求的同时，也表现出了比传统的真空助力器更高的可用性。

ESC和eBooster在车上共用一套液压系统，两者协调工作，原理如下：

eBooster和ESC共用一套制动油壶、制动主缸和制动管路。
eBooster内的助力电机产生驱动力推动主缸活塞运动，使油壶中的制动液流入主缸管路并进入ESC进液阀，经ESC中的调压阀和进液阀流入4个轮缸，从而建立起制动力。
当eBooster不工作时，ESC也可以独立控制制动液从主缸流入轮缸，从而建立制动力。
eBooster建压的动态响应速度比ESC主动建压更快，且NVH表现更好，因此eBooster是制动控制系统中的主执行机构。

eBooster和ESC的制动组合

如下图所示，在全功能下，eBooster通过控制助力单元高效精准地辅助驾驶员制动；当eBooster出现故障而导致助力系统失效时，eBooster请求ESC激活HBC（Hydraulic Brake Failure Compensation）功能，HBC功能激活后，当驾驶员踩下制动踏板时，主缸压力发生变化，HBC功能根据主缸压力变化识别驾驶员制动意图，并控制建压泵工作主动建立轮缸压力，从而实现驾驶员助力。而在eBooster和ESC都失效的情况下（如整车电源故障），驾驶员踩下制动踏板，踏板力直接作用在推杆上，推杆推动主缸活塞移动使主缸液压流入轮缸从而产生制动力，该过程为纯机械建压，能够在500Nm的作用下产生2.44m/s²的减速度。

eBooster降级策略

3.eBooster实现性能更佳的制动回收功能

从能量转换的角度看，传统的汽车在制动时，卡钳在轮缸液压的推动下加紧制动盘，整车的动能通过制动盘摩擦生热耗散，这个过程中动能没有得到有效利用。

制动能量回收功能随着新能源汽车的普及同步问世。在制动能量回收功能的作用下，汽车制动过程中除了液压力产生摩擦制动外，高压电池和驱动电机的协作，驱动电机产生负扭矩提供部分制动力，负扭矩产生反向电流对高压电池进行充电，最终制动时车辆的部分动能转化为化学能存储在高压电池中，用于下一次的车辆驱动，从而实现了能量回收，达到节能减排的目的。

传统的制动能量回收功能控制简单，当驾驶员松开踏板后，驱动电机便通过较小的制动扭矩产生0.1~0.2g的减速度，而当驾驶员踩下制动踏板后，电机制动力继续保持并适度增大，于此同时液压制动力也随着制动踏板的深度增大而增大，两种制动力叠加作用从而实现车辆制动。这种简单的制动力叠加虽然实现了能量回收，但是也带来了新的问题：相比燃油车，驾驶员会感觉到制动踏板的脚感变化，因此开新能源车需要重新适应。

传统的制动能量回收控制示意图

eBooster和ESC的制动组合可以完美地解决燃油车和新能源车上脚感不一致的问题，这需要对ESC的硬件进行适当的设计优化——增加ESC蓄能器的容量。在大容量蓄能器的加持下，当驾驶员踩下制动踏板时，eBooster控制主缸液压进入轮缸产生制动力，于此同时驱动电机制动力随着制动踏板深度增加缓慢上升，该过程中来自主缸的制动液不会直接流入轮缸，而是将一部分暂时存储在蓄能器中，在蓄能器中的制动液不会产生制动力。整个过程中蓄能器液量和驱动电机制动力可以协调控制，此消彼长，而这个过程中eBooster通过对助力大小控制（如下图所示）始终保证相同的踏板深度下踏板的反作用力恒定，让驾驶员感受不出此时是电机制动还是制动液制动，从而实现踏板感的一致性，给驾驶员带来最舒适的体验。