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亚太机电 李立刚:汽车线控制动系统

2017-03-16 10:05:19 盖世汽车综合
核心提示:2017慕尼黑上海电子展和慕尼黑上海电子生产设备展于2017年3月14-16日在上海新国际博览中心E1,E2,E3和E4,E5,E6馆举办。展会期间,汽车行业专家、企业代表以及产业链上下游供应商和技术服务商代表等粉粉亮相,奉上一场场有关新能源和智能网联汽车创新发展的深度交流与分享。以下为部分演讲实录。

大家下午好,今天我成为会场压轴的演讲,非常感谢中国汽车工程研究院邀请我们来做这次演讲,亚太机电在我们国内做汽车电子产品方面也是比较早的,今天也感触比较深,中午吃饭的时候跟我们研究院的谢飞院长也在沟通,目前国外在做汽车电子产品上面有些技术几乎已经领先了我们国内十年二十年,我们现在还在做这些技术,包括甚至还不能量产化,那么对我们国内的这些零部件企业来说压力也是非常大。亚太做汽车电子从两千年就开始做,到现在有17年了,我们一直在追赶博世、大陆他们的脚步。所以对我们来说现在最主要的是在这样一个新形势下我们要紧紧咬住这个步伐,不要落后。

今天给大家介绍一下汽车线控制动系统。分为四部分,第一部分是线控制动系统的发展与研究现状,简单介绍一下线控制动是怎么回事,然后目前的情况。第二部分是在当前新形势下,线控制动系统面临的主要需求。第三部分,简单介绍一下亚太在线控制动系统上面的方案和支撑基础。最后介绍一下我们亚太汽车电子产品的规划。

线控制动其实是都属于线控,线控是用电系统来替代传统的机械或者液压系统。最早提出的是美国航天局,它最早是用在推出了一个线控飞行技术的飞机,目前大部分的军用飞机和民用飞机都采用了这项技术,相比传统的机械或者液压系统,线控系统显著的提高了飞机的性能,给飞机的设计带来了革命性的变化。它主要的变化在于它的布置更加方便,因为它线控的话它的反应速度更加的快捷。借鉴了航空领域的线控飞行技术,汽车工业领域也出现了线控驾驶技术,线控驾驶技术主要包括四个方面,其实不限于这四个。一个是线控油门、线控换档线控转向、线控制动。亚太这边主要是做线控制动。

线控制动系统诸多优势使得线控制动技术将取代传统的以液压为主的制动系统,成为未来制动系统的主要发展方向。线控制动主要有以下特点,比传统的液压制动系统一个是导线取代了液压管路,就不存在由于管路冗长带来的制动滞后的问题。一个是结构简单,整车质量低。第三,无制动液,易于维护。第四,便于扩展和增加其他电控制功能。第五,可以使用具有容错功能的车用网络通讯协议。这五个优点反过来说有几个也是线控制动系统最大的目前没有办法完全实施量产化的最大的一个制约。

右下角两张图,一个是传统的制动系统,还有一个是线控制动系统。从传统的线控系统里面我们通过自动踏板直接提供能量,线控制动系统有专门的能量供给方式,一般来说是人编的一些电机直接通过电机驱动进行这些工作。这是他们最大的区别,其实这里面传统的制动系统液压和气压管路就没有了。

线控制动系统分为两种类型,刚才我说的是线控制动系统是它的最终形态其实就是电子器械制动系统,EMB。目前来说EHB是现在研究的主流方向或者说是现在目前状态下主要研究的一个产品。EHB叫电子液压制动系统,它的控制单元与执行机构布置比较集中,并且使用制动液作为制动力传递的媒介,那最终状况的线控制动系统应该是没有制动液的。那么这里它是可以称之为集中式的湿式的制动系统。电子机械制动系统,EMB系统采用电子机械装置替代液压管路,执行机构通常直接安装在各个轮边,没有制动液也没有液压管路,EMB也可以称之为分布式、干式制动系统。如果四个轮胎需要制动的话,就需要四个电机。线控制动分为EHB和EMB,他们最大的区别就是有无液压管路和制动液,这里液压管路其实有一个功能就是为什么我们目前主要还是在开发EHB的原因就是有液压管路的线控制动系统它是有液压后备的,一旦线控制动系统失效之后,我们从正常的液压板路里面制动液还会进入轮缸,可以提供部分的制动效能,所以在安全性上有一定的保证。但是EMB系统的话,它是有没有液压后备,一旦你的执行机构或者EMB系统出现问题的话,常规制动可能就没有了,这个在安全性上面可能会有一些顾虑。

典型的EHB系统,这里可以看一下右下角这是一个基本的原理,自动踏板和自动气之间的液压连接是断开的,是完全解耦的。原理图比较简单,一会看一下我们比较详细的一个原理图。它这个时候备用阀处于关闭状态,电子踏板配有踏板模拟器和传感器,ECU可以通过传感器的信号判断驾驶员的驾驶意图。轮缸里面的制动液不是通过主缸过来的,是通过高压蓄能器里面,通过液压泵来提供一个压力源,提供一个制动液源,来进入轮缸,达到我需要的制动的制动力。电子系统发生故障时,备用阀就打开了,这个时候假设我的液压泵坏了,我这个油进去了,但是我的备用阀打开之后,那么我从制动踏板和主缸过来的制动液,还是可以进入相应的轮缸,达到一定常规制动的效果,所以这是一个安全性的保证。但是从线控制动系统长远发展来说,EHB系统仅仅只是一个先期的产品,最终的产品一定是一个EMB系统。

EHB系统的研究现状,国外在20世纪90年代就进行了EHB系统的研究并实现了量产。比如典型的产品主要有博世公司的SBC系统,丰田公司的ECB系统,还有大陆公司的EVB系统,这里没有包含其他的一些产品。目前国内的话EHB尚处于研究阶段,现在主要做研究的几个大学主要有吉林大学和清华大学,还有湖南大学也在做一些研究的工作。清华大学在2010年提出了一种DEHB系统的方案,是针对分布式驱动的一种EHB方案。我们浙江亚太机电公司与清华大学、吉林大学在2016年开始合作,开始开发具有制动能量回收功能的适用于智能辅助驾驶的线控制动系统IEHB,这是去年开始的一个国家重点科技项目。

这里可以看一下刚才提到的三种典型的EHB系统,第一个是博世的SBC系统,它就是一个最典型的EHB系统,常规制动时备用阀打开,通过控制增压泵与减压阀的通断状态来完成轮缸制动液的正压和卸压工作。常规制动时效后,控制器会打开备用阀,启用备用的制动系统,通过踩踏制动踏板,可以对两前轮进行制动。丰田的ECB系统,整体的结构上原理上跟SBC是类似的,应该说所有的EHB系统基本上原理都是类似的,但是丰田这里有一种全新的设计,因为我们都知道前制动器的钢筋一般都比后制动器的钢筋大,那么它在制动完成之后,液压开始降压回流的时候,这个时候前轮的回油管路油的流速和后轮的流速是不一样的,两个回油管路的结合处,因为流速的不一样,丰田认为会产生一种脉冲,那么这种脉冲会随着后制动器的回油管路逐渐传递,造成很大的噪音。丰田基于这个考虑,在后制动器的回油管路上增加一个脉冲的抑制装置,叫做阻尼设备。第三个是清华大学的DEHB系统,这个系统主要针对分布式驱动,主要是有一个全新的设计,增加了一个保压阀的设计,在每个轮缸的管路上都增加了保压阀,达到一定的压力之后,它可以保持这个压力,这个时候电机就不用持续工作了,可以减少电机的工作负荷。这是三种典型的EHB系统。

EMB系统所有的液压装置、主缸、液压管路、助力装置都被电子机械系统替代,包括液压盘和鼓式制动器的调节器也被电机驱动装置替代了。所以EMB系统是名副其实的先锋制动系统。大家可以看一下右下角简单的一个原理图,主要是踩一下自动踏板,通过自动踏板传感器得到驾驶员的驾驶意图,通过ECU处理之后直接驱动车轮上面的制动模块,这里是四个电机直接进行制动。

EMB系统其实刚才已经说了一些优点,其实就是线控制动系统的优点,它是执行速度快,不需要助力器,无需制动液,在ABS模式下无回弹振动,可以消除噪音,便于集成电子注册制动等附加功能。

但是EMB系统它有天生的缺陷,第一个是由于去除了备用制动系统,EMB系统需要有很高的可靠性,必须采用比EHB更可靠的总线协议,一般来说是需要有容错功能的总线协议,目前我们整车环境还没有普遍采用这样的总线协议。第二,由于制动能量需求比较大,需要开发42V高电压系统。42V高电压系统从目前发展的趋势看也是一种发展的方向,但是目前来说暂时没有大批量的出现。第三,主动器需要具有更好的耐高温性能,同时质量轻价格低。第四,需要更好的抗干扰能力,地质车辆运行中遇到的各种干扰信号。我们知道目前来说电动汽车在EMC方面问题还是很多的,这方面的问题有一些也是比较难以解决的。基于以上的原因,主要是缺乏足够的技术支持,目前市场上并没有批量装车的EMB产品,国际上的话譬如大陆公司、西门子、博世、德尔福等都对EMB系统做了一些研究,并申请了专利。国内的话有二汽、清华大学、南京航空航天大学等在这个项目上做了研究。

EHB系统由于具有备用制动系统,其高安全性在用户的可接受性方面更具优势,是当前主要推广量产的方案,EMB系统虽然具有诸多优点,但是缺少备用制动系统且缺乏技术支持,短期内应该说比较长的一段时间内很难大批量应用,但是它是一个未来发展的方向,至少在国内肯定是一个长时间的过程。

第二部分讲一下当前线控制动系统面临的主要需求。这里讲了两个产业形势,其实今天大家在我们主会场包括李克强教授,王主任已经讲了很多关于产业的形势。第一个是节能减排的要求,我们在节能与新能源汽车产业发展规划中提出了不管是乘用车和商用车都提出了燃料消耗量降低的目标要求。第二,十三五规划纲要中提出了节能减排的要求,包括新能源汽车发展的要求,中国制造2025将节能与新能源汽车列为十大重点发展领域之一。第二大部分也是今天我们整个论坛的主题叫汽车智能辅助驾驶技术的发展,这里也需要我们EHB系统作为一个执行机构来做配合。

这是我整理的一个EHB系统目前面临的一些新的需求,第一个因为电动汽车目前来说普遍的都具有能量回收功能,它需要一个制动能量回收功能,目前的话整车企业整车厂一般来说主要在做一个代档滑行回收的,这是一个开盘回收的过程。我们亚太和清华大学做了一个863项目,集成到我们的ABS和ESC当中,这是一个协调式的闭环的制动能量回收系统。我们在后续EHB系统也需要具备这个功能模块。第二个就是智能驾驶,目前来说主要在ESC上实现,但是其实无法支撑智能辅助驾驶需要的一个快速降压还有精度高的一个要求。那么EHB系统是可以达到这样的要求。然后是适用于分布式驱动的汽车,主要是指轮毂电机驱动的汽车,这方面我们还在做研究。这里又衍生出来一个制动能量回收效率的问题,制动能量回收效率又先生出舒适度和噪音的问题,还有安全性的问题,其实还有一个耐久性的问题,这些都需要考虑。

亚太公司已经承接了国家重点研发计划,电动汽车智能辅助驾驶关键技术研究与产品开发,智能电动汽车线控液压制动系统关键技术研究与产品开发,要求2018年年底形成小批生产,线控液压制动10MPA,主动降压时间要小于等于170毫秒,液压控制精度是0.1MPA,功能安全的话需要满足ISO26262的要求。能量回收效率,1C115城市工况下制动能量回收降低整车电耗23%以上。从目前我们发展的情况看2018年底只能形成最多只能实现小批生产的状况,无法实现批产的状态。这个实事求是的说,技术上没有可能达到那么快的程度,因为本身匹配需要两三年的时间验证产品的参数包括软件的逻辑和协调算法。

这是我们亚太公司的目前的EHB方案,这里一个是完全解耦的模拟器设计,也是一个比较正常的一个EHB方案,大家可以看这里是踏板模拟器部分,这里的话制动液全部进入踏板模拟器,然后通过采集到的驾驶员的意图,这边电机和增压泵,这里有一个高压蓄能器,通过高压蓄能器给四个轮缸提供制动液。在失效状态下,我们这边的前后路模拟器耦合长闭阀,还有两个长笔法,一个会打开,一个会闭合,这里失效之后,制动液可以直接从正常的管路上到达轮缸。目前来说我们这个部分还考虑到了制动能量回收的功能,这里有几个压力传感器,这个方案是为前驱车设计的,如果是四区车的话,这边也需要加一些压力传感器来监控。制动能量回收主要通过一些算法来实现。看一下我们初步的分体式方案,早些亚太在这方面也走了弯路,我们总是想做一个集成式的方案,但是现在这样发现这样的问题很多,难度特别的大,其实博世这些公司他们最早也都是采用分体式方案。包括博世目前的带制动能量回收的EHB的方案也其实是一个分体式的方案。所以我们第一步脚踏实地一步一步来,我们第一步还是做成分体式的方案,这边是主缸,这边是一个液压控制的模块,这是增压模块,这是三通管路,这是连接这两个模块的。,这里是液压控制模块,主要是踏板模拟器,我们可以看一下上面这个部分叫踏板模拟器,这个部分踏板模拟器,这个是液压控制模块,增压模块是这边。

因为这个方案我们刚刚申请发明专利,有一些技术还处在一定的保密阶段,就不详细展开了。制动能量回收功能解决方案,目前是完全解耦的一个踏板模拟器的结构设计,可以在制动能量回收过程当中可以获得良好的踏板感。我们提出了一种控制策略,主要是跟清华大学一起做的。这是亚太线控制动系统开发的支撑基础,我们有这些基础我们才能敢说我们可以把EHB系统做出来,第一我们的能量回收,我们跟清华大学在十二五的时候863计划已经完成了,目前我们集成在ABS系统上的能量回收系统,已经在北汽的车上经过考核,能量回收效率可以达到23%以上。目前的话,我们的EBAS系统已经做产业化的工作,广汽这边已经夏季东标已经完成,包括前几天广汽客人在那边试了效果非常好。我们公司目前已经建成了年产两万套的EABS的装配线,初步的一个产能。初代的线控制动系统,我们这一代集成到ESC制动能量回收,其实已经是一个初代的线控制动系统,是一个准解耦的系统,谈不上完全的线控制动,但是已经算初代的产品,没有完全解耦,是准解耦,现在功能样机已经出来,正在做匹配。智能驾驶,目前我们在合众的EP10,还有奇瑞小蚂蚁,一齐红旗,这些车上都已经实现了ACC、AEB的功能,配合我们公司自己开发的ADAS系统。这几个产品主要是做了一些演示,也并没有量产。刚才我也说了ESC系统本身可能没有线控制动那么好的效果。合众的智能车在去年的乌镇互联网大会上这个车做了展示。周边资源,亚太拥有轮毂电机技术,目前我们的智能驾驶目前也开展比较好。一些高校资源,我们跟国内汽车产品领域做的比较好的,清华大学、吉林大学我们一直有长期的合作,特别是在线控制动系统方面。

简单介绍一下我们公司,在中国杭州,我们是中国传统制动器行业的龙头企业,我们是全国第一家国内自主研发ABC产品并产业化的公司。看一下我们整个亚太的电子产品发展的历史,最早的ABS两千年开始做,到2005年,2005年我们获得了中国汽车工业科技技术进步一等奖,非常难得。EPB系统,2008年我们的功能样机就出来了,但是一直没有量产的项目能争取到,所以一直到2016年我们才开始产业化做大批量的量产。拉索式的产品也是在2013年就出来了,一直到2015年才开始量产,这是制动能回收系统。ADAS系统2017年功能样机已经出来了,包括在几个样车上做展示了。这里的路风的X5X7全部是我们在供,一个月上万台。这个是一汽奔腾的X80,包括一齐红旗的这些全部是我们在配。ESC系统我们也在很早之前,2011年功能样机出来,2016年量产,目前是东风小康。这边是广气,这个产品是我们过渡的一个初代的线控制动系统产品,包括制动出带能量回收功能。我们上海研发中心协调在ABS的研究开发,今年要做小批的生产,第一步主要是把真空助力器取消掉。轮毂电机收购了欧洲的一家企业,IEHB我这边写的是2019年,这是我改过去的,我觉得2019年差不多能实现功能样机小品量产是没有问题。这是APG的一些产品,这是我们的研发资源。谢谢大家。

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