聊聊汽车制动系统的黑科技

　　因为工作和制动系统相关，所以说一下汽车制动系统（刹车系统）的（黑）科技。
　　算不上是黑科技，但是，第一非常实用，第二配置比较普遍，第三设计非常巧妙。
　　梗概：
　　1。当前广泛应用的技术。
　　1。1真空助力器
　　1。2ABS（防抱死系统）
　　1。3ESCESP（电子稳定系统）
　　2。当前正在推广的技术。
　　2。1电子手刹（EPB）
　　3。技术尚未完全成熟，却是未来趋势的技术：
　　3。1ibooster
　　1。1制动真空助力器总成
　　这个是神马玩意儿？
　　长成下图这样。没见过？那就对了，因为它藏在踏板后面，发动机舱里面。
　　真空助力器总成图
　　那这是干嘛用的？
　　别着急，先做一下制动原理的基础知识普及。
　　别紧张，一点都不复杂，其实就是利用了中学物理学过的帕斯卡定律。
　　帕斯卡定律：加在密闭液体上的压强，能够大小不变的由液体向各个方向传递。
　　一般常运用帕斯卡定律进行力的放大，这也是很多液压工作的原理。
　　帕斯卡原理图
　　制动系统简化下来就是下图所示的原理。
　　制动系统原理图。
　　看起来Soeasy，对不对？不过问题来了，虽然运用帕斯卡原理可以进行力的放大，传递到刹车卡钳那，原则上力的放大比值为卡钳轮缸的缸径活塞面积除以总泵的活塞面积。
　　不过由于种种原因（刹车卡钳的缸径不可能无限制的大，太大了也放不下，总泵缸径也不能无限制的小，太小了液体传递不到卡钳那去），力的放大倍数是有限的，所以要想产生足够的减速度，让车停下来，需要作用到刹车踏板上的力是非常大的。（摊手状，你看，工程就是这么麻烦）。
　　真空助力器就应运而生了，它是在30多年前开始成熟运用和推广的。在这之前，非常悲催的，在刹车时，你必须用尽你的洪荒之力才能产生足够的减速度，汽车司机专属于强壮的男子。所以，如果你生活在30多年以前，如果你不是非常强壮，而又想开车，那就祈祷出门一路通畅，千万别遇到急刹工况，否则，你就祈祷上帝保佑吧。
　　总之，汽车能有今天这么普及，真空助力器总成是有很大一份功劳的。（强行拔高升华ing）
　　它的工作原理是什么呢？
　　它利用真空和大气的压差来进行助力的。
　　其大致的工作原理如下（动图）
　　http：image。xcar。com。cnattachmentsaday10060320100603d2cf060746732953c36aSWebfWKkYJmL。gif
　　其剖面图如下图所示。
　　有人会问，真空是从哪里来的？发动机正常工作时进气歧管会产生真空（仅针对自然吸气发动机），反正不用也浪费了。
　　高能预警！高能预警！
　　下面为具体的工作原理。不感兴趣的请直接跳过去阅读下一节。
　　自然状态时：
　　自然状态时，在阀圈弹簧和支撑弹簧的共同作用下，真空阀口A处于开启状态，而空气阀口B处于关闭状态，所以，真空助力器的前后腔是连通的，同时它们又是与大气隔绝的。
　　真空阀口A：阀圈底面与活塞外壳之间的间隙
　　作用：连通前后腔
　　空气阀口B：阀圈底面与止动底座之间的间隙
　　作用：连通后腔与大气
　　若发动机正在工作，由真空泵产生的真空会将真空助力器的真空阀（通常为单向阀）吸开，此时前后腔都处于真空状态。
　　中间工作状态时：
　　中间工作状态时，来自制动踏板的力推动操纵杆向前运动，止动底座也随之运动，使真空阀口A关闭，将前后腔隔离，接着空气阀口B开启，大气进入后腔，由此产生的前后腔压差推动膜片、膜板带着活塞外壳向前运动，此时，装配在推杆组件里的反馈板同时受到止动底座和活塞外壳的推力作用，再通过推杆组件施加在主缸第一活塞上，主缸内产生的油压一方面传递给制动轮缸，另一方面又作为反作用力经由助力器传递回制动踏板，使司机产生踏板感。
　　平衡状态时：
　　如果制动踏板力保持不变，在经由反馈板传递的主缸向后的反作用力和膜片膜板活塞外壳阀碗支撑弹簧阀圈向前运动趋势的共同作用下，空气阀口B封闭，达到平衡状态。此时，任何踏板力的增长都将破坏这种平衡，使空气阀口B重新开启，大气的进入将进一步导致后腔原有真空度的降低，加大前后腔压差。
　　真空助力器的工作过程是一个动平衡的过程。
　　松开制动时：
　　松开踏板，在阀圈弹簧的作用下，操纵杆带动止动底座向后运动，首先关闭空气阀口B，继续的运动将开启真空阀口A，助力器前后腔连通，真空重新建立。与此同时，在回位弹簧的作用下，膜片膜板活塞外壳组件回到初始位置。
　　1。2ABS防抱死系统：
　　ABS大家应该不陌生，防抱死系统嘛。那它是怎么工作的呢？为什么要防抱死呢？
　　先说一下抱死的后果：
　　第一点：如果后轮先抱死，则车辆处于不稳定状态，极易甩尾（也就是人民群众喜闻乐见的漂移）。此时非常危险，是必须要避免的。
　　第二点：如果车轮抱死时，地面的附着系数利用率不是最高的。
　　（背景音：听不懂！说人话！）简单说来本来可以提供9ms2的减速度，车轮抱死时的最大减速度可能只能达到7ms2。
　　100kmh下紧急制动时，本来可以40m刹停的，如果车轮饱死了，可能需要60m了（数字瞎编的），这肯定不允许的。那什么时候能提供下最大的减速度呢？
　　看下面的图。
　　上图纵向附着系数表征着制动时车轮提供的减速度。
　　上图横坐标是车轮滑移效率，指的是拖滑的程度，当滑移效率为100时，是全部拖滑的，当滑移效率为0时，是纯滚动，一点也不拖滑的。
　　通过上图可以看出来，当滑移效率为1030时，车轮所能提供的减速度最大。全部拖滑时，减速度是比较小的（相对来说）。
　　于是我们的工程师一拍大腿，既然这么好，那能不能让它一直工作在这个区间呢？
　　于是ABS就应运而生。其目的就是两个：
　　1）保证不能让后轮先抱死
　　2）尽量让车轮滑移效率在最好区域（1030）。
　　其直接后果有两条：
　　1）车辆能保持在稳定工况了，尤其是当下雨天路滑时，其路面附着系数变的很低，非常容易踩出ABS来，这时候你就可以感激ABS救了你一命。
　　2）制动距离缩短了。看到上面有人说ABS不能缩短制动距离，其实是可以的。因为其附着系数利用率提高了嘛。
　　有好学的童鞋就问了，ABS是怎么工作的呢？
　　废话少说，上图。
　　ABS的ECU通过读取4个车轮的轮速传感器信号来判断当前的车轮滑移效率。
　　检测到后轮滑移效率大了，赶紧给后轮的制动管路泄压，使其保持在最佳滑移效率工作范围。
　　大致原理就是这些。
　　1。3ESCESP电子稳定系统
　　大家都知道ESCESP是安全配置，是好东西。
　　可什么工况下会作用呢？怎么作用的呢？估计就很少有人知道了。
　　ESCESP的典型工作工况是，高速公路上，前方有紧急工况，猛打方向，此时可能存在转向不足的倾向，这时ESCESP会主动在某后轮的制动卡钳轮缸中建压，产生制动偏矩，来补偿转向不足。恢复正常行驶路线时，车辆有转向过度的倾向，在某前轮施加制动力，使车辆保持稳定。
　　与ABS相比，ESCESP增加了主动建压的功能，此功能可以开发出很多功能，如大家经常用到的AutoHold（坡道辅助）。
　　常见的工作原理图如下。
　　看得出来，ABS只需要一个轮速传感器即可，ESCESP需要额外增加很多传感器来检测车身状态，而且ESCESP本身需要主动建压，所以硬件上也更复杂一些。成本上也比ABS要贵很多。
　　多说一句：很多合资品牌的国外的版本是标配ESCESP的，而到了国内就变成了选配ESCESP甚至取消。很多人会骂黑心厂商。其实这不怨企业。
　　逐利是企业的本能。在一个连ABS都不是国家强制要求配置的国家里，如果同级别的车都不配ESCESP，而你的车配了，那整车成本肯定会增加，从而会影响售价。4S终端价格涨了，客户肯定会一边骂黑心厂家一边舎你而去（神车党除外）。
　　其实综合起来就是两个原因：1。ESCESP非标配，2。增加该配置会影响售价，从而影响其竞争力。
　　2。1电子驻车（EPBMOC）
　　为什么要使用电子驻车？
　　有以下这么几个好处：
　　1）安全性
　　所有工况下都可以安全驻车。比如可以实现挂P档实现自动驻车，踩油门自动解锁，这个功能能有效避免坡道停车时忘记拉手刹而出现溜车，也避免了起步时忘记释放手刹，从而出现后轮冒烟的情况。你看多好
　　你可能会说，我是老司机，我不需要啊。注意，所有的汽车的功能都是为了预防人为操作的一些低级错误产生的严重后果。这一点，对于很多新手来说，尤其重要。
　　2）美观实用性
　　在Console（杯托）处以一个按钮代替了传统手刹手刹拉杆的布置空间。做过总布置的童鞋应该很了解，console处真的是寸土寸金啊。既要美观，还要实用（USB插口，点烟器），如果还要布置手刹拉杆的话，那么小块地方根本不够用啊。
　　3）更方便
　　大坡度停车，使用传统手刹，所需的操作力较大，非常费力，也难以保证足够的制动力来驻车，存在溜坡可能性，有安全隐患。
　　使用电子手刹能够完全避免该问题。电子手刹内部有倾角传感器，在大角度下会补偿驻车力。
　　还有其他优点，磨损量自调节，实现高温后再夹紧，可以与ESCESP配合实现紧急制动功能。
　　这么说吧，传统手刹能实现的功能电子手刹都能实现，而且电子手刹能实现很多传统手刹实现不了的功能。牛逼吧
　　下图为传统手刹的工作原理。
　　下图为电子手刹的原理，也叫做MOC，即MotorOnCaliper。其工作原理是电机的转动通过几级减速机构将力放大，从而实现夹紧的功能。这是目前来说应用最普遍的实现方式。
　　MOC式电子手刹
　　还有一种实现方式叫做cablepuller，见下图。即制动器为传统卡钳（盘式或者鼓式），其驻车原理是电机会拉两根拉索去实现驻车功能。
　　这种方案，成本高，又重，出问题的几率又大，现在很少有车使用这种EPB了。
　　哦，对了，互联网SUV荣威RX5使用的电子手刹就是这种方案。
　　cablepuller式电子手刹
　　3。1ibooster或者ebooster
　　各位看官应该还记得，1。1里提到的制动助力的能源来源是什么？
　　对，是真空。
　　真空哪来的？
　　发动机提供的。（也有部分是机械真空泵或者电子辅助真空泵，暂且不提。）
　　现在的新能源汽车没有发动机，自然没有真空提供。那怎么办呢？
　　主流方案有两个：
　　1）增加电子真空泵来产生真空。这样的好处是，可以使用传统真空助力器。缺点是，电子真空泵能提供有限的真空度，而且寿命也堪忧，工作时还会产生恼人的噪音。
　　2）采用电动助力（类似于电动助力转向EPS），就是ibooster或者ebooster。好处是，不受真空影响，坏处就是，贵啊。
　　Ibooster介绍：
　　博世ibooster工作原理三维动画详解
　　还有一个优点是iboosterebooster可以通过解耦实现制动能量回收最大化（即再生制动）。
　　听起来有点绕，什么意思？
　　解耦是什么意思？就是不相关。即实现驾驶员踩在制动踏板上的踏板力踏板行程和制动管路的压力没有直接关系。
　　为什么解耦就可以实现制动能量最大化呢？
　　众所周知，制动能量回收就是利用电机反向拖转产生能量，从而交给电池储存起来。但是电机的拖转的扭矩并不是非常稳定，具体可见下图。
　　而客户希望的减速度是非常稳定且非常线性的。如果不解耦的话，会怎么样？
　　电机拖转产生的扭矩随着车速变化非常敏感，驾驶员在制动的时候感觉减速度非常不稳定，会影响制动的信心。
　　如果解耦呢？
　　通过记录驾驶员踩下的制动踏板行程和踏板力，计算得出驾驶员希望得到的减速度。优先使用电机拖转就行制动，如果不够则使用液压制动进行补偿。这样就通过解耦实现了最大限度的制动能量回收。
　　通过实现电动助力，就为何其他控制单元实现了可能性。
　　目前各个跨国供应商（BOSCH，TRW，Conti等）都在推出ibooster与ESCESP结合的总成单元。可以看出这未来必定是一个趋势。
　　这个太狠了。
　　如果这样的话，ibooster和ESCESP这两大件全部给一家供应商，那主机厂就相当于全部绑定在这家供应商上。这样主机厂的议价权就弱了很多。
　　不过，最近很多国内的供应商也在开发这种ibooster与ESCESP集成的单元。希望能打破各大跨国供应商的垄断。
　　感谢阅读。
　　初稿写于2016106上午10点29分。
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