真空助力制動系統的案例
制動系統的進化：從真空助力器到eBooster
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概述
從汽車誕生時起，車輛制動系統在車輛安全方面就扮演著至關重要的角色。最原始的制動控制只是駕駛員操縱一組簡單的機械裝置向制動器施加作用力，這時的車輛質量比較小，速度比較低，機械制動已滿足車輛制動的需要。
隨著科學技術的發展及汽車工業的發展，尤其是軍用車輛及軍用技術的發展，車輛制動有了新的突破，液壓制動是繼機械制動后的又一重大革新。于此同時隨著車輛越來越重，制動助力器開始被廣泛使用，配合傳統發動機工作的真空助力器成為車輛標配。
到今天，隨著新能源汽車的興起，發動機逐漸被電機取代，與此同時自動駕駛系統對制動提出了新的要求——制動冗余，使得線控制動系統的市場占有率在逐漸提高，
典型的線控助力器eBooster在逐漸蠶食真空助力器的市場份額
，風頭正盛。
在這樣的發展趨勢之下，本文旨在對傳統的真空助力器和電子助力器eBooster進行介紹，以期讀者在了解制動系統進化的同時對eBooster的優勢有更清晰的了解。
1. 真空助力器
當前乘用車和輕型商用車的制動系統主要采用液壓作為傳動媒介，與可以提供動力源的氣壓制動系統相比，其需要助力系統來輔助駕駛員進行制動。真空制動助力系統也稱作真空伺服制動系統，伺服制動系是在人力液壓制動的基礎上加設一套由其他能源提供制動力的助力裝置，使人力與動力可兼用，即兼用人力和發動機動力作為制動能源的制動系。在正常情況下，其輸出工作壓力主要由動力伺服系統產生，因而在動力伺服系統失效時，仍可全由人力驅動液壓系統產生一定程度的制動力。
展開 電動汽車真空助力制動系統仿真研究
+真空罐+助力器系統模型，研究了踏板行程對真空度消耗的關系；（b）研究了不同真空度條件下助力器的輸出性能關系。
經緯恒潤線控制動系統，助力新能源智能汽車發展
隨著汽車電動化、智能化的發展，制動系統迎來新一輪變革。在新能源車型尤其是新能源智能汽車中，智能底盤系統在底盤融合控制、整車安全方面重要性越來越高，線控制動屬于智能底盤的重要部分，憑借著快速響應和精確執行的優勢，正成為推動汽車電動化、智能化升級的關鍵因素。2021年全球和我國線控制動產品的市場規模分別為86、45億元，預計2025年增加至575、194億元，年復合增速為46%、44%；當前全球和我國線控制動市場仍由海外企業主導，市占率在90%左右。
經緯恒潤緊跟行業發展趨勢，潛心研發，于2021年成功推出線控制動系統產品(EWBS)。經緯恒潤線控制動系統具有基礎的剎車助力功能，并且踏板感可調節, 性能優于真空助力器；能夠主動響應 ADAS 或者智能駕駛控制器的主動制動請求，響應速度快，可以滿足 AEB 對響應時間的要求。線控制動系統EWBS與電子穩定系統ESP、電子駐車系統EPB共同構成了智能駕駛在制動域的冗余備份。EWBS 和 ESP 聯合或者解耦工作，能夠較大限度實現能量回收，延長電動車的行駛里程。目前，經緯恒潤線控制動產品已為華北某大型整車廠實現量產配套。
“價值創新，服務客戶”。未來，經緯恒潤將緊跟汽車行業發展大勢，堅持自主創新，為更多的客戶提供更好的產品和服務，為中國汽車工業的發展貢獻自己的一份力量！
展開 ANSYS助力Telma縮短無摩擦制動系統上市進程
采用ANSYS多物理場仿真解決方案將物理原型數量減少了10倍
2019年12月5日，匹茲堡訊 – 全球領先的無摩擦制動系統供應商Telma在最新三款減速器系列產品中采用ANSYS（NASDAQ: ANSS）技術，大幅縮短了產品上市進程，并優化了產品研發成本，該系列減速器是采用電磁感應原理實現制動的系統。借助ANSYS技術，Telma將原型數量從在過去10年內驗證所需的10個減少到如今的1個，從而加快減速器研發進度，將制動系統的細顆粒物排放減少高達90%，同時大幅降低了維護成本。
圖注：定子磁通密度和轉子功率損耗密度
減速器可用于重型車輛、采礦機械、風力渦輪機和電梯等領域，能夠釋放減速期間產生的大部分能量，而這需要在極端條件下測試和驗證減速器，以確保使用時的功能和安全性。在ANSYS的協助下，Telma工程師用仿真技術代替了耗時且昂貴的物理原型設計及測試流程，從而幫助工程師在工作中更好地管理電磁、流體和結構力學現象。Telma利用ANSYS高保真度多物理場仿真解決方案對這些虛擬原型進行建模、仿真和驗證，不僅顯著降低了成本，還加快產品上市進程。
Telma研發總監Nicolas Quennet表示： “采用ANSYS仿真解決方案，我們能全面掌控這三種物理分析，并且在一次迭代中就能完成模型驗證。我們的工程師可以輕松復制模型，仿真所有或部分產品，另外還有助于推進創新。此外，ANSYS作為工程仿真軟件的領導者，他能為現有客戶和潛在客戶保障卓越性與高質量。”
ANSYS系統耦合與數據分析首席產品經理Chris Wolfe指出： “Telma的產品影響力極其顯著，不僅因為它們是車輛安全的基本保障，還在于他們對環境產生積極的影響。
展開 
五萬字讀懂汽車線控制動系統
對制動性能要求的不斷提高，傳統的液壓或者空氣制動系統在加入了大量的電子控制系統如ABS、ESP等后，結構和管路布置越發復雜，液壓（空氣）回路泄露的隱患也加大，同時裝配和維修的難度也隨之提高；使用協調式回收策略，傳統真空助力器的制動液壓超過跳增值的區域，能量回收系統的制動液壓的變化會被駕駛員感知而影響踏板感，因此，只能實現小于0.2g減速度的能量回收。傳統制動系統是基于真空助力器的液壓制動系統，其真空來源為發動機負壓，但是它體積大、響應慢，無法適應新型車輛的需求，不利于汽車輕量化；也無法實現主動制動和制動壓力的精確、快速控制，不能滿足智能汽車對制動系統電動化和智能化的要求。
為減少駕駛員的體力消耗，汽油乘用車采用真空助力式液壓制動（剎車）系統，利用汽油機進氣管中的真空度產生助力，幫助駕駛員剎車。真空助力器會減少一部分發動機效率，所以近來有些油車上使用電子真空助力器，用電機制造真空。純電動車沒有裝配發動機，混合動力車發動機啟停都是常態，電動車和混合動力車不能依賴內燃機取得真空，需要用電子真空泵。對此，有兩種解決技術方案：
1）依然使用真空助力，采用電子（電動）真空泵EVP（Electronic Vacuum Pump）獲得真空源，采用電子(電動）真空泵產生真空度。
在電機技術不夠先進的1999年前，只得放棄這種電機直接推動主缸的思路，轉而使用高壓蓄能器。這套系統利用電機建立液壓，然后將高壓剎車油儲存在高壓蓄能器中，需要剎車時釋放。這套系統結構復雜，液壓管路眾多，成本高昂，可靠性不高。
展開 Adams制動仿真助力美馳汽車公司縮短30%制動距離
項目背景
監管機構正在不斷要求汽車制造商提高性能標準，其中一個典型的例子就是聯邦機動車輛安全標準105和121，兩個標準對制動系統的要求愈發的嚴格，要求重型卡車和掛車在常規制動以及緊急制動條件下都應具有很好的安全制動性能。這些法規中的典型要求是減小緊急條件下的制動距離。實現這樣的目標可以通過設計更大、更重、更昂貴的制動系統來達到目的。但美馳的首席工程師Ragnar Ledesma并沒有采用這種方法，而是通過更改ABS的控制算法來實現所有中重型卡車的制動目標。
ABS系統是基于mu-slip曲線(摩擦系數與輪胎縱向滑移曲線)來設計的，而mu-slip曲線定義了輪胎縱向滑移與制動力矩的關系。mu-slip曲線上，滑移率為10%到15%的區間，一般為最大制動扭矩位置。制動過程中，不斷的增加制動的壓力，某一刻輪胎的滑移率超過這個最佳的點，從而使制動扭矩減小。ABS系統的目的是防止制動壓力大幅度增加，超過最大制動力矩發生的點。除了控制制動力矩，ABS系統還能使輪胎繼續滾動，這有助于司機保持轉向能力。
通過比較每一個車輪與整車的速度，ABS系統可以預估輪胎縱向滑移。輪胎的速度用傳感器很容易測量，車輛的速度不能直接測量，所以需要通過一套算法來估算整車的速度。該算法的輸入主要包括每個車輪的輪速、轉向車輪轉角、橫擺角以及汽車是否在剎車還是加速模式。當前ABS系統的狀態是由離散的控制系統來定義的，對應的離散狀態分別為增壓，減壓和保壓三種。這限制了達到最大化制動扭矩的能力，整車在整個制動過程中，均會使輪胎滑移率保持在最優滑移率位置上下波動。
展開 設計仿真 | Adams 制動仿真助力美馳汽車公司縮短30%制動距離
01
項目背景
監管機構正在不斷要求汽車制造商提高性能標準，其中一個典型的例子就是聯邦機動車輛安全標準105和121，兩個標準對制動系統的要求愈發的嚴格，要求重型卡車和掛車在常規制動以及緊急制動條件下都應具有很好的安全制動性能。這些法規中的典型要求是減小緊急條件下的制動距離。實現這樣的目標可以通過設計更大、更重、更昂貴的制動系統來達到目的。但美馳的首席工程師Ragnar Ledesma并沒有采用這種方法，而是通過更改ABS的控制算法來實現所有中重型卡車的制動目標。
ABS系統是基于mu-slip曲線(摩擦系數與輪胎縱向滑移曲線)來設計的，而mu-slip曲線定義了輪胎縱向滑移與制動力矩的關系。mu-slip曲線上，滑移率為10%到15%的區間，一般為最大制動扭矩位置。制動過程中，不斷的增加制動的壓力，某一刻輪胎的滑移率超過這個最佳的點，從而使制動扭矩減小。ABS系統的目的是防止制動壓力大幅度增加，超過最大制動力矩發生的點。除了控制制動力矩，ABS 系統還能使輪胎繼續滾動，這有助于司機保持轉向能力。
通過比較每一個車輪與整車的速度，ABS系統可以預估輪胎縱向滑移。
展開 集成式電子液壓制動系統的復合制動協調控制
摘要：在電動汽車復合制動過渡工況中，針對液壓制動力與電機制動力配合不好造成的沖擊度問題，提出了雙閉環反饋和電機力修正的協調策略.其中雙閉環反饋策略依靠電機力來補償液壓系統的液壓力跟蹤誤差，電機力修正策略的作用是讓電機在過渡工況下始終具有補償能力.結合集成式電子液壓制動系統(I-EHB)進行仿真及硬件在環試驗，試驗結果表明所提出的策略能大幅減小制動力切換時的沖擊度，提高車輛制動舒適性。
前言
研究表明，一輛常年在城市行駛的車輛大約有30%～50%的能量在制動過程中以熱的形式耗散掉.而電驅動車輛依靠其配備的復合制動系統可以大幅回收這部分能量，改善車輛的經濟性.復合制動系統一般包括電機制動子系統和液壓制動子系統，車輛的制動需求優先由電機再生制動提供，當電機制動力不足時，液壓制動介入.然而，受到電機高速時制動力有限以及低速時不能提供再生制動力的限制，復合制動會出現液壓制動系統介入制動、液壓制動系統撤出制動以及低速時再生制動力撤出制動的三種過渡工況.由于電機的響應速度快，液壓系統的響應速度較電機慢，導致復合制動在過渡工況下，會產生較大的制動沖擊度(即制動減速度的導數)，制動的平順性與舒適性有所惡化.
文獻[6]基于制動減速度和沖擊度提出了“不舒適度指數”來描述制動平順性和舒適性.其中不舒適度指數為1，表示所有的乘客都感到舒適；不舒適度指數為5，表示所有的乘客都感到不舒適；不舒適度指數為3，表示一般的乘客都感到舒適.圖1給出了部分制動減速度和沖擊度范圍下的不舒適度指數.
目前，對復合制動領域的研究主要集中在提出制動力分配策略，在保證制動穩定性前提下盡可能多地回收制動能量，而對制動過程中車輛減速度、沖擊度等狀態的研究不多，致使眾多的能量回收策略無法體現實際效果.因此，對于復合制動過渡工況控制的研究有較高的實際應用需求和價值.
展開 轉子盤式制動器是現代制動系統的關鍵部件
轉子盤式制動器
轉子盤式制動器是現代制動系統的關鍵部件，廣泛應用于汽車、摩托車和自行車等交通工具。它的工作原理是通過摩擦將動能轉化為熱能，從而有效地減慢或停止車輛。轉子盤式制動器以其可靠性、耐用性和卓越的散熱性而聞名，是兼顧性能和安全性的首選。轉子盤式
制動系統的部件
：轉子（盤）：
安裝在輪轂上的扁平圓形金屬盤，通常帶有通風口。
由鑄鐵、碳陶瓷或鋼等材料制成。
隨車輪旋轉，為剎車片提供夾緊表面。
可以是實心的，也可以是通風的（帶有內部通道），以改善冷卻效果。
制動鉗：
容納剎車片和活塞。
有兩種類型：浮動（滑動）或固定。
對剎車片施加壓力，使其壓向轉子。
剎車片：
摩擦材料，壓向轉子以產生制動力。
由有機復合材料、半金屬化合物或陶瓷等材料制成。
安裝在卡鉗內部。
活塞：
卡鉗內部的圓柱形部件。
由液壓驅動，將剎車片推向轉子。
液壓系統：
包括剎車液、主缸和剎車管路。
將剎車力從剎車踏板傳遞到卡鉗。
展開 一種簡便可控的真空煅燒策略！助力高性能耐用可充鋅-空氣電池
c）液態氮硼化合物的放電和充電極化曲線
總之，本文已經成功開發了一種簡單有效的真空煅燒策略，用以將非晶相和氧空位同時引入超薄CoO納米片。由于良好定制的結晶度和適度的氧空位水平(通過XPS檢測為47.7%)，制備的ODAC-CoO-30樣品對ORR和OER都表現出優異的活性和穩定性。此外，當氧化鈷-30用作可充電液體和QSS鋅酸鹽的陰極電催化劑時，獲得了比貴金屬基鉑/碳+銥催化劑更高效和穩定的電池性能。本研究提供了一種簡單高效的方法，通過設計結晶度和調整氧空位濃度來提高電催化性能。設想所提出的真空煅燒策略可以廣泛應用于其它過渡金屬氧化物，以產生無定形結構和氧空位，從而用于能量儲存和轉化。（文：SSC）
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展開 使用 COMSOL Multiphysics? 精確分析真空系統中的渦輪分子泵
真空系統的設計研究有時充滿了挑戰，因為一些分析方法僅僅在氣體分子的相對移動速度比真空壁的速度快得多的情況下可行。渦輪分子泵不屬于此類情況，它可以采用蒙特卡洛方法和 COMSOL Multiphysics? 軟件提供的旋轉坐標系 特征進行建模和分析。下文將通過具體案例進行演示。
深入渦輪分子泵的內部結構
真空技術出現在許多高科技應用中，例如半導體加工、質譜儀和材料加工。這種技術利用真空泵從密閉的真空室中抽出空氣分子，從而創造出一個低壓環境。
渦輪分子泵屬于真空泵的一種，它由葉片狀渦輪構成。現代渦輪分子泵的葉片旋轉速度極快，高達 90,000 rpm。
一臺渦輪分子泵。
高速旋轉的葉片將動量傳遞給氣體分子，從而使氣體壓縮，并在葉片驅動下從入口流動到出口。結果是，泵能夠在葉片靠近入口的一側產生并保持高真空。這個抽氣過程在自由分子流狀態下更能顯示出其優越性，因為多數氣體粒子是與轉子碰撞，而不是彼此相互撞擊。
為了更好地了解與設計渦輪分子泵，您可以使用 COMSOL Multiphysics 對其進行建模。不過，首先我們要找出最優的建模方法。
使用“粒子追蹤模塊”模擬渦輪分子泵
在構建模型時，我們沒有繪制整臺渦輪分子泵的幾何，而是繪制了渦輪分子泵的一部分（一排葉片）。利用該模型，我們計算了葉片之間空隙內的氣體分子軌跡。根據扇形對稱性，我們可以得到整個分子泵的仿真結果
渦輪分子泵其中一個扇區的幾何模型。灰色代表兩個葉片之間的空隙，綠色代表葉片壁，黑色代表轉子葉片根部。
雖然不在此例中使用，不過“分子流模塊”的自由分子流 接口是求解模型方程、計算泵中自由分子流動狀態的有效方法。當極稀薄氣體分子的移動速度比建模域中的任何物體都快得多時，此接口是一個實用工具。然而，在渦輪分子泵中，氣體分子的速度與葉片速度相當。
展開 
汽車制動系統踏板感優化分析
制動主缸缸徑：影響真空助力器及制動主缸總成的液壓特性，進而影響踏板力與踏板行程，如果減小制動主缸缸徑，可減小相同減速度下的踏板力，但是會增加相同減速度下的踏板行程。
2.3 真空度
真空助力器及制動主缸總成在不同的真空度下助力特性不同，較大的真空度會獲得較好的助力特性；相反，當真空度較差時，真空助力器的助力效果變差。如圖 4 所示，在相同的輸入力F下，不同真空度產生的液壓差別為：P1（-66.7 kPa）> P2 （-50 kPa）> P3（-40 kPa）> P4（-30 kPa）[5-7]。
圖 4 不同真空度的助力器特性曲線
目前，一些發動機由于自身的結構設計及標定需要往往無法給制動系統提供足夠的真空源，特別是在高原和寒冷早晨初次點火使用工況下，真空度不足問題會更加凸顯。因此，在進行制動系統設計及制動踏板感匹配時必須充分考慮真空度的因素。
2.4 制動踏板杠桿比
增加制動踏板杠桿比可減小踏板力，但是會增加踏板行程。一般情況下，不會通過增加制動踏板杠桿比來減小踏板力；相反，在制動系統匹配過程中，一般會選擇較小的制動踏板杠桿比來控制踏板行程，根據經驗，一般制動踏板杠桿比定義為 3.2～4.0。
2.5 制動系統空行程及剛性
制動系統的空行程以及各零部件在一定液壓下的變形量會影響踏板行程。空行程主要包括真空助力器及制動主缸總成的空行程、摩擦片與制動盤的間隙等。各零部件，如制動踏板、制動主缸、制動管路、制動器等在一定壓力下的剛性，對踏板行程有直接影響。
3 分析實例
結合實例詳細介紹制動踏板感優化分析方法。
展開 電子制動力分配系統(EBD)
EBD能夠根據由于汽車制動時產生軸荷轉移的不同，而自動調節前、后軸的制動力分配比例
，提高制動效能，并配合ABS提高制動穩定性。汽車在制動時，四只輪胎附著的地面條件往
往不一樣。比如，有時左前輪和右后輪附著在干燥的水泥地面上，而右前輪和左后輪卻附
著在水中或泥水中，這種情況會導致在汽車制動時四只輪子與地面的摩擦力不一樣，制 動
時容易造成打滑、傾斜和車輛側翻事故。EBD用高速計算機在汽車制動的瞬間，分別對四只
輪胎附著的不同地面進行感應、計算，得出不同的摩擦力數值，使四只輪胎的制動裝置根
據不同的情況用不同的方式和力量制動，并在運動中不斷高速調整，從而保證車輛的平穩
、安全。
展開 汽車制動系統知識
其中對汽車制動系統（制動主缸或氣制動閥、助力器總成、前制動器總成、后制動器總成、防抱制動系統ABS的閥體和ECU總成）達到或超過進口件總界定數量4，即視為構成總成(系統)特征”。該規定有利于提高汽車制動系統產品的國產化率，而且跨國汽車公司和零部件企業為了減少進口關稅，降低成本，也將增大在我國的生產、采購份額。 2006年12月，國家發展和改革委員會發布了《國家發展改革委關于汽車工業結構整意見的通知》，該政策的實施有利于汽車零部件行業的有序發展及結構調整。（4）全球化采購為我國汽車零部件行業提供了新的發展機遇在汽車產業全球化過程中，我國汽車零部件行業已開始融入國際大循環，進入全球采購體系。許多國際著名汽車制造企業及汽車零部件巨頭大量從我國進口汽車零部件以滿足本國的需要，這為我國汽車零部件行業提供了良好的發展機會。（5）技術的發展拓寬了行業的發展空間傳統汽車制動系統和電子化技術的結合，將是未來汽車制動系統產品的發展趨勢。擁有核心技術和自主研發能力的汽車制動系統企業將能獲得更大發展空間。
展開 線控制動系統（EWBS）
概述
隨著電動汽車、智能駕駛的出行需求增加，響應速度更快、控制更準確、更加節能的線控制動系統 EWBS（Electric Wired Braking System）逐漸在乘用車中占據主導地位。由于沒有 EVP，對 NVH 有明顯改善。針對高原地區，電助力剎車比真空助力器更能保證制動效果。EWBS 同時也是智能駕駛系統制動冗余的重要組成部分。
產品功能
- 基本功能
制動助力
主動制動
能量回收
簡易 ABS
失效保護
- 高級功能
制動力增強
踏板力補償
產品特點
具有基本的剎車助力能力，能達到真空助力器的性能，同時還具備踏板感可調節，主動響應 ADAS 或者智能駕駛控制器的主動制動請求。響應速度快，能滿足 AEB 對響應時間的要求。EWBS 與 ESP、EPB 共同構成了智能駕駛在制動域的冗余備份。EWBS 和 ESP 聯合或者解耦工作，能很大限度地能量回收，延長電動車的行駛里程。
主要參數
- 類 型：機電解耦式
- 適用車重：<3 噸
- 主缸行程：21+21
- 防護等級：IP6K9
- 工作電壓：9~16V
- 工作電流：額定 65A
- 響應時間：小于 0.25s
- 工作溫度：-40~105℃
- 功能安全等級：ASILD
- 壽 命：不低于 300,000 次
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