電液推桿服務(wù)好自動駕駛的核心技術(shù)之四：

作者：147小編發(fā)布時(shí)間：2022-05-27 18:37:50點(diǎn)擊：277

機(jī)械式繼續(xù)執(zhí)行

單純蔡伯介，機(jī)械式繼續(xù)執(zhí)行主要就包括機(jī)械式制動器、轉(zhuǎn)向和剎車。某些高級車?yán)?，裝設(shè)也是可以機(jī)械式的。機(jī)械式繼續(xù)執(zhí)行中制動器是非常困難的部分。

機(jī)械式剎車相當(dāng)單純，且已經(jīng)大量應(yīng)用領(lǐng)域，也就是電子零件剎車，凡具備TCS的車輛都配有有電子零件剎車。電子零件剎車透過用工作臺（導(dǎo)體）來代替塔基或是滑輪，在節(jié)流閥這邊裝一只小型傳動裝置，用傳動裝置來驅(qū)動力節(jié)流閥開度。一般來說，不定剎車即是透過剎車方向盤發(fā)生改變引擎節(jié)流閥開度，從而掌控易燃混合氣體的網(wǎng)絡(luò)流量，發(fā)生改變引擎的輸出輸出功率和輸出功率，以適應(yīng)汽車高速行駛的需要?，F(xiàn)代引擎節(jié)流閥操縱者機(jī)構(gòu)是透過塔基或是滑輪，另一端相連接剎車方向盤，另一側(cè)相連接節(jié)流閥LX1板而工作。但這種現(xiàn)代剎車應(yīng)用領(lǐng)域?qū)I(yè)領(lǐng)域受限并缺乏精準(zhǔn)度。電子零件剎車的主要就功能是把司機(jī)松開剎車方向盤的角度轉(zhuǎn)化成與成反比的電流訊號，同時(shí)把剎車方向盤的各種特殊邊線制成接觸控制器，把空氣冷卻、奈萊、加失速等引擎旋轉(zhuǎn)磁場變成電信號訊號運(yùn)載給總成引擎的掌控器ECU，以達(dá)到液壓泵、濾網(wǎng)與變速箱等的強(qiáng)化自動掌控。

電子零件剎車掌控控制技術(shù)主要就由剎車方向盤、方向盤偏轉(zhuǎn)感應(yīng)器、ECU（總成模塊）、總線、轉(zhuǎn)換器傳動裝置和節(jié)流閥政府機(jī)構(gòu)組成。電液推桿偏轉(zhuǎn)感應(yīng)器加裝在剎車方向盤內(nèi)部，即時(shí)監(jiān)控剎車方向盤的邊線。當(dāng)監(jiān)控到剎車方向盤高度邊線有變化，會一瞬間將此重要信息送至ECU，ECU對該重要信息和其他控制技術(shù)響起的數(shù)據(jù)重要信息進(jìn)行演算處理，計(jì)算出一個(gè)掌控訊號，透過公交線路送至轉(zhuǎn)換器傳動裝置電阻器，轉(zhuǎn)換器傳動裝置驅(qū)動力節(jié)流閥政府機(jī)構(gòu)，總線則是負(fù)責(zé)控制技術(shù)ECU與他ECU之間的通信。在自適應(yīng)航行中，則由ESP（ESC）中的ECU來掌控電氣，從而掌控轉(zhuǎn)矩開閉幅度，最終掌控車速。博世和大陸都有全套的電子零件剎車控制技術(shù)出售。

機(jī)械式轉(zhuǎn)向也已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，這就是日產(chǎn)旗下的英菲尼迪Q50。實(shí)際目前的電子零件助力轉(zhuǎn)向（EPS）非常接近機(jī)械式轉(zhuǎn)向了。EPS與機(jī)械式轉(zhuǎn)向之間的主要就差異就是機(jī)械式轉(zhuǎn)向取消了方向盤與車輪之間的機(jī)械連接，用感應(yīng)器獲得方向盤的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，然后ECU將其折算為具體的驅(qū)動力力數(shù)據(jù)，用電氣推動轉(zhuǎn)向機(jī)轉(zhuǎn)動車輪。而EPS則根據(jù)司機(jī)的轉(zhuǎn)角來增加轉(zhuǎn)向力。機(jī)械式轉(zhuǎn)向的缺點(diǎn)是需要模擬一個(gè)方向盤的力回饋，因?yàn)榉较虮P沒有和機(jī)械部分連接，駕駛者感覺不到路面?zhèn)鲗?dǎo)來的阻力，會失去路感，不過在無人車?yán)?，就無需考慮這個(gè)了。在Q50L上機(jī)械式轉(zhuǎn)向還保留機(jī)械裝置，保證即使電子零件控制技術(shù)全部失效，依然可以正常轉(zhuǎn)向。

機(jī)械式制動器是最關(guān)鍵的也是難度最高的。要了解機(jī)械式制動器，首先要了解汽車的剎車原理。輕型車通常采用液壓制動器。電液推桿

現(xiàn)代制動器控制技術(shù)主要就由真空助力器、主缸、儲液壺、輪缸、制動器鼓或制動器碟構(gòu)成。當(dāng)松開剎車方向盤時(shí)，儲液壺中的剎車油進(jìn)入主缸，然后進(jìn)入輪缸。

輪缸兩端的活塞推動制動器蹄向外運(yùn)動從而使得摩擦片與剎車鼓發(fā)生摩擦，從而產(chǎn)生制動器力。

當(dāng)駕駛者松開制動器方向盤時(shí)，機(jī)構(gòu)會透過液壓把駕駛?cè)四_上的力量傳遞給車輪。但實(shí)際上要想讓車停下來必須要一個(gè)很大的力量，這要比人腿的力量大很多。所以制動器控制技術(shù)必須能夠放大腿部的力量，要做到這一點(diǎn)有兩個(gè)辦法：?杠桿作用?利用帕斯卡定律，用液力放大。制動器控制技術(shù)把力量傳遞給車輪，給車輪一個(gè)摩擦力，然后車輪也相應(yīng)的給地面一個(gè)摩擦力。

在我們討論制動器控制技術(shù)構(gòu)成原理之前，讓我們了解三個(gè)原理：電液推桿?杠桿作用 ?液壓作用 ?摩擦力作用杠桿作用已經(jīng)無需贅言，大家想必已經(jīng)爛熟于心，在杠桿的左邊施加一個(gè)力F，杠桿左邊的長度（2X）是右邊（X）的兩倍。因此在杠桿右端可以得到左端兩倍的力2F，但是它的行程Y只有左端行程2Y的一半。剎車方向盤就是個(gè)杠桿。考慮到方向盤的傾斜度，一般方向盤的設(shè)計(jì)行程不超過18厘米。液壓原理需要特別說明，液體是無法被壓縮的，密閉容器里的液體的壓力有個(gè)特點(diǎn)：不論是液體內(nèi)部、還是壓向容器壁的力，到處都一樣大。——即：如果一平方米上有一噸的力量，那么在所有的地方，一平方米上的力都是一噸。這叫帕斯卡定理。由于液體無法壓縮，所以這種方式傳遞力矩的效率非常高，幾乎100%的力傳。液壓傳力控制技術(shù)最大的好處就是可以以任何長度，或是曲折成各種形狀繞過其他部件來連接兩個(gè)圓桶型的液壓缸。還有一個(gè)好處就是液壓管可以分支，這樣一個(gè)主缸可以被分成多個(gè)副缸。液壓的另一個(gè)作用就是放大力矩。如果主缸的直徑是1寸，輪缸的直徑是3寸，那么給主缸上面施加任何一個(gè)力，就會在輪缸上放大9倍。不過主缸的活塞推動9厘米，輪缸的活塞推動距離只有1厘米，能量守恒。通常轎車的主缸直徑是22毫米，前輪缸直徑是32毫米，后輪缸直徑是28毫米。不同的材料表面，有不同的鋸齒結(jié)構(gòu)；舉例來說：橡皮與橡皮之間就比鋼與鋼之間更難滑動。材料的類型決定了摩擦系數(shù)。所以摩擦力與物體接觸面上的正壓力成反比。例如：如果摩擦系數(shù)為0.1，一個(gè)物體重100磅，另一個(gè)物體重400磅，那么如果要推動他們就必須給100磅的物體施加一個(gè)10磅的力，給400磅的物體施加一個(gè)40磅的力才能克服摩擦力前進(jìn)。

說完了這些，讓我們來說說ABS。

ESP與ABS非常接近，與ABS最大的不同在于ESP可以在沒有踩剎車方向盤的情況下向輪缸輸出制動器壓力，ABS只能在松開剎車方向盤后從主缸向輪缸輸出壓力。壓力生成器就是電氣和柱塞泵，與ABS比多了電液推桿4個(gè)柱塞泵，4個(gè)電磁閥，也就是VLV和USV。

博世第九代電液推桿ESP增加了兩個(gè)特殊功能，一個(gè)是ACC，自適應(yīng)航行，ESP可以部分掌控電子零件節(jié)流閥。另一個(gè)是AEB，ESP可以部分掌控剎車控制技術(shù)。有些認(rèn)為ESP既可以掌控剎車又可以掌控剎車，是個(gè)很好的機(jī)械式控制技術(shù)，非也。博世對國內(nèi)廠家一般只開放ACC和ESP量產(chǎn)接口協(xié)議，剎車力度最大大約為0.5g，標(biāo)準(zhǔn)的剎車力度在0.8g以上，0.5g遠(yuǎn)不夠用。再次，在設(shè)計(jì)之初，ESP掌控剎車控制技術(shù)只是在少數(shù)緊急情況下使用，可能1年用不了2次，一般泵的容量只有3毫升，每一次使用，柱塞泵都要承受高溫高壓，頻繁使用，會導(dǎo)致柱塞泵發(fā)熱嚴(yán)重，精密度下滑，導(dǎo)致ESP壽命急劇下滑，常規(guī)剎車控制技術(shù)1小時(shí)就可能使用數(shù)次，如果用ESP做常規(guī)剎車控制技術(shù)，可能1個(gè)月就報(bào)廢了。最后即便是不計(jì)壽命問題，ESP的泵油輸出功率有限，且缺乏真空助力，反應(yīng)速度較慢。最后如果ESP真的可以做常規(guī)制動器，那么博世也無需開發(fā)Ibooster，日立無需開發(fā)EACT，大陸無需開發(fā)MK C1，天合無需開發(fā)IBC。

如何做到常規(guī)的機(jī)械式制動器，這得從真空助力器說起。

單單方向盤的杠桿并不足以推動主缸活塞較大的行程，因?yàn)閯x車油是非常黏性的液體，與主缸缸壁之間的摩擦力很大，需要的推力很大，為此人類使用了真空助力器，真空助力器一般位于制動器方向盤與制動器主缸之間，為便于加裝，通常與主缸合成一個(gè)組件，主缸的一部分深入到真空助力器殼體內(nèi)。真空助力器是一個(gè)直徑較大的腔體，內(nèi)部有一個(gè)中部裝有推桿的膜片（或活塞），將腔體隔成兩部份，一部份與大氣相通，另一部份透過管道與引擎進(jìn)氣管相連。它是利用引擎工作時(shí)吸入空氣這一原理，造成助力器的一側(cè)真空，相對于另一側(cè)正?？諝鈮毫Φ膲毫Σ?，利用這壓力差來加強(qiáng)制動器推力。電液推桿如果膜片兩邊有即使很小的壓力差，由于膜片的面積很大，仍可以產(chǎn)生很大的推力推動膜片向壓力小的另一端運(yùn)動。真空助力控制技術(shù)，是在制動器的時(shí)，也同時(shí)掌控進(jìn)入助力器的真空，使膜片移動，并透過聯(lián)運(yùn)裝置利用膜片上的推桿協(xié)助人力去踩動和推動制動器方向盤。需要注意推力來自壓力差，而非真空。電動車和混合動力車不能依賴內(nèi)燃機(jī)取得真空，需要用電子零件真空泵。真空助力器會減少一部分引擎效率，所以近來有些油車?yán)镆彩褂秒娮恿慵婵罩ζ鳎秒姎庵圃煺婵铡?/span>

機(jī)械式制動器正是從真空助力器延伸開來，用一個(gè)電氣來代替真空助力器推動主缸活塞。由于汽車底盤空間狹小，電氣的體積必須很小，同時(shí)要有一套高效的失速裝置，將電氣的扭矩轉(zhuǎn)換為強(qiáng)大的直線推力。這其中的關(guān)鍵因素就是電氣主軸，日本是此領(lǐng)域的霸主。

在電氣技術(shù)不夠先進(jìn)的1999年前，人們只得放棄這種直接推動主缸的思路。轉(zhuǎn)而使用高壓蓄能器。這就是奔馳的SBC、豐田的EBC控制技術(shù)、天合的SCB，這套控制技術(shù)利用電氣建立液壓，然后將高壓剎車油儲存在高壓蓄能器中，需要?jiǎng)x車時(shí)釋放。這套控制技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液壓管路眾多，成本高昂，可靠性不高。奔馳曾經(jīng)大規(guī)模召回過SBC控制技術(shù)，豐田也曾經(jīng)召回過EBC控制技術(shù)，奔馳今天已經(jīng)幾乎不用SBC控制技術(shù)。而豐田從2000年一直用到現(xiàn)在。通用和福特的混動車?yán)飫t全部使用天合的SCB。

由于成本過高，從電液推桿2007年起，EVP電子零件真空泵開始在電動車或混動車?yán)锶〈@種高壓蓄能器設(shè)計(jì)，EVP極為單純，就是將油車的真空助力換位電子零件真空泵獲得真空，缺點(diǎn)非常明顯，首先它幾乎沒有任何能量回收，其次，剎車時(shí)會發(fā)出刺耳的噪音，最重要，它必須人力首先松開制動器方向盤，也就是說它并非機(jī)械式制動器，而是機(jī)械制動器。優(yōu)點(diǎn)也很明顯，首先是成本很低，再者是設(shè)計(jì)異常單純，油車的底盤幾乎不做絲毫改動就可以用來做混動車，這對中國企業(yè)來說非常重要，中國企業(yè)缺乏自主設(shè)計(jì)底盤能力。

隨著電氣技術(shù)的發(fā)展，日立旗下的東機(jī)特工在2009年首次推出電液機(jī)械式制動器控制技術(shù)E-ACT。除豐田外，大部分日系混動或純電車都采用這種設(shè)計(jì)，最典型的就是日產(chǎn)Leaf。說起來很單純，用直流無刷超高速電氣配合滾珠絲杠直接推動主缸活塞達(dá)到電液機(jī)械式制動器，這套方案對滾珠絲杠的加工精度要求很高?，F(xiàn)代的液壓制動器控制技術(shù)反應(yīng)時(shí)間大約400-600毫秒，電液機(jī)械式制動器大約為120-150毫秒，安全性能大幅度提高。百公里時(shí)速剎車大約最少可縮短9米以上的距離。同時(shí)用在混動和電動車?yán)?，可以回收幾?/span>99%的剎車摩擦能量。是目前公認(rèn)最好的制動器方式，為了保證控制技術(shù)的可靠性，這套制動器控制技術(shù)一般都需要加入ESP（ESC）做控制技術(shù)備份。

早在電液推桿1999年大眾在開發(fā)純電動車過程當(dāng)中也很想使用這種電氣直接推動主缸的設(shè)計(jì)，但是德國的電氣工業(yè)當(dāng)時(shí)沒有能力滿足大眾的需求，大眾采取了妥協(xié)的設(shè)計(jì)。既然電氣的能量達(dá)不到，那就繼續(xù)用高壓蓄能器配合，但是推動主缸的是電氣，大眾稱之為eBKV，是德文Elektromechanischer.Bremskraftverst?rker的縮寫，2009年的大眾E-UP上首次使用。

博世從e-UP中獲得靈感，加上博世是電氣大師，經(jīng)過博世的努力，最終在2013年去掉了高壓蓄能器，單用電氣推動主缸，這就是iBooster

博世的iBooster 于2013年初推出，并且應(yīng)用領(lǐng)域大眾（包括奧迪品牌，大眾持有ibooster的部分專利）全系列電動與混動車?yán)?，其他客戶還有特斯拉和即將上市的卡迪拉克CT6。

大陸和天合（ZF）則在此基礎(chǔ)上將ESC也集成進(jìn)來，大陸的MK C1早在2011年就已經(jīng)推出，在2017年版的阿爾法羅密歐Giulia上使用。TRW的則于2012年推出IBC，通用的K2XX平臺上將全線使用。順便說下TRW的IBC技術(shù)并非自己原創(chuàng)，是收購自一家小公司，不過博世的ABS技術(shù)也不是自己原創(chuàng)的。

這些機(jī)械式制動器都不是純粹的機(jī)械式制動器，仍然需要液壓控制技術(shù)放大制動器能量。液壓控制技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，專利門檻很高。為了突破大廠的封鎖，也為了簡化制動器控制技術(shù)，純粹的機(jī)械式制動器（電液推桿EMB)近年來是個(gè)火熱的研究領(lǐng)域。EMB取消液壓控制技術(shù)，直接用電氣驅(qū)動力機(jī)械活塞制動器。優(yōu)點(diǎn)一、安全優(yōu)勢極為突出，大幅度縮短剎車距離，EMB的反應(yīng)時(shí)間大約90毫秒，比iBooster的120毫秒更快速。優(yōu)點(diǎn)二、沒有液壓控制技術(shù)，不會有液體泄露，對電動車來說尤其重要，液體泄露可能導(dǎo)致短路或元件失效，從而導(dǎo)致災(zāi)難。同時(shí)成本和維護(hù)費(fèi)用也降低不少。

缺點(diǎn)一：沒有備份控制技術(shù)，對可靠性要求極高。特別是電源控制技術(shù)，要絕對保證穩(wěn)定，其次是總線通信控制技術(shù)的容錯(cuò)能力，控制技術(shù)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的串行通信都必須具備容錯(cuò)能力。同時(shí)控制技術(shù)需要至少兩個(gè)CPU來保證可靠性。

缺點(diǎn)二：剎車力不足。EMB控制技術(shù)必須在輪轂中，輪轂的體積決定了電氣大小，從而決定了電氣輸出功率不可能太大，而普通轎車需要1-2KW的剎車輸出功率，這是目前小體積電氣無法達(dá)到的高度，必須大幅度提高輸入電流，即便如此也非常困難。

缺點(diǎn)三：工作環(huán)境惡劣，特別是溫度高。剎車片附近的溫度高達(dá)數(shù)百度，而電氣體積又決定只能使用永磁電氣，而永磁在高溫下會消磁。同時(shí)EMB有部分半導(dǎo)體元件需要工作在剎車片附近，沒有半導(dǎo)體元件可以承受如此高的溫度，而受體積限制，無法添加冷卻控制技術(shù)。同時(shí)這是簧下元件，震動劇烈，永磁體無論是燒結(jié)還是粘結(jié)都很難承受強(qiáng)烈震動。對半導(dǎo)體元件也是個(gè)考驗(yàn)。需要一個(gè)高強(qiáng)度防護(hù)殼，然而輪轂內(nèi)體積非常有限，恐怕難以做到。

缺點(diǎn)四、需要針對底盤開發(fā)對應(yīng)的控制技術(shù)，難以模塊化設(shè)計(jì)，導(dǎo)致開發(fā)成本極高。電液推桿

我們認(rèn)為除非永磁材料有重大突破，居里溫度點(diǎn)大幅度提高到1000攝氏度，否則EMB無法商業(yè)化。順便說一句，輪轂電氣也是如此，不解決材料問題，輪轂電氣商業(yè)化不大可能。不過這種材料從理論上來說是不可能出現(xiàn)的，磁性越強(qiáng)，其居里溫度點(diǎn)就越低，高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動，原子磁矩的排列必然從整齊劃一到混亂無序，這是物理特性，無法發(fā)生改變。

比如最好的磁王釹鐵硼，一般使用N35牌號，其居里溫度點(diǎn)為310攝氏度，但其工作溫度上限只有80攝氏度，超過80度，磁性能就開始下降，到310度，磁性完全消失。而夏天汽車剎車盤的溫度輕松超過100度，工作時(shí)溫度輕松超過300度。所以未來十年內(nèi)，電液機(jī)械式控制技術(shù)會是唯一的選擇。

近期活動：

2016汽車感應(yīng)器與汽車人工智能論壇（AUTOSAI）

時(shí)間：2016年11月24日-25日

地點(diǎn)：北京圣龍翔會議中心

一、部分特邀演講嘉賓

清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授鄧志東

演講主題：人工智能助推自動駕駛汽車從SAE L2跨越到L3

北京踏歌智行科技有限公司副總經(jīng)理周華生

演講主題：多種感應(yīng)器在自動駕駛機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域和融合

速騰聚創(chuàng)CEO 邱純鑫

演講主題：激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)道路重要信息提取的核心算法講解電液推桿

中科慧眼副總經(jīng)理孟然