摘要:為了促進內燃機效率的不斷提高、對電驅動的應用需求可謂日漸提升，同時對其提出了更高的安全性要求。不僅如此，自動駕駛對制動系統提出了新的設計理念。Bosch公司新開發的iBooster機電式制動力放大器成功地滿足了此類要求，并且與制動系統并未存在較大的結構偏差。

關鍵詞：電驅動 自動駕駛 制動力 放大器

1市場環境

自從1995年應用電子穩定性系統（ESP）以來，對制動系統的要求發生了顯著的變化，而對更先進的駕駛員輔助系統以及更高效的電驅動系統的進一步需求，有效推動了制動系統在可靠性和應用性方面的高要求。在駕駛員輔助系統領域出現的該類現象，一方面意味著噪聲-振動-平順性（NVH）對車輛間距調節直至停車的舒適性起著日益重要的作用；另一方面其全新的安全性功能需要采用更快的動態制動壓力方可建立。未來的CO2排放要求導致了現代汽油機在每種運行狀態下無需具備足夠真空度的硬性指標。為此采用了兩大策略，其一為使用內燃機上的真空泵，其二為使用電動真空泵，而動力總成系統的電動化則進一步加劇了對NVH特性的要求，并且完全放棄用于制動力放大器的動力來源。除此之外，在混合動力車和電動車上可通過電機的制動能量回收功能將動能轉化成用于蓄電池的充電電能。為了順利地實現該策略，制動系統必須能吸收電機的制動力矩。此外，采用自動駕駛功能需要在制動系統內布設有備用裝置，從而即使在發生故障的情況下也能確保車輛減速功能的實現。

iBooster機電式制動力放大器能滿足市場提出的所有要求（圖1），因此2013年第一代iBooster制動力放大器的市場投放現狀就已證實其原理上的可行性，而目前第二代iBooster制動力放大器又將持續不斷地推動其工業化生產，并先進行預裝配，這樣就可適應大批量生產的節奏。2017年第二代iBooster制動力放大器（圖2）已在歐洲和北美進行工業化生產，并即刻將在中國生產，因此可通過全球網絡化進行生產，從而為廣大用戶服務。

圖1 現代制動系統能改變

汽車工業的市場傾向

圖2 第二代iBooster機電式制動力放大器

2工作原理

迄今為止的真空式制動力放大器將被iBooster機電式制動力放大器所取代，而并不會改變助力制動裝置的常規結構，但以此取消了真空源的必要性，因為目前仍由電機驅動單元產生作用力。由于仍將持續運用駕駛員的操控能力，因此可使用結構更為緊湊的電機，并且即使在動態制動時其最大電流消耗也是較少的，而且在汽車電路充電狀況不良的情況下能夠適時調整iBooster的動態性能。

iBooster通過一個集成的差動行程傳感器采集駕駛員的制動需求，再將這種信息傳遞到電控單元（ECU），通過電控單元計算出電機的控制信號，其轉矩可通過變速傳動機構轉換成所需的驅動力，并與制動總缸中駕駛員提供的作用力一起轉換成液壓力。諸如制動總缸和儲氣罐等確保可靠運行的部件都使傳統制動系統保持不變，而電控單元則應用了ESP標準模塊化部件。

iBooster經由行程來調節，需通過連接件才能實現（圖3）。放大器跟隨輸入桿確保必要的踏板反饋。

原則上，可有兩種行程測量：

（1）輸入桿行程和放大器行程（在第一代iBooster中就以此進行轉換）；

（2）差動行程和放大器行程（第二代iBooster即遵循該原理）。

圖3 iBooster制動力放大器基本功能

因此，在第二代iBooster中的調節過程被設計成可將輸入桿行程和放大器行程之間的差動行程調節到零值。為了使其達到必要的精度和動態性能，采用永磁式同步電動機（PMSM）作為驅動裝置，由于其在電動助力轉向機中的廣泛應用，因此在商業上具有普遍吸引力。為了永磁式同步電動機（PMSM）實現整流過程，需配置一種轉子式位置傳感器，因為該傳感器可被用于查明放大器行程的方位，放大器范圍的定位可達到μm級。制動踏板與iBooster電動機之間的連接件會對其行程進行限制，并且由其實現下列附加功能：

（1）自動建立制動壓力（無需駕駛員參與）；

（2）機械返回運動級（在發生故障情況下無需采用iBooster電機輔助）。

在采用電動車和混合動力車的情況下，需匹配iBooster的支撐力，根據車輛是否是通過車輪液壓減速或者通過動力傳動系減速而定，因此仍保留其踩下踏板的常規感受，其中ESP通過中間儲存減小了參與制動的有效液壓容積，從而降低了制動壓力，同時通過iBooster減小了支撐力，因而相對于車輛減速而言，駕駛員的踩踏力本身并不存在差異（見圖3）。

iBooster適合于安裝于8和9真空制動力放大器的結構空間中。但是與后者相比，前者并非采用中心對稱，不過iBooster的電源組、電動機單元和電控單元能被配裝于不同的位置，因而在安裝空間方面具有較大的靈活性，例如在必要的調整情況下可用于右置方向盤車型。

機電式方案能使制動裝置的變更減小，由于其能借助于軟件實現功能的匹配調整，因而僅用4種尺寸方案即可滿足從小型車至運輸車輛的需求。此外，在進行軟件參數化時的數學模型可確保iBooster滿足所有的需求，例如可以是法規要求或者由汽車制造商提出的電功率消耗。采用該類方式以確保對安全性具有重要意義的特性優先級始終高于舒適性和適應性。此外，iBooster的功能軟件匹配由于比助力制動裝置更為簡單，成本也較為低廉，其機械結構也可通過軟件改變踏板作用力。該現象即使得汽車制造商可根據實際狀況調整制動踏板力，例如可將車輛開進停車位過程中所需的操作力比在高速公路上行駛時還要小。

3iBooster機電式制動力放大器的優點

與帶有真空制動力放大器的制動系統相比，在應用iBooster時基本保留了其制動系統結構，因此iBooster可配裝于不少車型平臺內，也可繼續使用真空制動力放大器。在混合動力車和電動車情況下采用ESP HEV（譯注：指用于混合動力車的ESP）系統替代標準的ESP系統，正如前所述的那樣，這種系統能吸收制動力矩，因此兩種系統既可選擇用于制動操縱，又可用于制動調節，同時也允許根據需要進行組合，這些可能性和應用情況示于圖4。

圖4 模塊化制動系統的組合

例如自動緊急制動（AEB）那樣的安全性功能需要較短的制動行程，在該方面與當今常規的ESP系統相比，iBooster能提供明顯較快的動態制動壓力建立效果，比在臨界狀況下的iBooster建立起全制動壓力可快3倍，其制動行程得以顯著縮短，因此能避免事故，同時可在發生不可避免撞車事故的情況下降低碰撞速度，從而減輕所有當事人的受傷風險。

諸如轉向機、變速器或者加速踏板等車輛零部件的性能如今已能在許多車輛上進行匹配及調整，采用iBooster時也能對制動踏板進行類似操作（圖5），并且除了在舒適性或運動性之間開展的性能選擇之外，還能對其行駛狀況進行調整。除此之外，在整個車型平臺范圍內，還能以相同的硬件設置滿足其局部的不同要求。

圖5 可調節的制動踏板特性

4在自動駕駛領域中的應用

在自動駕駛情況下，對于所有對安全性具有重要意義的系統，保證其較高的可使用性是絕對有必要的。在每種故障情況下，制動系統都必須確保車輛實現安全停車功能而無需駕駛員的額外干預。目前由真空制動力放大器和ESP組成的制動系統是標準裝備，在該系統中無需駕駛員操控僅通過ESP就能建立起制動壓力。如果應用iBooster的話，那么系統就包括兩個制動執行器（iBooster和ESP），與這些執行器和軟件中的其他措施相結合就能確保制動功能的高效性。

在進行正常操作時，由iBooster建立起車輛減速所需的制動壓力，ESP系統調節制動壓力，以便即使是在彎道上過快行駛情況下或在光滑道路上也能確保車輛的穩定行駛。為了即使在出現故障的情況下也能安全地停靠在道路邊緣，此外還需考慮到下列單項故障：

（1）iBooster故障：由ESP建立起液壓制動壓力從而使車輛減速。

（2）ESP故障：由iBooster建立起液壓制動壓力從而使車輛減速。

iBooster的調節不僅可確保車輛的縱向穩定性，而且也可確保車輛的可轉向性。

用于高度自動駕駛的iBooster和ESP的組合是一類復雜的制動系統，并得到了歐洲汽車零部件供應商聯合會（Clepa）的表彰。

除了制動力放大器實行電氣化之外，還提供了將制動壓力建立單元和調節單元集成在一個器件中的可能性，Bosch公司目前正在致力于開發該類結構型式。原則上，傳遞到車輪制動器的液壓作用力也應遵循未來對制動系統的要求，并考慮到純電動結構型式的可靠性、耐久性和成本。