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电动汽车制动:为什么是鼓刹不是盘刹?

鼓式制动器摩托车刹车圈、Drum brake、轮毂刹车圈专业生产厂家无锡九环2021年4月8日讯安全是汽车的生命线。刹车失灵引发的一起又一起的交通事故,正用血淋淋的教训敲响安全无小事的警钟。这对于“零事故愿景”的大陆集团来说,最大极限减少事故率已成为在安全领域无止境创新的驱动力。日前,大陆集团推出电动汽车最适合的制动解决方案——EPB-Si,不仅在驾驶安全性方面表现突出,还在驾驶舒适性方面也有不熟表现。


那么,电动汽车对制动系统有哪些新需求?EPB-Si为什么是最适合电动汽车的制动系统?EPB-Si为什么是鼓刹而不是更高级的盘刹?


日前,大陆集团电子驻车制动系统专家缪哲华进行了详细解读。

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电动汽车制动的四大需求


汽车制动系统具有“踩刹车”“拉手刹”两个主要功能:一个是使汽车从动态减速至静态功能的行车制动,通过驾驶者对制动踏板进行操作实现;另一个是使车辆保持原地静止状态的驻车制动,通过驾驶员对驻车开关(EPB)操作或车辆驻车制动逻辑自动完成。

 

缪哲华认为,电动汽车的制动系统要在能量回收、安全性能、环境保护、续航里程四个方面不断改变,才能提供更安全、更舒适的驾乘保障。


据介绍,电动汽车使用电驱动动力总成替代传统内燃机为核心的动力总成,在制动系统具有四个新特点:首先,制动能量回收。驱动电机同时具备向车辆提供加速和减速扭矩的能力,且该能力应用在车辆行车制动过程中,也就是制动能量回收技术,这也是电动汽车与燃油汽车制动系统的最大不同。其次,P档锁止机构不再是必备设计。过去、现在,人们习惯使用P档加手刹或电子驻车EPB系统来实现原地驻车;未来,电动汽车大幅简化变速箱设计,P档锁止机构不再是必备选项,这需要制动系统具有更强大的驻车能力来实现驻车效能。第三,减少制动粉尘是大挑战。电动汽车虽没有内燃机排放污染问题,但制动系统粉尘排放在整车排放中的占比越来越大,未来成为法规重点监管方向,这对制动系统提出挑战。第四,减少阻力耗电量。增加电动汽车续航里程是每个整车厂商努力提升的性能之一,这对制动系统来说需要尽可能减少拖滞力矩以及克服该阻力所需电量。

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最适合的电动制动解决方案


缪哲华表示,大陆集团推出的电子驻车制动系统EPB-Si是针对电动汽车属性提供的最适合的制动解决方案。电动汽车对制动系统在能量回收、安全性能、环境保护、续航里程的四大特殊需求,EPB-Si都能满足。


首先,能量回收是将刹车消耗的热能回收以电能形式存入电池,将驱动电机转换为发电机状态,从而提升电动汽车的续航里程。“通过一系列整车测试发现,使用能量回收技术的车辆,对摩擦制动的需求减少90%。EPB-Si能够帮助优化和提升制动能量回收的性能。” 缪哲华补充说。


其次,无论是综合行车制动还是驻车制动,EPB-Si都是一款非常适用于电动汽车的制动产品。


缪哲华说:“在极低速(15km/h以下)以及极高速(120km/h以上)的情况下,电机能够输出的制动力矩比较有限,当车速处于15km/h至100km/h区间时,能量回收就能够提供车辆减速所需要的大部分减速度。因此对于电动汽车摩擦制动系统来说,最苛刻的是从120km/h减速至100km/h,这种情况下由于伴随着制动热量的产生,容易导致制动器热衰退的现象。”


为了评估整车在制动系统热衰退情况下的制动表现,大陆集团进行了最严苛的AMS测试,结果显示EPB-Si即使在高温情况下也能保证出色的制动性能。


除了行车制动性能以外,因电动汽车车重较大,对驻车制动也提出更高要求。法规要求,电动汽车必须配备两套独立驻车机构,在其中一套驻车机构失效时,另一套驻车机构必须能够使车辆安全停在8%的坡度上。大陆集团通过驻坡性能测试显示,EPB-Si产品最大驻坡力矩输出能达到1700Nm,足够满足3吨车型20%驻坡要求,提供了远高于法规要求的驻车安全性。因此对于没有变速箱锁止机构的电动汽车来说,仅仅依靠左右轮两个EPB-Si就可以实现两套驻车机构的功能。


第三,得益于EPB-Si封闭的系统结构,80%的磨损后刹车片粉尘会被保留在制动系统内部,对减少PM10、 环境保护有很大帮助。


第四,面对电动汽车长续航里程的挑战,一方面电池容量是最主要的因素,另一方面还有电气负载、整车驱动两类相关因素影响着续航里程。有评估显示,轮端拖滞每减少1Nm,能够帮助车辆提升10km~15km续航里程。EPB-Si因采用鼓式制动产品结构,有一系列能够帮助刹车片保持与制动鼓之间脱离状态的弹簧零件。采用"全球统一轻型汽车测试规程(WLTP)"测试后显示,EPB-Si产品拖滞力矩在各个工况下均不高于0.5Nm,为整车提升续航里程提供帮助。

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鼓刹符合电动汽车的发展趋势


众所周知,鼓刹一般用于载货车,而盘刹多用在乘用车。为什么EPB-Si选择鼓刹?


“盘式制动、鼓式制动各有优点。在汽车电动化的大趋势下,制动系统的变化一直发生。鼓式制动在能量回收、安全性能、环境保护、续航里程方面都有优势,因此基于鼓式制动开发的EPB-Si产品是符合电动汽车未来的发展趋势。” 缪哲华这样解答。


据介绍,鼓式制动应用在电动汽车上具有两大优点:一是鼓式制动比盘式制动具有更高的驻车效能。由于鼓式制动在设计上是旋转结构,有内部自增力的效应,会随着车轮的转动把这部分压力传递到刹车片,它和制动盘之间产生更大压力、更大接触面积,实现比盘式制动更高的驻车效能。这也是很多大型商用车使用鼓式制动的原因。二是鼓式制动的结构封闭具有很好的防锈能力。鼓式制动内部聚集的热量由于结构封闭很难释放到大气中,热量聚集在内部造成摩擦材料/刹车片性能大幅度衰退,导致制动力下降,这也是鼓式制动在过去20年来应用车型越来越少的主要原因。但由于电动汽车能量回收应用使得制动温度大幅度降低,鼓式制动热衰退的问题从根本上得到解决。而封闭结构带来的另一个特性是比盘式制动具有更好的防锈蚀能力。


缪哲华补充说:“锈蚀问题恰恰是电动汽车摩擦制动强度降低带来的副作用。盘式制动是一个完全开放的系统,制动盘与摩擦材料接触的摩擦面完全暴露在空气中,在这种情况下制动盘在几个小时内就会出现锈蚀。有的车辆停放一晚后制动盘表面就会出现锈斑,如果是湿度比较大的阴雨天,这种锈蚀情况会更明显。以往传统车型通过几次制动动作除去锈蚀,这也是早上启动车辆后的头几次制动更容易出现制动噪声的原因。对于电动汽车来说,摩擦制动的强度和次数都不足以除去制动盘上产生的锈蚀,因此会带来一系列制动噪音甚至是制动力不足的问题。而EPB-Si与制动鼓形成的封闭结构能够有效地防止制动鼓摩擦面产生锈蚀,避免由此带来的制动问题。”


可见,因为载体发生变化,鼓刹的热衰退缺点因为电动汽车能量回收而抵消甚至转变成增加续驶里程的优点。


EPB-Si是大陆集团推出的最新一代电子驻车制动系统,这款产品已于2020年已经实现量产,应用在大众ID3、ID4车型上。缪哲华说:“我们也在积极洽谈其他的整车客户,后续会有更多车型应用EPB-Si。”


总之,技术都是双刃剑,扬长避短的技术创新就是有价值、接地气的创新。实现深度国产化后大陆集团,正以更具价格竞争力的产品,立足于中国市场,为中国消费者提供更好、更快速的服务。


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