EMB不是什么新技術,早在2011年的奧迪Q5就使用了EMB,實際目前電子駐車EPB也是不折不扣的EMB,只不過制動力小一點而已。
汽車制動技術發展里程
圖片來源:網絡
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目前乘用車領域主要是EHB,商用車領域是EBS,商用車有可能在2027年以后導入EMB。EHB是電液壓制動,EBS是電空氣壓縮制動。EMB最大的優勢是無需任何制動液或空氣,無需制動管路,也就沒有泄露風險。
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2024年3月,歐盟基本完成了R13標準,商用車已經有可能落地了。2025年初已經開始制定乘用車的EMB標準即R13H。2024年4月,華為發布了DriveONE純電智動(EMB方案),并與江淮汽車在EMB領域展開深度合作。這一方案通過驅動和制動系統的融合控制,旨在大幅縮短剎車距離和高速避障距離,提供更安全、更舒適的駕乘體驗。CN202410235108、CN202410391814、CN202410487214、CN202410681141則是華為針對EMB提出的多項專利。
目前乘用車領域還是無法全面使用EMB,必須是EHB與EMB混合使用或者說EMB只能用于后輪,也就是通常所說的前濕后干。
奧迪的EMB
圖片來源:奧迪
圖片來源:Brembo
知名卡鉗大廠Brembo在2022年推出與奧迪EHCB類似的SENSIFY系統,也是前濕后干。
EBS制動系統
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上圖是商用車制動系統,空氣壓縮機是能量來源,我們能看到龐大的氣罐,氣體可靠性比液壓還要略低一點,但壓縮氣體的制動力比液壓要高,商用車的制動力要求更高,因此商用車都是用EBS系統。
歐洲的商用車EMB系統
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這個商用車EMB系統需要添加一個800V系統,一個系統是DC/DC變換,將800伏轉換為49伏送給EMB電機,另一個轉換24伏送給EMB的ECU。這是中間階段,還需要壓縮氣體,不過把空壓機改成了電機。
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歐洲人制定的商用車EMB目標,徹底放棄氣體管道。
氣動制動與EMB制動的對比
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CLEPA的GRVA工作組制定的乘用車EMB系統框架
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EMB卡鉗,與EPB最大區別是EMB用行星齒輪來傳遞電機的轉矩,EPB用鏈帶來傳遞,因為EPB不需要太大的制動力。
EMB原理
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對乘用車四輪EMB來說,最大的難題是磁體的耐溫。顯然,EMB需要足夠的制動力,而EMB只能在輪轂內,嚴格講是在卡鉗上,這個體積相當小,乘用車中SUV最大輪轂是22英寸,轎車差不多就是20英寸。體積小,又需要高功率,永磁電機是效率最高的,基本可以達到97%,所以EMB只能用永磁無刷直流電機。
根據電磁學原理,電磁轉矩可以用以下公式來計算:
T = k * B * I * sin(θ)
其中,T表示電磁轉矩,k是一個比例系數,B表示磁場的強度,I表示電流的大小,θ表示磁場和電流之間的夾角。這個公式描述了電磁轉矩與磁場、電流之間的關系。電流大小受限于導線線徑,有上限。要提高轉矩主要就是提高B。
NdFeB釹鐵硼的磁性是所有磁性材料中最強的,并且在較小的體積內具有較大的磁能積(B?H)max,這也是近年來電動汽車電機得到大規模普及的原因。但工作溫度相對較低、易腐蝕的缺點也非常明顯。釹鐵硼還有一個特點,就是成本低,因為釹、鐵、硼都是地殼里常見的元素。
EV用的釹鐵硼磁鐵四種牌號
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電動汽車用的釹鐵硼磁鐵只有N、M、H、SH四種牌號。它們的磁性能也是由低到高。N級釹鐵硼磁鐵的耐溫很低,只有80℃。它們僅用于電動車把手。M級釹鐵硼磁體可以在100℃以下工作,更廣泛地應用于電動汽車電機。H級釹鐵硼磁體耐溫達到120℃,適合大功率電機。至于SH級的NdFeB磁體,雖其耐溫為150℃,但由于價格非常高,現在使用得不多。
釹鐵硼的電阻率是(1.44×l0ˉ)Ω·m,具有一定的導電性,會在交變磁場中產生渦流損耗。釹鐵硼的導熱率為7.7cal/m.h.°C,傳熱性差。此外受齒槽效應、定子磁場等因素影響,電機氣隙中的諧波磁場很復雜。氣隙中的諧波磁場以不同的速度相對于轉子運動,在轉子鐵心和鼠籠條中感應電流,從而產生諧波損耗,使轉子溫度升高。轉子溫度可能超過120℃。要解決這種問題,最簡單是釹鐵硼磁體分段,不用一個整塊。單釹鐵硼通常是燒結或粘結的,一致性很難,均勻的磁場,電機的效率較高。否則就會陷入磁場不均勻→耗電量→加熱溫度升高→磁鋼退磁→耗電量增加溫度升高的循環。
在相同磁能積下,磁鋼剩磁(Br)與內稟矯頑力成反比關系,內稟矯頑力越高,工作溫度上限就越高。為了提高溫度上限,通常需要添加鏑鋱,這兩種金屬價格都不低,2025年1月10日,氧化鋱為590萬元/噸,金屬鋱價格為730萬元/噸,氧化鏑價格為165.5萬元/噸,金屬鏑價格為219萬元/噸。溫度上限高了,但磁強度低了。
還有一點,就是EMB的電機在輪轂里,路面的沖擊震動不可避免,且只有輪胎沒有任何緩沖,工作環境比坐在底盤懸架之上的電機要惡劣很多。釹鐵硼是典型的脆性材料,釹鐵硼要磁體強度高必須用燒結釹鐵硼,燒結釹鐵硼比粘結釹鐵硼更脆,磁鋼的硬度和抗壓強度較高,但抗彎強度、抗拉強度和沖擊韌性差。這就造成磁鋼在加工、充磁和裝配過程中容易出現掉角甚至開裂的情況。磁鋼在組件及設備中通常需要用卡槽或粘膠方式固定,同時做好減震和緩沖保護。可以添加Cu、Ga等低熔點金屬,改善晶界相分布可以增強磁鋼韌性。添加Zr、Nb、Ti等高熔點金屬,可以在晶界形成沉淀相,細化晶粒的同時可以抑制裂紋延伸,有助于改善強度和韌性;但過量添加高熔點金屬,會造成磁材硬度過高,嚴重影響加工效率。實際生產過程中,磁材的磁性能與力學性能難以兼顧,受成本和性能需求限制,往往需要犧牲其易加工和裝配性。
商用車的輪轂足夠大,也比乘用車更需要EMB,氣制動可靠性不夠高,EMB要高的多。預計2026或2027年就有商用車使用EMB制動,乘用車大輪轂的SUV或許在2030年以后能上EMB。轎車則恐怕困難。
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原文標題:EMB電子機械制動何時落地?
文章出處:【微信號:zuosiqiche,微信公眾號:佐思汽車研究】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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