EMB不是什么新技術(shù),早在2011年的奧迪Q5就使用了EMB,實(shí)際目前電子駐車EPB也是不折不扣的EMB,只不過制動(dòng)力小一點(diǎn)而已。
汽車制動(dòng)技術(shù)發(fā)展里程

圖片來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)

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目前乘用車領(lǐng)域主要是EHB,商用車領(lǐng)域是EBS,商用車有可能在2027年以后導(dǎo)入EMB。EHB是電液壓制動(dòng),EBS是電空氣壓縮制動(dòng)。EMB最大的優(yōu)勢(shì)是無(wú)需任何制動(dòng)液或空氣,無(wú)需制動(dòng)管路,也就沒有泄露風(fēng)險(xiǎn)。

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2024年3月,歐盟基本完成了R13標(biāo)準(zhǔn),商用車已經(jīng)有可能落地了。2025年初已經(jīng)開始制定乘用車的EMB標(biāo)準(zhǔn)即R13H。2024年4月,華為發(fā)布了DriveONE純電智動(dòng)(EMB方案),并與江淮汽車在EMB領(lǐng)域展開深度合作。這一方案通過驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)系統(tǒng)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(yàn)。CN202410235108、CN202410391814、CN202410487214、CN202410681141則是華為針對(duì)EMB提出的多項(xiàng)專利。
目前乘用車領(lǐng)域還是無(wú)法全面使用EMB,必須是EHB與EMB混合使用或者說(shuō)EMB只能用于后輪,也就是通常所說(shuō)的前濕后干。
奧迪的EMB

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知名卡鉗大廠Brembo在2022年推出與奧迪EHCB類似的SENSIFY系統(tǒng),也是前濕后干。
EBS制動(dòng)系統(tǒng)

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上圖是商用車制動(dòng)系統(tǒng),空氣壓縮機(jī)是能量來(lái)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(diǎn),但壓縮氣體的制動(dòng)力比液壓要高,商用車的制動(dòng)力要求更高,因此商用車都是用EBS系統(tǒng)。
歐洲的商用車EMB系統(tǒng)

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這個(gè)商用車EMB系統(tǒng)需要添加一個(gè)800V系統(tǒng),一個(gè)系統(tǒng)是DC/DC變換,將800伏轉(zhuǎn)換為49伏送給EMB電機(jī),另一個(gè)轉(zhuǎn)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(jī)改成了電機(jī)。

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歐洲人制定的商用車EMB目標(biāo),徹底放棄氣體管道。
氣動(dòng)制動(dòng)與EMB制動(dòng)的對(duì)比

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CLEPA的GRVA工作組制定的乘用車EMB系統(tǒng)框架

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EMB卡鉗,與EPB最大區(qū)別是EMB用行星齒輪來(lái)傳遞電機(jī)的轉(zhuǎn)矩,EPB用鏈帶來(lái)傳遞,因?yàn)镋PB不需要太大的制動(dòng)力。
EMB原理

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對(duì)乘用車四輪EMB來(lái)說(shuō),最大的難題是磁體的耐溫。顯然,EMB需要足夠的制動(dòng)力,而EMB只能在輪轂內(nèi),嚴(yán)格講是在卡鉗上,這個(gè)體積相當(dāng)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(jī)是效率最高的,基本可以達(dá)到97%,所以EMB只能用永磁無(wú)刷直流電機(jī)。
根據(jù)電磁學(xué)原理,電磁轉(zhuǎn)矩可以用以下公式來(lái)計(jì)算:
T = k * B * I * sin(θ)
其中,T表示電磁轉(zhuǎn)矩,k是一個(gè)比例系數(shù),B表示磁場(chǎng)的強(qiáng)度,I表示電流的大小,θ表示磁場(chǎng)和電流之間的夾角。這個(gè)公式描述了電磁轉(zhuǎn)矩與磁場(chǎng)、電流之間的關(guān)系。電流大小受限于導(dǎo)線線徑,有上限。要提高轉(zhuǎn)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(qiáng)的,并且在較小的體積內(nèi)具有較大的磁能積(B?H)max,這也是近年來(lái)電動(dòng)汽車電機(jī)得到大規(guī)模普及的原因。但工作溫度相對(duì)較低、易腐蝕的缺點(diǎn)也非常明顯。釹鐵硼還有一個(gè)特點(diǎn),就是成本低,因?yàn)殁S、鐵、硼都是地殼里常見的元素。
EV用的釹鐵硼磁鐵四種牌號(hào)

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電動(dòng)汽車用的釹鐵硼磁鐵只有N、M、H、SH四種牌號(hào)。它們的磁性能也是由低到高。N級(jí)釹鐵硼磁鐵的耐溫很低,只有80℃。它們僅用于電動(dòng)車把手。M級(jí)釹鐵硼磁體可以在100℃以下工作,更廣泛地應(yīng)用于電動(dòng)汽車電機(jī)。H級(jí)釹鐵硼磁體耐溫達(dá)到120℃,適合大功率電機(jī)。至于SH級(jí)的NdFeB磁體,雖其耐溫為150℃,但由于價(jià)格非常高,現(xiàn)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(dǎo)電性,會(huì)在交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流損耗。釹鐵硼的導(dǎo)熱率為7.7cal/m.h.°C,傳熱性差。此外受齒槽效應(yīng)、定子磁場(chǎng)等因素影響,電機(jī)氣隙中的諧波磁場(chǎng)很復(fù)雜。氣隙中的諧波磁場(chǎng)以不同的速度相對(duì)于轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng),在轉(zhuǎn)子鐵心和鼠籠條中感應(yīng)電流,從而產(chǎn)生諧波損耗,使轉(zhuǎn)子溫度升高。轉(zhuǎn)子溫度可能超過120℃。要解決這種問題,最簡(jiǎn)單是釹鐵硼磁體分段,不用一個(gè)整塊。單釹鐵硼通常是燒結(jié)或粘結(jié)的,一致性很難,均勻的磁場(chǎng),電機(jī)的效率較高。否則就會(huì)陷入磁場(chǎng)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(huán)。
在相同磁能積下,磁鋼剩磁(Br)與內(nèi)稟矯頑力成反比關(guān)系,內(nèi)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(jià)格都不低,2025年1月10日,氧化鋱為590萬(wàn)元/噸,金屬鋱價(jià)格為730萬(wàn)元/噸,氧化鏑價(jià)格為165.5萬(wàn)元/噸,金屬鏑價(jià)格為219萬(wàn)元/噸。溫度上限高了,但磁強(qiáng)度低了。
還有一點(diǎn),就是EMB的電機(jī)在輪轂里,路面的沖擊震動(dòng)不可避免,且只有輪胎沒有任何緩沖,工作環(huán)境比坐在底盤懸架之上的電機(jī)要惡劣很多。釹鐵硼是典型的脆性材料,釹鐵硼要磁體強(qiáng)度高必須用燒結(jié)釹鐵硼,燒結(jié)釹鐵硼比粘結(jié)釹鐵硼更脆,磁鋼的硬度和抗壓強(qiáng)度較高,但抗彎強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)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(xiàn)掉角甚至開裂的情況。磁鋼在組件及設(shè)備中通常需要用卡槽或粘膠方式固定,同時(shí)做好減震和緩沖保護(hù)??梢蕴砑覥u、Ga等低熔點(diǎn)金屬,改善晶界相分布可以增強(qiáng)磁鋼韌性。添加Zr、Nb、Ti等高熔點(diǎn)金屬,可以在晶界形成沉淀相,細(xì)化晶粒的同時(shí)可以抑制裂紋延伸,有助于改善強(qiáng)度和韌性;但過量添加高熔點(diǎn)金屬,會(huì)造成磁材硬度過高,嚴(yán)重影響加工效率。實(shí)際生產(chǎn)過程中,磁材的磁性能與力學(xué)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(dòng)可靠性不夠高,EMB要高的多。預(yù)計(jì)2026或2027年就有商用車使用EMB制動(dòng),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(biāo)題:EMB電子機(jī)械制動(dòng)何時(shí)落地?
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