電磁制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)

眾所周知，制動(dòng)系統(tǒng)是汽車安全行駛的命脈。伴隨著汽車的更新?lián)Q代，以及人們對(duì)汽車安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性等性能的要求越來(lái)越高，保護(hù)汽車安全行駛的制動(dòng)裝置由最初的簡(jiǎn)單機(jī)械式制動(dòng)器逐步發(fā)展到現(xiàn)在的ABS(Anti-lock Brake System)防抱制動(dòng)系統(tǒng)。然而ABS仍然存在一些問(wèn)題，譬如很難精確測(cè)量車身及車輪的速度、難以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力的精確控制等，這些弊端使得裝有ABS的汽車雖在理想路況時(shí)能夠較精確的達(dá)到制動(dòng)要求，但在路況較差的泥濘山路上時(shí)則難以滿足要求，此時(shí)車上急需另外一套輔助制動(dòng)系統(tǒng)，以保證車輛的行駛安全。電磁制動(dòng)技術(shù)以其無(wú)磨耗、反應(yīng)迅速、制動(dòng)平穩(wěn)并能很好的與ABS系統(tǒng)兼容等特點(diǎn)迅速確立了其在汽車輔助制動(dòng)系統(tǒng)中的地位。

電磁制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及在我國(guó)的應(yīng)用狀況

早在上世紀(jì)初，以法國(guó)為代表的一批西方國(guó)家率先開始了對(duì)電磁制動(dòng)技術(shù)的研究及相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)。不久之后，早期的“電渦流緩速器”誕生并作為輔助制動(dòng)裝置開始在西歐一些國(guó)家的重型載貨車及大型客車上安裝使用，經(jīng)過(guò)40多年的不斷改進(jìn)和在多種車型上的使用證明，電渦流緩速器在技術(shù)上是可行的，其安全性也逐漸得到了汽車界的普遍認(rèn)可。如今，電磁制動(dòng)技術(shù)在緩速器中的應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟，緩速器已作為標(biāo)準(zhǔn)件在歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家的客車和中型、重型貨車上使用。國(guó)外的電渦流緩速器市場(chǎng)早已被一些成熟的緩速器制造公司占領(lǐng)，譬如：法國(guó)的泰樂(lè)瑪(TELMA)公司、德國(guó)的克羅伏特(KLOFT)公司、西班牙的弗雷拉薩(FRENRLSA)公司和KLEM公司、日本的TBK公司等。國(guó)內(nèi)也有一些企業(yè)和科研部門正在從事電渦流緩速器的生產(chǎn)和技術(shù)開發(fā)，譬如：一汽集團(tuán)瑞立實(shí)業(yè)公司、深圳特爾佳科技有限公司、江蘇大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)等，并且在電磁制動(dòng)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)取得了一定的研究成果。

我國(guó)汽車工業(yè)起步較晚，制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展較歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)落后，直到上世紀(jì)90年代，電磁制動(dòng)技術(shù)才進(jìn)入我國(guó)汽車市場(chǎng)。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鄉(xiāng)公路以及各級(jí)高速公路迅速普及，各種運(yùn)輸車輛數(shù)量急劇增加，由于路況復(fù)雜，因制動(dòng)失效而造成的交通事故數(shù)量也急劇攀升，如圖1，是針對(duì)312國(guó)道陜西省藍(lán)小公路K1392-K1440段交通事故原因所做的分析。該段公路坡道、隧洞較多，路況比較復(fù)雜，在下坡過(guò)程中駕駛員需要頻繁制動(dòng)以保證汽車的速度保持在安全范圍內(nèi)，頻繁的點(diǎn)剎必然會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)器過(guò)熱而產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象進(jìn)而導(dǎo)致制動(dòng)鼓失圓、摩擦片變硬發(fā)脆、摩擦性能急劇下降，最終釀成交通事故。在客車及重型貨車上安裝電渦流緩速器不僅能夠減少因制動(dòng)失效而造成的交通事故，還能極大的延長(zhǎng)汽車摩擦片的使用壽命，如圖2是對(duì)深圳特區(qū)208路公交車安裝電渦流緩速器前后，每千米車程摩擦片的磨耗對(duì)比情況。

緩速器在我國(guó)的發(fā)展受政策影響較大，隨著交通業(yè)、汽車業(yè)的大發(fā)展，20世紀(jì)90年代末以后有關(guān)汽車緩速器的政策法規(guī)相繼出臺(tái)。2002年，我國(guó)交通部在頒布的JT/T325《營(yíng)運(yùn)客車類型劃分及等級(jí)評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定：在大型、中型的高二、高三級(jí)營(yíng)運(yùn)公路客車上必須安裝緩速器。2012年，在談到“十二五期間汽車制動(dòng)器行業(yè)的方向”時(shí)，中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)制動(dòng)器委員會(huì)秘書長(zhǎng)顧一帆指出“十二五”期間電渦流緩速器等制動(dòng)系統(tǒng)在技術(shù)上要堅(jiān)持走自主創(chuàng)新的道路。

電磁制動(dòng)系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域發(fā)展的未來(lái)展望

電磁制動(dòng)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用可以省去車上原有的制動(dòng)油路系統(tǒng)，較大的減輕汽車的自重；能很好的與ABS系統(tǒng)兼容，更快更精準(zhǔn)的控制制動(dòng)力；能夠與其他車載電子控制系統(tǒng)兼容，便于提高汽車的智能化程度；能夠減少制動(dòng)粉塵，提高車輛的環(huán)保性。電磁制動(dòng)系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)決定了其必然會(huì)成為汽車制動(dòng)系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的新趨勢(shì)。

1.電渦流緩速器在各級(jí)別客車，中、重型貨車上進(jìn)一步普及

汽車在山路上行駛時(shí)，頻繁的點(diǎn)剎容易造成制動(dòng)器熱衰退，而在交通擁擠的市區(qū)，汽車緊急制動(dòng)的次數(shù)也非常多，制動(dòng)器往往沒(méi)有時(shí)間完全冷卻就要開始下一次制動(dòng)，熱衰退現(xiàn)象也比較普遍，制動(dòng)器的熱衰退是造成交通事故的直接原因之一。相關(guān)研究表明，在客車及貨車上安裝緩速器是解決制動(dòng)器熱衰退問(wèn)題的一種比較完美方案(可使制動(dòng)鼓、輪胎的溫度降低30%~40%)，除此之外還能夠提高乘坐舒適性和使用經(jīng)濟(jì)性(提高原制動(dòng)器壽命4~8倍)。

在上世紀(jì)末一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)明確界定必須安裝緩速器車輛的條件，譬如德國(guó)的交通法規(guī)明文規(guī)定：總質(zhì)量在5.5t以上的客車和9t以上的載貨汽車，必須裝有輔助制動(dòng)裝置。瑞士規(guī)定：總質(zhì)量超過(guò)3.5t的牽引車以及總質(zhì)量8t以上的載貨車必須安裝輔助制動(dòng)系統(tǒng)。法國(guó)交通法規(guī)要求：總質(zhì)量超過(guò)8t的車輛、經(jīng)常在路況較差的道路上行駛的車輛、裝載易燃易爆物品的車輛等都必須安裝緩速器。而在我國(guó)，在本世紀(jì)初才明文規(guī)定大型、中型的高二、高三級(jí)營(yíng)運(yùn)公路客車上規(guī)定必須安裝緩速器。

與上述發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)相關(guān)車輛上緩速器的安裝率比較低。當(dāng)今電渦流緩速器在技術(shù)上已經(jīng)趨于成熟，其與ABS防抱制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)合，增大了車輛智能化的程度。同時(shí)電渦流緩速器輕量化、集成化的改進(jìn)很好的順應(yīng)了汽車發(fā)展的趨勢(shì)。隨著我國(guó)法律法規(guī)的逐漸健全，國(guó)民對(duì)客車、貨車安全性要求越來(lái)越高及傳統(tǒng)制動(dòng)技術(shù)的不斷變革，未來(lái)國(guó)內(nèi)，裝有電渦流緩速器的客車、貨車比例必然要增大，電渦流緩速器的使用也必將進(jìn)一步普及化。

2.電磁盤式、鼓式制動(dòng)器等產(chǎn)品進(jìn)一步開發(fā)

電磁盤式、鼓式制動(dòng)器在原理上與電渦流緩速器基本相同，但在制動(dòng)方式上存在較大的區(qū)別。前者是接觸式摩擦制動(dòng)，電磁鐵通電產(chǎn)生吸力促使電磁鼓式制動(dòng)器中制動(dòng)杠桿運(yùn)作從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓摩擦達(dá)到制動(dòng)效果，而電磁盤式制動(dòng)則是電磁吸力將制動(dòng)盤壓在主盤上產(chǎn)生摩擦力達(dá)到制動(dòng)效果；后者為非接觸式，是通過(guò)電磁感應(yīng)產(chǎn)生抑制車輛向前運(yùn)動(dòng)的力，而達(dá)到制動(dòng)效果。

在國(guó)外，電磁盤式制動(dòng)器和電磁鼓式制動(dòng)器均實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品應(yīng)用。其中對(duì)電磁盤式制動(dòng)器在汽車上應(yīng)用的報(bào)道很少，其主要作為大型驅(qū)動(dòng)裝置的制動(dòng)部件；由于電磁鼓式制動(dòng)器操作輕便，易與ABS結(jié)合同時(shí)工作溫度高、密封困難等特點(diǎn)，在國(guó)外主要用于各種房車、野營(yíng)車、拖車車橋的制動(dòng)。在國(guó)內(nèi)，電磁盤式、鼓式制動(dòng)器在車輛上的應(yīng)用仍處于探索研究階段，產(chǎn)品應(yīng)用主要集中在大型冶金、礦山機(jī)械的制動(dòng)裝置中。

目前，電磁盤式及鼓式制動(dòng)器在國(guó)內(nèi)應(yīng)用程度遠(yuǎn)低于國(guó)外，而其在國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的應(yīng)用基本處于起步階段。近年來(lái)，電磁學(xué)的研究正在逐漸升溫，隨著電磁學(xué)及相關(guān)學(xué)科研究的不斷進(jìn)步，電磁制動(dòng)技術(shù)中的磁漏、制動(dòng)能源、電子干擾、制動(dòng)過(guò)熱等問(wèn)題將會(huì)一一被解答，電磁盤式及鼓式制動(dòng)器的尺寸、制動(dòng)效能也將會(huì)得到改進(jìn)，改進(jìn)后的制動(dòng)器能夠適用于更多的車型。鑒于采用電磁制動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)制動(dòng)具有的諸多優(yōu)點(diǎn)，上述兩種制動(dòng)器在未來(lái)必將是電磁制動(dòng)裝置研究中的重要方向之一。

3.控制技術(shù)進(jìn)一步成熟，電磁制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)軍乘用車市場(chǎng)

電磁制動(dòng)技術(shù)應(yīng)用在乘用車上能夠?qū)χ苿?dòng)力實(shí)現(xiàn)精確控制，避免傳統(tǒng)制動(dòng)器的熱衰退及車輪涉水而導(dǎo)致的制動(dòng)失效現(xiàn)象，并且能夠有效的縮短乘用車的制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)距離。雖然采用電磁制動(dòng)技術(shù)對(duì)乘用車有上述好處，但是國(guó)內(nèi)外新聞及文獻(xiàn)很少提到電磁制動(dòng)技術(shù)在乘用車上的應(yīng)用情況，至于電磁制動(dòng)技術(shù)仍少有涉足乘用車領(lǐng)域的原因，筆者認(rèn)為：

(1)傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合其他先進(jìn)車載控制系統(tǒng)，譬如防抱制動(dòng)系統(tǒng)ABS、驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)ASR、電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)ESP等，技術(shù)已經(jīng)非常成熟，能夠較好的滿足當(dāng)前乘用車在各種工況下的制動(dòng)要求。

(2)乘用車底盤低空間小，在行駛過(guò)程中車速很快，需要制動(dòng)器具有性能可靠、反應(yīng)快等特點(diǎn)即制動(dòng)系統(tǒng)具有非線性、時(shí)變性，這對(duì)電磁制動(dòng)裝置的細(xì)微控制技術(shù)提出了較高的要求，而現(xiàn)有的對(duì)電磁制動(dòng)裝置的控制技術(shù)應(yīng)用在速度不太快、舒適性要求不太高的大型客車、貨車上已經(jīng)比較成熟，但在乘用車上還無(wú)法使電磁制動(dòng)達(dá)到與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)相同的效果。

由于電磁制動(dòng)器所產(chǎn)生的制動(dòng)力矩與通電電流的大小有關(guān)，而在外界隨機(jī)干擾較大時(shí)，要實(shí)現(xiàn)對(duì)通電電流大小的精確控制，難度非常大。國(guó)外文獻(xiàn)中對(duì)該問(wèn)題的解決方法很少，在國(guó)內(nèi)，一批學(xué)者已經(jīng)開始了相關(guān)研究，研究結(jié)果表明采用模糊控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電流的精確控制。未來(lái)幾年，伴隨著精確控制技術(shù)難題的攻克并在電磁制動(dòng)裝置上的應(yīng)用，電磁制動(dòng)技術(shù)在乘用車上的使用也將成為現(xiàn)實(shí)。