電磁制動技術的發(fā)展現(xiàn)狀及未來

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

電磁制動技術的發(fā)展及在我國的應用狀況

早在上世紀初，以法國為代表的一批西方國家率先開始了對電磁制動技術的研究及相關產(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裝置開始在西歐一些國家的重型載貨車及大型客車上安裝使用，經(jīng)過40多年的不斷改進和在多種車型上的使用證明，電渦流緩速器在技術上是可行的，其安全性也逐漸得到了汽車界的普遍認可。如今，電磁制動技術在緩速器中的應用已經(jīng)相對成熟，緩速器已作為標準件在歐、美、日等發(fā)達國家的客車和中型、重型貨車上使用。國外的電渦流緩速器市場早已被一些成熟的緩速器制造公司占領，譬如：法國的泰樂瑪(TELMA)公司、德國的克羅伏特(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)和技術開發(fā)，譬如：一汽集團瑞立實業(yè)公司、深圳特爾佳科技有限公司、江蘇大學、長安大學等，并且在電磁制動技術的關鍵技術環(huán)節(jié)取得了一定的研究成果。

我國汽車工業(yè)起步較晚，制動技術的發(fā)展較歐、美、日等發(fā)達國家相對落后，直到上世紀90年代，電磁制動技術才進入我國汽車市場。隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，城鄉(xiāng)公路以及各級高速公路迅速普及，各種運輸車輛數(shù)量急劇增加，由于路況復雜，因制動失效而造成的交通事故數(shù)量也急劇攀升，如圖1，是針對312國道陜西省藍小公路K1392-K1440段交通事故原因所做的分析。該段公路坡道、隧洞較多，路況比較復雜，在下坡過程中駕駛員需要頻繁制動以保證汽車的速度保持在安全范圍內(nèi)，頻繁的點剎必然會導致制動器過熱而產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象進而導致制動鼓失圓、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失效而造成的交通事故，還能極大的延長汽車摩擦片的使用壽命，如圖2是對深圳特區(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比情況。

緩速器在我國的發(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90年代末以后有關汽車緩速器的政策法規(guī)相繼出臺。2002年，我國交通部在頒布的JT/T325《營運客車類型劃分及等級評定》標準中明確規(guī)定：在大型、中型的高二、高三級營運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器行業(yè)的方向”時，中國汽車工業(yè)協(xié)會制動器委員會秘書長顧一帆指出“十二五”期間電渦流緩速器等制動系統(tǒng)在技術上要堅持走自主創(chuàng)新的道路。

電磁制動系統(tǒng)在汽車領域發(fā)展的未來展望

電磁制動系統(tǒng)在汽車上的應用可以省去車上原有的制動油路系統(tǒng)，較大的減輕汽車的自重；能很好的與ABS系統(tǒng)兼容，更快更精準的控制制動力；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；能夠減少制動粉塵，提高車輛的環(huán)保性。電磁制動系統(tǒng)的這些優(yōu)點決定了其必然會成為汽車制動系統(tǒng)未來發(fā)展的新趨勢。

1.電渦流緩速器在各級別客車，中、重型貨車上進一步普及

汽車在山路上行駛時，頻繁的點剎容易造成制動器熱衰退，而在交通擁擠的市區(qū)，汽車緊急制動的次數(shù)也非常多，制動器往往沒有時間完全冷卻就要開始下一次制動，熱衰退現(xiàn)象也比較普遍，制動器的熱衰退是造成交通事故的直接原因之一。相關研究表明，在客車及貨車上安裝緩速器是解決制動器熱衰退問題的一種比較完美方案(可使制動鼓、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)濟性(提高原制動器壽命4~8倍)。

在上世紀末一些發(fā)達國家已經(jīng)明確界定必須安裝緩速器車輛的條件，譬如德國的交通法規(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，必須裝有輔助制動裝置。瑞士規(guī)定：總質(zhì)量超過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系統(tǒng)。法國交通法規(guī)要求：總質(zhì)量超過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，在本世紀初才明文規(guī)定大型、中型的高二、高三級營運公路客車上規(guī)定必須安裝緩速器。

與上述發(fā)達國家相比，我國相關車輛上緩速器的安裝率比較低。當今電渦流緩速器在技術上已經(jīng)趨于成熟，其與ABS防抱制動系統(tǒng)的結合，增大了車輛智能化的程度。同時電渦流緩速器輕量化、集成化的改進很好的順應了汽車發(fā)展的趨勢。隨著我國法律法規(guī)的逐漸健全，國民對客車、貨車安全性要求越來越高及傳統(tǒng)制動技術的不斷變革，未來國內(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一步普及化。

2.電磁盤式、鼓式制動器等產(chǎn)品進一步開發(fā)

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

在國外，電磁盤式制動器和電磁鼓式制動器均實現(xiàn)了產(chǎn)品應用。其中對電磁盤式制動器在汽車上應用的報道很少，其主要作為大型驅(qū)動裝置的制動部件；由于電磁鼓式制動器操作輕便，易與ABS結合同時工作溫度高、密封困難等特點，在國外主要用于各種房車、野營車、拖車車橋的制動。在國內(nèi)，電磁盤式、鼓式制動器在車輛上的應用仍處于探索研究階段，產(chǎn)品應用主要集中在大型冶金、礦山機械的制動裝置中。

目前，電磁盤式及鼓式制動器在國內(nèi)應用程度遠低于國外，而其在國內(nèi)汽車行業(yè)的應用基本處于起步階段。近年來，電磁學的研究正在逐漸升溫，隨著電磁學及相關學科研究的不斷進步，電磁制動技術中的磁漏、制動能源、電子干擾、制動過熱等問題將會一一被解答，電磁盤式及鼓式制動器的尺寸、制動效能也將會得到改進，改進后的制動器能夠適用于更多的車型。鑒于采用電磁制動代替?zhèn)鹘y(tǒng)制動具有的諸多優(yōu)點，上述兩種制動器在未來必將是電磁制動裝置研究中的重要方向之一。

3.控制技術進一步成熟，電磁制動系統(tǒng)進軍乘用車市場

電磁制動技術應用在乘用車上能夠?qū)χ苿恿崿F(xiàn)精確控制，避免傳統(tǒng)制動器的熱衰退及車輪涉水而導致的制動失效現(xiàn)象，并且能夠有效的縮短乘用車的制動時間和制動距離。雖然采用電磁制動技術對乘用車有上述好處，但是國內(nèi)外新聞及文獻很少提到電磁制動技術在乘用車上的應用情況，至于電磁制動技術仍少有涉足乘用車領域的原因，筆者認為：

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

(2)乘用車底盤低空間小，在行駛過程中車速很快，需要制動器具有性能可靠、反應快等特點即制動系統(tǒng)具有非線性、時變性，這對電磁制動裝置的細微控制技術提出了較高的要求，而現(xiàn)有的對電磁制動裝置的控制技術應用在速度不太快、舒適性要求不太高的大型客車、貨車上已經(jīng)比較成熟，但在乘用車上還無法使電磁制動達到與傳統(tǒng)制動系統(tǒng)相同的效果。

由于電磁制動器所產(chǎn)生的制動力矩與通電電流的大小有關，而在外界隨機干擾較大時，要實現(xiàn)對通電電流大小的精確控制，難度非常大。國外文獻中對該問題的解決方法很少，在國內(nèi)，一批學者已經(jīng)開始了相關研究，研究結果表明采用模糊控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)對電流的精確控制。未來幾年，伴隨著精確控制技術難題的攻克并在電磁制動裝置上的應用，電磁制動技術在乘用車上的使用也將成為現(xiàn)實。