智能IPB制动系统的结构与应用

在当前发展的电动汽车和智能汽车上，博世“IPB”制动系统，即“智能集成制动系统”正推广使用，如荣威、蔚来等自主品牌的智能汽车上均已装用。比亚迪汉也是一款搭载“IPB制动系统”的电动车。所谓“智能”指IPB是一套电控的制动系统，用电机助力取代传统的真空助力，响应更迅速、控制更精确。所谓“集成”则指IPB系统还接收车辆偏航率等传感信号，将车身稳定ESP装置也集成进系统。对比传统真空助力的制动系统，IPB总泵系统的重量更轻，占用的空间也更小。

01  IPB智能制动系统结构的核心是采用电机助力

图1所示为比亚迪汉IPB装置的外形。IPB是使用电机直接助力的制动装置，仍然装在原制动总泵的位置，制动踏板接图1中的推杆来实施制动。

图1 比亚迪汉IPB装置的外形

图1中的IPB总泵直接安装在防火墙上，其上仍然有油管通向车轮制动分泵，但这个装置已经没有了真空助力器，显然也不需要再装真空管，不用配装真空泵或真空罐，但车轮制动器仍是液压的。

车辆的IPB智能集成制动系统如图2所示，IPB还扩展出更多功能，融合了ABS防抱死控制、ESP车身稳定、ASR牵引控制、TRC防滑控制和自动制动等多项技术，全面提升其在制动避险、转弯防侧滑、制动舒适等多方面的功能。当IPB在电动车上应用，可高效增大制动能量回收效率。

图2 IPB智能集成制动系统

图3是IPB总泵的内部结构，主要分为主缸和推杆位移传感器、电机助力升压装置、液压调节装置等3个组件。系统包括伺服助力电机、控制电脑、阀体、制动总泵和储液罐等，构成“电液一体化”的产生、分配和传递的装置。其中电机就是受电脑控制的动力源，阀体为分配源，执行机构即为制动总泵，能量载体仍为储液罐的制动液。其工作过程如下：

图3 IPB制动装置的内部结构

①当需制动时驾驶员踩下动踏板，推杆由踏板推动，IPB总泵中部下方有个“踏板行程传感器”感知踏板的位移量大小，以及踏板移动的速率即移动的快慢程度；

②踏板行程传感器将位移及快慢信号，传送给上方的控制电脑，并经电脑分析和计算后，继而向助力电机发送运转的命令；

③电机的转子旋转，带动同轴的蜗杆运转，再驱动蜗轮减速旋转，较大地增大旋转力矩，再经同一直轴下方的齿轮，推动齿条移动；

④齿条移动驱动主缸活塞产生液压，从而实现电机智能制动的助力效果；

⑤若IPB一旦断电，或电机助力失效时，则IPB进入传统机械制动模式，驾驶员踩制动踏板推动主缸，产生液压送往车轮分泵，使车辆减速。

02  IPB制动系统的特点和应用

相比于传统的制动系统，IPB智能集成制动系统的突出优点在于响应更“快捷”。传统的制动系统，是靠制动踏板带动真空助力器产生制动液压的。而比亚迪汉车的IPB系统，没有真空助力装置，是将踩制动踏板的位移量快速转变成为电信号，控制电脑结合车速等传感参数，“按需”计算出所需制动力。由伺服电机快速完成对制动的助力，并精准调节液压大小。IPB制动响应更快，能够更精准地产生制动力。特别是当触发AEB“自动紧急辅助制动”功能时，传统真空助力制动系统需600ms的响应时间，而IPB可在150ms内即产生最大制动力，甚至比眨眼瞬间还要快，能快速提升4倍的性能。比亚迪汉车的每百干米制动距离可缩短至32.8m，可显著提升应对紧急路况的能力。

特别是在电动汽车上使用IPB技术，还能极大地回收能量，获得显著增多续航里程的效益。众所周知，电动汽车制动能量回收的效率，与车速直接相关，车速越高回收效率越大，反之车速越低，效率则越低。但在制动过程中按习惯，驾驶员脚踩踏板的力往往是一个稳定值。这时就需在总制动状态保持不变的情况下，精细调节能量回收的力矩与分泵液压卡钳的制动力，尽量使能量回收效率最大化。实践证明，在城市道路行驶时，车辆多于90％的制动，均可由反拖驱动电机来起制动作用，很少用到制动分泵的制动摩擦。在车辆滑行工况时的能量回馈，几乎全部可由IPB制动技术转换为能量回收。这时制动电脑通过轮速传感器直接获取车轮动态，并快速高效地处理，保证车辆的稳定性。

比如，比亚迪汉车制动时，在制动电脑的控制下，IPB装置与驱动系统相匹配，驱动电机首先被反拖转为发电状态，快速将动能转化为电能进行能量回收。当电机制动无法满足制动需求时，IPB才会自动快速释放制动液，启动传统机械制动。在这个过程中，较完善的解决能量回收和制动力的柔顺衔接，实现无缝式的结合，系统在迅速转换过程中的响应极快，能多回收10％的能量，可观地增大了车辆的续驶里程。由于降低了对制动摩擦片和制动盘的依赖，还使制动片的磨损大幅减少，有效地降低了养车成本。

图4反映了IPB装置的推杆位移与主缸液压的关系。中部紫色曲线表示有正常踏板感的液压变化，上部橙色虚线反映踏板有较强烈制动感觉，下方的绿色虚线为踏板有较柔和制动感。曲线变化过程分为4个阶段：

图4 推杆位移与主缸液压的关系曲线

①踏板空程阶段，表示推杆有极小的位移，但没有产生主缸液压，即为制动踏板的自由行程；

②跳变行程阶段，即踩动推杆后主缸刚产生液压的突变过程；

③电机助力行程，这个阶段IPB装置的主缸活塞在伺服电机的推动下，液压上升很快，可满足车辆制动对液压的需要，此时对应的是驱动电机反拖转为发电运行状态，可快速地将车辆动能吸收转化为电能，制动能量被较多的回收；

④踏板力行程阶段，主缸液压上升变得极缓慢，表示制动液在车轮分泵继续进行制动，使用IPB系统，这个传统的制动过程已被大幅缩减。

IPB还有舒适制动的功能，IPB装置对车辆产生快速、有序性的制动效果，还带来舒适制动的效果。通常车辆制动时，特别是车速较快时的紧急制动，会产生频繁的顿挫，使乘客很不舒适。而IPB系统用“智能化”妥善解决了制动不舒适的问题，智能制动系统能自动调节制动力，通过梯次化的释放制动力，让车辆在加速与制动过程的车身姿态更稳定，为乘员提供更平顺舒适的体验，故行话中将IPB系统又称为 “舒适的制动装置”。

IPB智能集成制动系统有较多的优点，IPB以伺服电机的助力方式，取代了真空助力器和真空泵的助力方式，具有突出的响应更快捷安全，柔性制动乘座更舒适等特点。虽然传统车辆上体会不到能量回收的优点，但能较大地延长制动片的使用寿命。IPB智能制动系统取消了真空泵，还能消除真空泵带来的工作噪声，也降低了能量消耗。当前IPB系统不仅在电动汽车、智能汽车上越来越多地采用，而且其作用已经扩展到传统的燃油汽车上。