電磁制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展現狀及未來(lái)

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

電磁制動(dòng)技術(shù)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(kāi)始了對電磁制動(dòng)技術(shù)的研究及相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)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(kāi)始在西歐一些國家的重型載貨車(chē)及大型客車(chē)上安裝使用，經(jīng)過(guò)40多年的不斷改進(jìn)和在多種車(chē)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(chē)界的普遍認可。如今，電磁制動(dòng)技術(shù)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(chē)和中型、重型貨車(chē)上使用。國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：法國的泰樂(lè )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。國內也有一些企業(yè)和科研部門(mén)正在從事電渦流緩速器的生產(chǎn)和技術(shù)開(kāi)發(fā)，譬如：一汽集團瑞立實(shí)業(yè)公司、深圳特爾佳科技有限公司、江蘇大學(xué)、長(cháng)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)節取得了一定的研究成果。

我國汽車(chē)工業(yè)起步較晚，制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展較歐、美、日等發(fā)達國家相對落后，直到上世紀90年代，電磁制動(dòng)技術(shù)才進(jìn)入我國汽車(chē)市場(chǎng)。隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，城鄉公路以及各級高速公路迅速普及，各種運輸車(chē)輛數量急劇增加，由于路況復雜，因制動(dòng)失效而造成的交通事故數量也急劇攀升，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(guò)程中駕駛員需要頻繁制動(dòng)以保證汽車(chē)的速度保持在安全范圍內，頻繁的點(diǎn)剎必然會(huì )導致制動(dòng)器過(guò)熱而產(chǎn)生熱衰退現象進(jìn)而導致制動(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(chē)及重型貨車(chē)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(cháng)汽車(chē)摩擦片的使用壽命，如圖2是對深圳特區208路公交車(chē)安裝電渦流緩速器前后，每千米車(chē)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(zhù)交通業(yè)、汽車(chē)業(yè)的大發(fā)展，20世紀90年代末以后有關(guān)汽車(chē)緩速器的政策法規相繼出臺。2002年，我國交通部在頒布的JT/T325《營(yíng)運客車(chē)類(lèi)型劃分及等級評定》標準中明確規定：在大型、中型的高二、高三級營(yíng)運公路客車(chē)上必須安裝緩速器。2012年，在談到“十二五期間汽車(chē)制動(dòng)器行業(yè)的方向”時(shí)，中國汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì )制動(dòng)器委員會(huì )秘書(shū)長(cháng)顧一帆指出“十二五”期間電渦流緩速器等制動(dòng)系統在技術(shù)上要堅持走自主創(chuàng )新的道路。

電磁制動(dòng)系統在汽車(chē)領(lǐng)域發(fā)展的未來(lái)展望

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

1.電渦流緩速器在各級別客車(chē)，中、重型貨車(chē)上進(jìn)一步普及

汽車(chē)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，汽車(chē)緊急制動(dòng)的次數也非常多，制動(dòng)器往往沒(méi)有時(shí)間完全冷卻就要開(kāi)始下一次制動(dòng)，熱衰退現象也比較普遍，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(chē)及貨車(chē)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)濟性(提高原制動(dòng)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(chē)輛的條件，譬如德國的交通法規明文規定：總質(zhì)量在5.5t以上的客車(chē)和9t以上的載貨汽車(chē)，必須裝有輔助制動(dòng)裝置。瑞士規定：總質(zhì)量超過(guò)3.5t的牽引車(chē)以及總質(zhì)量8t以上的載貨車(chē)必須安裝輔助制動(dòng)系統。法國交通法規要求：總質(zhì)量超過(guò)8t的車(chē)輛、經(jīng)常在路況較差的道路上行駛的車(chē)輛、裝載易燃易爆物品的車(chē)輛等都必須安裝緩速器。而在我國，在本世紀初才明文規定大型、中型的高二、高三級營(yíng)運公路客車(chē)上規定必須安裝緩速器。

與上述發(fā)達國家相比，我國相關(guān)車(chē)輛上緩速器的安裝率比較低。當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)系統的結合，增大了車(chē)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)很好的順應了汽車(chē)發(fā)展的趨勢。隨著(zhù)我國法律法規的逐漸健全，國民對客車(chē)、貨車(chē)安全性要求越來(lái)越高及傳統制動(dòng)技術(shù)的不斷變革，未來(lái)國內，裝有電渦流緩速器的客車(chē)、貨車(chē)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(pán)式、鼓式制動(dòng)器等產(chǎn)品進(jìn)一步開(kāi)發(fā)

電磁盤(pán)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)杠桿運作從而實(shí)現制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓摩擦達到制動(dòng)效果，而電磁盤(pán)式制動(dòng)則是電磁吸力將制動(dòng)盤(pán)壓在主盤(pán)上產(chǎn)生摩擦力達到制動(dòng)效果；后者為非接觸式，是通過(guò)電磁感應產(chǎn)生抑制車(chē)輛向前運動(dòng)的力，而達到制動(dòng)效果。

在國外，電磁盤(pán)式制動(dòng)器和電磁鼓式制動(dòng)器均實(shí)現了產(chǎn)品應用。其中對電磁盤(pán)式制動(dòng)器在汽車(chē)上應用的報道很少，其主要作為大型驅動(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結合同時(shí)工作溫度高、密封困難等特點(diǎn)，在國外主要用于各種房車(chē)、野營(yíng)車(chē)、拖車(chē)車(chē)橋的制動(dòng)。在國內，電磁盤(pán)式、鼓式制動(dòng)器在車(chē)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(dòng)裝置中。

目前，電磁盤(pán)式及鼓式制動(dòng)器在國內應用程度遠低于國外，而其在國內汽車(chē)行業(yè)的應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(zhù)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(pán)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(chē)型。鑒于采用電磁制動(dòng)代替傳統制動(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)系統進(jìn)軍乘用車(chē)市場(chǎng)

電磁制動(dòng)技術(shù)應用在乘用車(chē)上能夠對制動(dòng)力實(shí)現精確控制，避免傳統制動(dòng)器的熱衰退及車(chē)輪涉水而導致的制動(dòng)失效現象，并且能夠有效的縮短乘用車(chē)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)對乘用車(chē)有上述好處，但是國內外新聞及文獻很少提到電磁制動(dòng)技術(shù)在乘用車(chē)上的應用情況，至于電磁制動(dòng)技術(shù)仍少有涉足乘用車(chē)領(lǐng)域的原因，筆者認為：

(1)傳統制動(dòng)系統結合其他先進(jìn)車(chē)載控制系統，譬如防抱制動(dòng)系統ABS、驅動(dòng)防滑系統ASR、電子穩定控制系統ESP等，技術(shù)已經(jīng)非常成熟，能夠較好的滿(mǎn)足當前乘用車(chē)在各種工況下的制動(dòng)要求。

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

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)，而在外界隨機干擾較大時(shí)，要實(shí)現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(wèn)題的解決方法很少，在國內，一批學(xué)者已經(jīng)開(kāi)始了相關(guān)研究，研究結果表明采用模糊控制策略能夠實(shí)現對電流的精確控制。未來(lái)幾年，伴隨著(zhù)精確控制技術(shù)難題的攻克并在電磁制動(dòng)裝置上的應用，電磁制動(dòng)技術(shù)在乘用車(chē)上的使用也將成為現實(shí)。