万安科技傅直全:商用车制动技术现状及发展趋势

2025年3月26日-28日,2025商用车产业发展会议在湖北省十堰市举办。本次会议由中国汽车工业协会主办,以“开辟新赛道,汇聚新动能——发展商用车产业新质生产力”为主题,采用“1+1+6+N”模式,即1场闭门会议,1场开幕式暨主旨会议,6个主题分会场和其他相关对接、展示等活动,旨在深入分析商用车发展面临的新机遇、新挑战,探讨商用车产业未来发展的新趋势、新方向。其中,在3月27日下午举办的“主题分会场三:商用车安全与可靠性技术”上,万安科技股份有限公司副总经理傅直全发表精彩演讲。以下内容为现场发言实录:

万安科技傅直全:商用车制动技术现状及发展趋势

非常感谢姚秘的介绍,很荣幸在这里给大家分享一下我们在商用车制动系统方面的思考和实践。

我的分享分为四个部分:第一个,商用车制动系统的发展历程,简单回顾一下商用车制动系统。第二个,商用车制动系统的现状,国内目前在商用车制动系统这一块是什么样的配置或者用了哪些技术。第三个,商用车制动系统的发展趋势,就是下一代的商用车制动系统是什么样子。最后简单花两分钟介绍一下万安科技在商用车方面的业务。

大家知道商用车有重卡、轻卡、皮卡,制动系统也是分为气压的和液压的,我们通常讲商用车制动系统是指气压,也就是中重卡的制动系统。我们把国内的商用车制动系统分了四个阶段,第一个就是早期的解放这种大卡车,早期的是单管路的气制动系统,还有鼓式制动式是没有电控的,纯机械的,这一代比较早,我也没有经历过,可能现场的一些老专家们经历过了。

第二代就是双管路的气制动系统,就是控制系统由单管路到双管路,采用的鼓式制动器,也没有电控。

到了第三个阶段采用的是双管路的制动系统,这时候增加了ABS,在2000年左右开始逐渐使用气压ABS。

第四个阶段是双管路电控气制动EBS。

目前市场上主流应该的是在第三个阶段和第四个阶段的这样一些产品。应对下一代的制动系统,特别是针对刚才我们提到的一些电动化和智能化的发展,下一代的产品刚才朱老师已经提到,EMB开始研发和进行小批量的试制应用。

下面具体展开介绍一下商用车的现状。我们讲制动系统、讲安全都离不开法规,对于制动系统来说主要有下面几个法规。首先就是12676,这是主管商用车制动系统的,在2015年强制要求商用车开始需要ABS功能,开始慢慢装配ABS。第二个是交通部的1178的两个法规,这是主管营运车辆的,对于营运车辆的载货汽车是在2021年5月1号开始,部分车型开始装配AEB、ESC。牵引车辆,2021年的5月1号部分车型开始装配ESC和AEB。这两个标准大家知道,去年出了修改单,已经进行了公示,预计在今年出台,到时候就是要求所有的营运货车都装配ESC和AEB,营运的牵引车装配EBS。当然还有几个跟我们具体的电控系统相关的性能要求和试验方法,比如13594是ABS的,38185是对ECS的,38186是针对AEB,去年又发布了44287是针对EBS的。

这是一个简单的ABS的原理图,大家知道ABS已经出现了有40多年的历史,它的主要原理就是利用轮胎与路面的附着力,将轮胎的滑移率控制在最佳滑移率附近,保持车轮的稳定,具有纵向的制动力和横向的转向能力。采用的方式就是调节制动系统里的气压,通过加压、保压、减压,控制车轮状态。

在这个基础上,我们增加了一个电控阀,同时增加了惯性传感器和方向盘转角传感器,用来估算车辆的姿态,这样能够对车辆进行横向稳定的控制。当然商用车和乘用车不太一样,它重量大,除了常规的横摆控制,包括不足转向和过度转向以外,它很重要的是防侧翻,研究表明大量的商用车都是在先进入侧翻的状态。所以对于商用车ESC来说它是两个方面的控制:一个是横摆控制,一个是防侧翻控制。

这个是EBS系统, EBS是把原来的气控改为电控来实现,这里相当于它的控制系统除了两路的气控以外,还有两路的电控。这时候ABS、ESC也只是成为它的核心功能,因为这套系统里没有说单独的ESC或者ABS,就是它具备了这些功能了。它的特点,电控反应快,因为它改变了原来的气控方式,能够缩短整个系统的响应时间。大家知道目前气控车的响应时间大多是在0.6秒左右,实际上使用EBS之后可以缩短到0.3到0.4秒,这个对制动距离是一个很大的缩短。第三个就是能够制动力分配,因为它前后的控制阀都是电控的,所以它能够对前后桥进行精确动态调节制动力分配。还有主挂协调,如果牵引车和挂车都使用EBS,它制动的一致性上面会好很多。不存在说我的气路要从牵引车传到挂车,还有很长时间的滞后,通过电控这个一致性会比较好。第五个是它前后的压力控制与脚阀是全解耦的,实现高效安全能量回收。第六个是压力控制精度高,能够达到0.1bar的控制精度,这样对整体车间的减速度的控制比较好,能支持ADAS/AD这方面的需求。

还有一个是EPB,乘用车发展比较快,商用车的EPB也在发展。取代了原来的手阀的控制,用一个电控的EPB模块。驾驶室里用一个电子传输装置来实现商用车的驻车制动,它具有常规的驻车功能以外,还能够实现应急制动、制动保持,整个结构比较简单。因为它不再需要把手阀的气引到驾驶室,全部在底盘上面,驾驶室都是电信号。更加智能,能够接受外部的智能请求。它有一些安全设计的机制,它能达到功能安全ASIL D的要求。

介绍完三个系统,也介绍现在市场上三个系统的一些热点或者关注点。第一个,针对常规性的ABS+ESC的系统,大家现在普遍在采用了,特别在牵引车上,基本标配,它有三个的发展方向和关注点:

第一个关注点,就是阀类集成,最早是用管接头简单组装集成;后来开始是全新设计,继动阀、ASR阀、ABS阀集成为一体,形成全新的模块。

第二个关注点,控制器集成。控制器底盘安装,控制器与惯性控制器集成,控制器与阀也一起来集成。

第三个关注点,支持AEB的请求。这个我认为是一个妥协的办法,基于成本的考虑,因为AEB对压力控制的精度没有那么高,所以ESC是能够实现的。但是ESC对于ACC的减速度要求就达不到,就不能实现,所以目前会存在ESC+AEB这样的配置。

电动化对EBS需求这两年比较迫切,首先就是回馈制动。大家知道现在大多数的ABS+ESC的车辆,包括现在的一些客车采用的都是加大脚阀空行程的模式,这时候就存在一些问题,当然它的特点是实现比较简单,但是由于刚才提到的ESC方案的特点,它在电气切换比较突兀,因为压力控制精度不够,制动的平顺性不太好。最重要的是它有两个安全风险,特别是在小制动的情况下,大家看左侧的图,在小制动情况下全部由电机控制,但是电机的回馈制动会受到工况的限制,比如电池SOC很高的时候是不接受回馈制动的,这时候在小制动的情况下是无法制动的,没有制动力的,会失去制动,驾驶员只有在深踩的时候才会有气压出现,这是一个安全风险。第二个安全风险是在低附路面小制动就进入ABS,ABS控制器这时候会简单把这个电机回馈制动切断,但这时候气压还没有跟上,所以在这个情况下也会存在没有制动的风险。

基于EBS就不太一样了,EBS是协调方案,因为气压控制是全解耦的,而且都是电控的,所以能够实现电机、前桥、后桥的协调控制。在小制动强度情况下,或者说在电机有能力的情况下,优先调用电机制动,一旦电机制动能力达不到需求的时候,可以通过前后桥及时补气的策略,让制动保持它的平顺性。整体这个电气切换比较平衡,制动感觉比较好,当电机无法回馈的时候可以快速补气,安全性能比较高。同时由于整个是最大限度利用电机的制动,所以它的节能贡献度比较高。

这是一个具体的回收策略,在小制动情况恰只用后桥电机的制动力,当制动力到一定程度之后,可以通过前桥或者后桥同时来补气来满足制动需求,这样回馈的效率会比较高。同时,对于能量回收来说有很大的问题,就是电机和气的协调,在制动开始的时候,随着车速的降低,电机的回馈扭矩可能没有那么快一下子能上升到我所需要的制动减速度,这时候EBS会增加气压,让它去满足制动的需求,就是左边的。临近停车的时候,如果这个电机一方面扭矩降低,另一方面容易振动,这时候电机需要提前退出,我又需要增加气压来进行制动,保持制动的平稳性。

刚才讲的是电动化对于EBS的需求,智能化也有需求,目前来说EBS在现阶段是比较好的线控制动的产品,能够满足现在ADAS或者AD方面的需求。现在分了三种方案:第一个就是常规的L2及以下的这种,常规的EBS,它就能够实现比较好的线控制动的AEB、ACC都可以实现。第二个方案就是EBS跟EPB的结合,EPB作为一个冗余,能够对EBS在失效的时候做简单的控制,这个在要求不高的场合,比如说现在在一些无人的矿卡方面已经在应用,因为它的场景比较简单,要求也没那么高,为了成本,所以直接用了EBS+EPB来实现安全的冗余。第三个方案就是EBS再加一个冗余的制动系统(RBC)这是要求比较高的场合,在EBS失效的时候,RBC能够接管,保持制动的安全性。

这是基于EBS的冗余制动方案,我们在基础EBS上加了一套RBC冗余制动。RBC设计多一路的电源输入,冗余的电源,冗余两路的CAN,还有三路的压力控制口,分别来控制刚才EBS的前桥模块、后桥模块以及挂车控制模块的气控信号,。利用RBC就可以实现外部制动的请求,同时还可以实现轴控的ABS功能,最大限度保证制动的安全。

刚才介绍的是我们现在的状况,商用车的电动化和智能化对于EBS来说是一个比较好的应用场景,而且也提出了一些新的需求,下一代发展是进入了EMB的阶段。

在去年年底,ECE R13发布了修订稿,把EMB已经加入许可的范围,而且重新定义了这个产品,叫电力传输制动系统ETBS,它的定义就是行车制动力及其传输仅由驾驶人控制的蓄电装置提供电能的制动系统。EHB、EBS和ETBS它的控制系统都是电力传输控制的,而能量传输,就是执行最终的载体,EHB是制动液,EBS是压缩空气,ETBS是电力,电力目前主要就是控制电机。

这是一个典型的两轴车的EMB系统,它结构比较简单,只有几个模块,首先是四个轮单模块,还有两路的ACM,它为这两个轮单模块提供供电,因为它里头有超级电容,同时也作为系统主控,来对整套系统进行控制。还有常规的模拟脚阀传输制动信号、驻车开关等等。

商用车的EMB相对于气盘来说反而更小一些,通过紧凑化设计、一体化设计,我们把执行机构跟气盘集成设计之后,相比气压盘式制动器整体在商用车上布置上没有受到什么影响。

零部件来看,现在的气制动系统很复杂,EMB六到八个模块,零部件减少了70%以上,重量减轻了80到100公斤,节省了大量的底盘空间。这个有什么好处呢?现在大量的电动车都是采用的背包电池,我们在驾驶后面有一个大的电池包,影响了车的长度。而新的设计希望把电池放到底盘上去,这样如果电池放在底盘,底盘的空间几乎就没有其他的空间放别的东西,EMB就能很好的解决这个问题。

第三个比较就是能量消耗,因为气制动系统从打气泵一直到制动气室,我们通过一个简单的计算下来,它的有效率只有15.2%,也就是损失了85%。而EMB计算下来有效率是41%,相当于损耗了60%,所以这个效率比较高,能耗就相对较低,这个也对于电动车来说也是一个优势。

这个是关于制动性能方面的比较,刚才朱老师已经讲过了,我这边再分享一点数据。一个就是反应时间,EMB能做到小于100毫秒的反应时间,EBS做到300毫秒都不容易,响应时间能够大大缩短。第二个反应时间AD一般都需要的,指从我的外部制动请求减速度发出,到到整车达到需求减速度的80%所需的时间,EMB是小于250毫秒就能达到我们的目标减速度,而EBS是需要600毫秒左右,甚至600毫秒还要多。所以一方面它响应时间的缩短能够大大缩短制动距离,提高安全性,同时也能很好的满足AEB/AD自动驾驶这方面需求。另外,由于它是电机控制,所以ABS调节比较好,通过EMB调节就比较精准,更平稳,滑移率波动幅度就会很小,这个也是从实际试验中能够看得到。

说到这儿,EMB这么多年大家最关注的就是它的安全性,有不同的降级模式。一般的单点单轮失效,会限速行驶。第二个,蠕行状态,这个时候又多了一个点的失效,有可能是一个轴的失效,这时候会进一步限制限速,比如到20公里这样的限速。最后,如果说失效的点太多,我已经不能保证车辆正常的制动,这时候车辆就会静止,对于整车来说可能会让整车处于无法启动的状态。

这个是一些单点和多点失效功能的降级,刚才提到的是整个系统的降级,这是一些功能,比如单点失效,我们可能会有一些功能不能工作,ESC会受到影响。多点失效的时候,比如刚才说的同侧或者是对角的失效,整个系统就需要关闭了。所以通过不同的失效模式,尽量能够减少我们在EMB安全方面的顾虑,这套系统是能够保证正常的安全的制动,保证车辆的行车安全。

下面我再用两分钟简单介绍一下我们万安科技的商用车业务,因为万安科技在商用车是一个老兵,1985年成立的,总部是在浙江诸暨。2023年销售是40亿,总资产是60亿。我们从1985年开始一直专注于做制动系统的,包括乘用车、商用车的制动系统都在做,同时也在做底盘的一些模块,现在也是瞄准电动化、智能化的方向在发展。

我们在诸暨、北京、上海、欧洲都设有研发中心,北京中心主要是EBS系统的开发,上海中心是电控转向的开发,欧洲是ADAS智能驾驶的开发,在布达佩斯。其他的在西安、合肥、广西、长春等地方建有生产基地。

们40年的发展跟国内的主要商用车客户都就比较好的合作经历,我们所有产品也都在给这些客户进行配套。

我们深耕商用车40年,所有的产品已经覆盖了中重卡、轻卡、客车、牵引车、挂车、新能源车等等。传统的机械产品以及我们近25年来发展的电控产品已经全部覆盖所有的制动系统,电控产品除了刚才说的ABS、EBS,还有挂车的EBS、EPB、EMB,我们也从纵向的制动控制拓展到横向的转向控制,包括EPS、EHPS,ADAS也是跟我们的执行系统强相关的功能,如AEB、ACC、LDW和LKA等。

我们的目标就是通过纵向的制动和横向的转向打通,在商用车智能底盘这块实现横纵向的联合控制,同时向上ADAS的核心功能。

我们在这一块大量都是应用一些模型开发和C语言开发的结合,这是我们最新去年开发的台架,集成了EBS、EPS、ECAS等产品,采用的是成熟的dspace的模型。

我们也非常重视道路试验,在总部建立了万安试验场,能够进行所有电控产品的道路验证。这一块我们跟很多的客户合作,节省了大量试验时间和试验成本。

我们最早从2005年开始在黑河,进行冬季试验,并建设了冬季试验基地。我们所有的电控产品都经过冬季试验的检验。

经过40年的发展,我们希望通过在商用车方面的能力建设,和新技术新产品的开发,与我们的商用车客户一起推动商用车向电动化、智能化的发展,

谢谢大家。

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)


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