电磁制动技术的发展现状及未来

    众所周知，制动系统是汽车安全行驶的命脉。伴随着汽车的更新换代，以及人们对汽车安全性、舒适性、经济性等性能的要求越来越高，保护汽车安全行驶的制动装置由最初的简单机械式制动器逐步发展到现在的ABS(Anti-lock Brake System)防抱制动系统。然而ABS仍然存在一些问题，譬如很难精确测量车身及车轮的速度、难以实现制动力的精确控制等，这些弊端使得装有ABS的汽车虽在理想路况时能够较精确的达到制动要求，但在路况较差的泥泞山路上时则难以满足要求，此时车上急需另外一套辅助制动系统，以保证车辆的行驶安全。电磁制动技术以其无磨耗、反应迅速、制动平稳并能很好的与ABS系统兼容等特点迅速确立了其在汽车辅助制动系统中的地位。

电磁制动技术的发展及在我国的应用状况

    早在上世纪初，以法国为代表的一批西方国家率先开始了对电磁制动技术的研究及相关产品的开发。不久之后，早期的“电涡流缓速器”诞生并作为辅助制动装置开始在西欧一些国家的重型载货车及大型客车上安装使用，经过40多年的不断改进和在多种车型上的使用证明，电涡流缓速器在技术上是可行的，其安全性也逐渐得到了汽车界的普遍认可。如今，电磁制动技术在缓速器中的应用已经相对成熟，缓速器已作为标准件在欧、美、日等发达国家的客车和中型、重型货车上使用。国外的电涡流缓速器市场早已被一些成熟的缓速器制造公司占领，譬如：法国的泰乐玛(TELMA)公司、德国的克罗伏特(KLOFT)公司、西班牙的弗雷拉萨(FRENRLSA)公司和KLEM公司、日本的TBK公司等。国内也有一些企业和科研部门正在从事电涡流缓速器的生产和技术开发，譬如：一汽集团瑞立实业公司、深圳特尔佳科技有限公司、江苏大学、长安大学等，并且在电磁制动技术的关键技术环节取得了一定的研究成果。

    我国汽车工业起步较晚，制动技术的发展较欧、美、日等发达国家相对落后，直到上世纪90年代，电磁制动技术才进入我国汽车市场。随着我国国民经济的快速发展，城乡公路以及各级高速公路迅速普及，各种运输车辆数量急剧增加，由于路况复杂，因制动失效而造成的交通事故数量也急剧攀升，如图1，是针对312国道陕西省蓝小公路K1392-K1440段交通事故原因所做的分析。该段公路坡道、隧洞较多，路况比较复杂，在下坡过程中驾驶员需要频繁制动以保证汽车的速度保持在安全范围内，频繁的点刹必然会导致制动器过热而产生热衰退现象进而导致制动鼓失圆、摩擦片变硬发脆、摩擦性能急剧下降，最终酿成交通事故。在客车及重型货车上安装电涡流缓速器不仅能够减少因制动失效而造成的交通事故，还能极大的延长汽车摩擦片的使用寿命，如图2是对深圳特区208路公交车安装电涡流缓速器前后，每千米车程摩擦片的磨耗对比情况。

    缓速器在我国的发展受政策影响较大，随着交通业、汽车业的大发展，20世纪90年代末以后有关汽车缓速器的政策法规相继出台。 2002年，我国交通部在颁布的JT/T325《营运客车类型划分及等级评定》标准中明确规定：在大型、中型的高二、高三级营运公路客车上必须安装缓速器。2012年，在谈到“十二五期间汽车制动器行业的方向”时，中国汽车工业协会制动器委员会秘书长顾一帆指出“十二五”期间电涡流缓速器等制动系统在技术上要坚持走自主创新的道路。

电磁制动系统在汽车领域发展的未来展望

    电磁制动系统在汽车上的应用可以省去车上原有的制动油路系统，较大的减轻汽车的自重；能很好的与ABS系统兼容，更快更精准的控制制动力；能够与其他车载电子控制系统兼容，便于提高汽车的智能化程度；能够减少制动粉尘，提高车辆的环保性。电磁制动系统的这些优点决定了其必然会成为汽车制动系统未来发展的新趋势。

    1.电涡流缓速器在各级别客车，中、重型货车上进一步普及

    汽车在山路上行驶时，频繁的点刹容易造成制动器热衰退，而在交通拥挤的市区，汽车紧急制动的次数也非常多，制动器往往没有时间完全冷却就要开始下一次制动，热衰退现象也比较普遍，制动器的热衰退是造成交通事故的直接原因之一。相关研究表明，在客车及货车上安装缓速器是解决制动器热衰退问题的一种比较完美方案(可使制动鼓、轮胎的温度降低30%~40%)，除此之外还能够提高乘坐舒适性和使用经济性(提高原制动器寿命4~8倍)。

    在上世纪末一些发达国家已经明确界定必须安装缓速器车辆的条件，譬如德国的交通法规明文规定：总质量在5.5t以上的客车和9t以上的载货汽车，必须装有辅助制动装置。瑞士规定：总质量超过3.5t的牵引车以及总质量8t以上的载货车必须安装辅助制动系统。法国交通法规要求：总质量超过8t的车辆、经常在路况较差的道路上行驶的车辆、装载易燃易爆物品的车辆等都必须安装缓速器。而在我国，在本世纪初才明文规定大型、中型的高二、高三级营运公路客车上规定必须安装缓速器。

    与上述发达国家相比，我国相关车辆上缓速器的安装率比较低。当今电涡流缓速器在技术上已经趋于成熟，其与ABS防抱制动系统的结合，增大了车辆智能化的程度。同时电涡流缓速器轻量化、集成化的改进很好的顺应了汽车发展的趋势。随着我国法律法规的逐渐健全，国民对客车、货车安全性要求越来越高及传统制动技术的不断变革，未来国内，装有电涡流缓速器的客车、货车比例必然要增大，电涡流缓速器的使用也必将进一步普及化。

    2.电磁盘式、鼓式制动器等产品进一步开发

    电磁盘式、鼓式制动器在原理上与电涡流缓速器基本相同，但在制动方式上存在较大的区别。前者是接触式摩擦制动，电磁铁通电产生吸力促使电磁鼓式制动器中制动杠杆运作从而实现制动蹄与制动鼓摩擦达到制动效果，而电磁盘式制动则是电磁吸力将制动盘压在主盘上产生摩擦力达到制动效果；后者为非接触式，是通过电磁感应产生抑制车辆向前运动的力，而达到制动效果。

    在国外，电磁盘式制动器和电磁鼓式制动器均实现了产品应用。其中对电磁盘式制动器在汽车上应用的报道很少，其主要作为大型驱动装置的制动部件；由于电磁鼓式制动器操作轻便，易与ABS结合同时工作温度高、密封困难等特点，在国外主要用于各种房车、野营车、拖车车桥的制动。在国内，电磁盘式、鼓式制动器在车辆上的应用仍处于探索研究阶段，产品应用主要集中在大型冶金、矿山机械的制动装置中。

    目前，电磁盘式及鼓式制动器在国内应用程度远低于国外，而其在国内汽车行业的应用基本处于起步阶段。近年来，电磁学的研究正在逐渐升温，随着电磁学及相关学科研究的不断进步，电磁制动技术中的磁漏、制动能源、电子干扰、制动过热等问题将会一一被解答，电磁盘式及鼓式制动器的尺寸、制动效能也将会得到改进，改进后的制动器能够适用于更多的车型。鉴于采用电磁制动代替传统制动具有的诸多优点，上述两种制动器在未来必将是电磁制动装置研究中的重要方向之一。

    3.控制技术进一步成熟，电磁制动系统进军乘用车市场

    电磁制动技术应用在乘用车上能够对制动力实现精确控制，避免传统制动器的热衰退及车轮涉水而导致的制动失效现象，并且能够有效的缩短乘用车的制动时间和制动距离。虽然采用电磁制动技术对乘用车有上述好处，但是国内外新闻及文献很少提到电磁制动技术在乘用车上的应用情况，至于电磁制动技术仍少有涉足乘用车领域的原因，笔者认为：

    (1)传统制动系统结合其他先进车载控制系统，譬如防抱制动系统ABS、驱动防滑系统ASR、电子稳定控制系统ESP等，技术已经非常成熟，能够较好的满足当前乘用车在各种工况下的制动要求。

    (2)乘用车底盘低空间小，在行驶过程中车速很快，需要制动器具有性能可靠、反应快等特点即制动系统具有非线性、时变性，这对电磁制动装置的细微控制技术提出了较高的要求，而现有的对电磁制动装置的控制技术应用在速度不太快、舒适性要求不太高的大型客车、货车上已经比较成熟，但在乘用车上还无法使电磁制动达到与传统制动系统相同的效果。

    由于电磁制动器所产生的制动力矩与通电电流的大小有关，而在外界随机干扰较大时，要实现对通电电流大小的精确控制，难度非常大。国外文献中对该问题的解决方法很少，在国内，一批学者已经开始了相关研究，研究结果表明采用模糊控制策略能够实现对电流的精确控制。未来几年，伴随着精确控制技术难题的攻克并在电磁制动装置上的应用，电磁制动技术在乘用车上的使用也将成为现实。