為了促進(jìn)內(nèi)燃機(jī)效率的不斷提高、對(duì)電驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用需求可謂日漸提升，同時(shí)對(duì)其提出了更高的安全性要求。不僅如此，自動(dòng)駕駛對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)提出了新的設(shè)計(jì)理念。Bosch公司新開(kāi)發(fā)的iBooster機(jī)電式制動(dòng)力放大器成功地滿足了此類(lèi)要求，并且與制動(dòng)系統(tǒng)并未存在較大的結(jié)構(gòu)偏差。
1 市場(chǎng)環(huán)境
自從1995年應(yīng)用電子穩(wěn)定性系統(tǒng)（ESP）以來(lái)，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的要求發(fā)生了顯著的變化，而對(duì)更先進(jìn)的駕駛員輔助系統(tǒng)以及更高效的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)一步需求，有效推動(dòng)了制動(dòng)系統(tǒng)在可靠性和應(yīng)用性方面的高要求。在駕駛員輔助系統(tǒng)領(lǐng)域出現(xiàn)的該類(lèi)現(xiàn)象，一方面意味著噪聲-振動(dòng)-平順性（NVH）對(duì)車(chē)輛間距調(diào)節(jié)直至停車(chē)的舒適性起著日益重要的作用；另一方面其全新的安全性功能需要采用更快的動(dòng)態(tài)制動(dòng)壓力方可建立。未來(lái)的CO2排放要求導(dǎo)致了現(xiàn)代汽油機(jī)在每種運(yùn)行狀態(tài)下無(wú)需具備足夠真空度的硬性指標(biāo)。為此采用了兩大策略，其一為使用內(nèi)燃機(jī)上的真空泵，其二為使用電動(dòng)真空泵，而動(dòng)力總成系統(tǒng)的電動(dòng)化則進(jìn)一步加劇了對(duì)NVH特性的要求，并且完全放棄用于制動(dòng)力放大器的動(dòng)力來(lái)源。除此之外，在混合動(dòng)力車(chē)和電動(dòng)車(chē)上可通過(guò)電機(jī)的制動(dòng)能量回收功能將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成用于蓄電池的充電電能。為了順利地實(shí)現(xiàn)該策略，制動(dòng)系統(tǒng)必須能吸收電機(jī)的制動(dòng)力矩。此外，采用自動(dòng)駕駛功能需要在制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)布設(shè)有備用裝置，從而即使在發(fā)生故障的情況下也能確保車(chē)輛減速功能的實(shí)現(xiàn)。
iBooster機(jī)電式制動(dòng)力放大器能滿足市場(chǎng)提出的所有要求（圖1），因此2013年第一代iBooster制動(dòng)力放大器的市場(chǎng)投放現(xiàn)狀就已證實(shí)其原理上的可行性，而目前第二代iBooster制動(dòng)力放大器又將持續(xù)不斷地推動(dòng)其工業(yè)化生產(chǎn)，并先進(jìn)行預(yù)裝配，這樣就可適應(yīng)大批量生產(chǎn)的節(jié)奏。2017年第二代iBooster制動(dòng)力放大器（圖2）已在歐洲和北美進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，并即刻將在中國(guó)生產(chǎn)，因此可通過(guò)全球網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)行生產(chǎn)，從而為廣大用戶服務(wù)。
圖1 現(xiàn)代制動(dòng)系統(tǒng)能改變汽車(chē)工業(yè)的市場(chǎng)傾向
圖2 第二代iBooster機(jī)電式制動(dòng)力放大器
2 工作原理
迄今為止的真空式制動(dòng)力放大器將被iBooster機(jī)電式制動(dòng)力放大器所取代，而并不會(huì)改變助力制動(dòng)裝置的常規(guī)結(jié)構(gòu)，但以此取消了真空源的必要性，因?yàn)槟壳叭杂呻姍C(jī)驅(qū)動(dòng)單元產(chǎn)生作用力。由于仍將持續(xù)運(yùn)用駕駛員的操控能力，因此可使用結(jié)構(gòu)更為緊湊的電機(jī)，并且即使在動(dòng)態(tài)制動(dòng)時(shí)其最大電流消耗也是較少的，而且在汽車(chē)電路充電狀況不良的情況下能夠適時(shí)調(diào)整iBooster的動(dòng)態(tài)性能。
iBooster通過(guò)一個(gè)集成的差動(dòng)行程傳感器采集駕駛員的制動(dòng)需求，再將這種信息傳遞到電控單元（ECU），通過(guò)電控單元計(jì)算出電機(jī)的控制信號(hào)，其轉(zhuǎn)矩可通過(guò)變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成所需的驅(qū)動(dòng)力，并與制動(dòng)總缸中駕駛員提供的作用力一起轉(zhuǎn)換成液壓力。諸如制動(dòng)總缸和儲(chǔ)氣罐等確保可靠運(yùn)行的部件都使傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)保持不變，而電控單元?jiǎng)t應(yīng)用了ESP標(biāo)準(zhǔn)模塊化部件。
iBooster經(jīng)由行程來(lái)調(diào)節(jié)，需通過(guò)連接件才能實(shí)現(xiàn)（圖3）。放大器跟隨輸入桿確保必要的踏板反饋。
原則上，可有兩種行程測(cè)量：
（1）輸入桿行程和放大器行程（在第一代iBooster中就以此進(jìn)行轉(zhuǎn)換）；
（2）差動(dòng)行程和放大器行程（第二代iBooster即遵循該原理）。
圖3 iBooster制動(dòng)力放大器基本功能
因此，在第二代iBooster中的調(diào)節(jié)過(guò)程被設(shè)計(jì)成可將輸入桿行程和放大器行程之間的差動(dòng)行程調(diào)節(jié)到零值。為了使其達(dá)到必要的精度和動(dòng)態(tài)性能，采用永磁式同步電動(dòng)機(jī)（PMSM）作為驅(qū)動(dòng)裝置，由于其在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)中的廣泛應(yīng)用，因此在商業(yè)上具有普遍吸引力。為了永磁式同步電動(dòng)機(jī)（PMSM）實(shí)現(xiàn)整流過(guò)程，需配置一種轉(zhuǎn)子式位置傳感器，因?yàn)樵搨鞲衅骺杀挥糜诓槊鞣糯笃餍谐痰姆轿唬糯笃鞣秶亩ㄎ豢蛇_(dá)到μm級(jí)。制動(dòng)踏板與iBooster電動(dòng)機(jī)之間的連接件會(huì)對(duì)其行程進(jìn)行限制，并且由其實(shí)現(xiàn)下列附加功能：
（1）自動(dòng)建立制動(dòng)壓力（無(wú)需駕駛員參與）；
（2）機(jī)械返回運(yùn)動(dòng)級(jí)（在發(fā)生故障情況下無(wú)需采用iBooster電機(jī)輔助）。
在采用電動(dòng)車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)的情況下，需匹配iBooster的支撐力，根據(jù)車(chē)輛是否是通過(guò)車(chē)輪液壓減速或者通過(guò)動(dòng)力傳動(dòng)系減速而定，因此仍保留其踩下踏板的常規(guī)感受，其中ESP通過(guò)中間儲(chǔ)存減小了參與制動(dòng)的有效液壓容積，從而降低了制動(dòng)壓力，同時(shí)通過(guò)iBooster減小了支撐力，因而相對(duì)于車(chē)輛減速而言，駕駛員的踩踏力本身并不存在差異（見(jiàn)圖3）。
iBooster適合于安裝于8和9真空制動(dòng)力放大器的結(jié)構(gòu)空間中。但是與后者相比，前者并非采用中心對(duì)稱(chēng)，不過(guò)iBooster的電源組、電動(dòng)機(jī)單元和電控單元能被配裝于不同的位置，因而在安裝空間方面具有較大的靈活性，例如在必要的調(diào)整情況下可用于右置方向盤(pán)車(chē)型。
機(jī)電式方案能使制動(dòng)裝置的變更減小，由于其能借助于軟件實(shí)現(xiàn)功能的匹配調(diào)整，因而僅用4種尺寸方案即可滿足從小型車(chē)至運(yùn)輸車(chē)輛的需求。此外，在進(jìn)行軟件參數(shù)化時(shí)的數(shù)學(xué)模型可確保iBooster滿足所有的需求，例如可以是法規(guī)要求或者由汽車(chē)制造商提出的電功率消耗。采用該類(lèi)方式以確保對(duì)安全性具有重要意義的特性優(yōu)先級(jí)始終高于舒適性和適應(yīng)性。此外，iBooster的功能軟件匹配由于比助力制動(dòng)裝置更為簡(jiǎn)單，成本也較為低廉，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可通過(guò)軟件改變踏板作用力。該現(xiàn)象即使得汽車(chē)制造商可根據(jù)實(shí)際狀況調(diào)整制動(dòng)踏板力，例如可將車(chē)輛開(kāi)進(jìn)停車(chē)位過(guò)程中所需的操作力比在高速公路上行駛時(shí)還要小。
3 iBooster機(jī)電式制動(dòng)力放大器的優(yōu)點(diǎn)
與帶有真空制動(dòng)力放大器的制動(dòng)系統(tǒng)相比，在應(yīng)用iBooster時(shí)基本保留了其制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因此iBooster可配裝于不少車(chē)型平臺(tái)內(nèi)，也可繼續(xù)使用真空制動(dòng)力放大器。在混合動(dòng)力車(chē)和電動(dòng)車(chē)情況下采用ESP HEV（譯注：指用于混合動(dòng)力車(chē)的ESP）系統(tǒng)替代標(biāo)準(zhǔn)的ESP系統(tǒng)，正如前所述的那樣，這種系統(tǒng)能吸收制動(dòng)力矩，因此兩種系統(tǒng)既可選擇用于制動(dòng)操縱，又可用于制動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)也允許根據(jù)需要進(jìn)行組合，這些可能性和應(yīng)用情況示于圖4。
圖4 模塊化制動(dòng)系統(tǒng)的組合
例如自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）那樣的安全性功能需要較短的制動(dòng)行程，在該方面與當(dāng)今常規(guī)的ESP系統(tǒng)相比，iBooster能提供明顯較快的動(dòng)態(tài)制動(dòng)壓力建立效果，比在臨界狀況下的iBooster建立起全制動(dòng)壓力可快3倍，其制動(dòng)行程得以顯著縮短，因此能避免事故，同時(shí)可在發(fā)生不可避免撞車(chē)事故的情況下降低碰撞速度，從而減輕所有當(dāng)事人的受傷風(fēng)險(xiǎn)。
諸如轉(zhuǎn)向機(jī)、變速器或者加速踏板等車(chē)輛零部件的性能如今已能在許多車(chē)輛上進(jìn)行匹配及調(diào)整，采用iBooster時(shí)也能對(duì)制動(dòng)踏板進(jìn)行類(lèi)似操作（圖5），并且除了在舒適性或運(yùn)動(dòng)性之間開(kāi)展的性能選擇之外，還能對(duì)其行駛狀況進(jìn)行調(diào)整。除此之外，在整個(gè)車(chē)型平臺(tái)范圍內(nèi)，還能以相同的硬件設(shè)置滿足其局部的不同要求。
圖5 可調(diào)節(jié)的制動(dòng)踏板特性
4 在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域中的應(yīng)用
在自動(dòng)駕駛情況下，對(duì)于所有對(duì)安全性具有重要意義的系統(tǒng)，保證其較高的可使用性是絕對(duì)有必要的。在每種故障情況下，制動(dòng)系統(tǒng)都必須確保車(chē)輛實(shí)現(xiàn)安全停車(chē)功能而無(wú)需駕駛員的額外干預(yù)。目前由真空制動(dòng)力放大器和ESP組成的制動(dòng)系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)裝備，在該系統(tǒng)中無(wú)需駕駛員操控僅通過(guò)ESP就能建立起制動(dòng)壓力。如果應(yīng)用iBooster的話，那么系統(tǒng)就包括兩個(gè)制動(dòng)執(zhí)行器（iBooster和ESP），與這些執(zhí)行器和軟件中的其他措施相結(jié)合就能確保制動(dòng)功能的高效性。
在進(jìn)行正常操作時(shí)，由iBooster建立起車(chē)輛減速所需的制動(dòng)壓力，ESP系統(tǒng)調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力，以便即使是在彎道上過(guò)快行駛情況下或在光滑道路上也能確保車(chē)輛的穩(wěn)定行駛。為了即使在出現(xiàn)故障的情況下也能安全地停靠在道路邊緣，此外還需考慮到下列單項(xiàng)故障：
（1）iBooster故障：由ESP建立起液壓制動(dòng)壓力從而使車(chē)輛減速。
（2）ESP故障：由iBooster建立起液壓制動(dòng)壓力從而使車(chē)輛減速。
iBooster的調(diào)節(jié)不僅可確保車(chē)輛的縱向穩(wěn)定性，而且也可確保車(chē)輛的可轉(zhuǎn)向性。
用于高度自動(dòng)駕駛的iBooster和ESP的組合是一類(lèi)復(fù)雜的制動(dòng)系統(tǒng)，并得到了歐洲汽車(chē)零部件供應(yīng)商聯(lián)合會(huì)（Clepa）的表彰。
除了制動(dòng)力放大器實(shí)行電氣化之外，還提供了將制動(dòng)壓力建立單元和調(diào)節(jié)單元集成在一個(gè)器件中的可能性，Bosch公司目前正在致力于開(kāi)發(fā)該類(lèi)結(jié)構(gòu)型式。原則上，傳遞到車(chē)輪制動(dòng)器的液壓作用力也應(yīng)遵循未來(lái)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的要求，并考慮到純電動(dòng)結(jié)構(gòu)型式的可靠性、耐久性和成本。