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EMB电子机械制动何时落地?

佐思汽车研究  · 公众号  ·  · 2025-01-15 17:17

正文



E MB不是什么新技术,早在2011年的奥迪Q5就使用了EMB,实际目前电子驻车EPB也是不折不扣的EMB,只不过制动力小一点而已。


汽车制动技术发展里程

图片来源:网络


图片来源: 网络


目前乘用车领域主要是EHB,商用车领域是EBS,商用车有可能在2027年以后导入EMB。EHB是电液压制动,EBS是电空气压缩制动。EMB最大的优势是无需任何制动液或空气,无需制动管路,也就没有泄露风险。


图片来源:网络


2024年3月,欧盟基本完成了R13标准,商用车已经有可能落地了。2025年初已经开始制定乘用车的EMB标准即R13H。2024年4月,华为发布了DriveONE纯电智动(EMB方案),并与江淮汽车在EMB领域展开深度合作。这一方案通过驱动和制动系统的融合控制,旨在大幅缩短刹车距离和高速避障距离,提供更安全、更舒适的驾乘体验。CN202410235108、CN202410391814、CN202410487214、CN202410681141则是华为针对EMB提出的多项专利。


目前乘用车领域还是无法全面使用EMB,必须是EHB与EMB混合使用或者说EMB只能用于后轮,也就是通常所说的前湿后干。


奥迪的EMB

图片来源:奥迪


图片来源:Brembo


知名卡钳大厂Brembo在2022年推出与奥迪EHCB类似的SENSIFY系统,也是前湿后干。


EBS制动系统

图片来源:CLEPA


上图是商用车制动系统,空气压缩机是能量来源,我们能看到庞大的气罐,气体可靠性比液压还要略低一点,但压缩气体的制动力比液压要高,商用车的制动力要求更高,因此商用车都是用EBS系统。


欧洲的商用车EMB系统

图片来源:CLEPA


这个商用车EMB系统需要添加一个800V系统,一个系统是DC/DC变换,将800伏转换为49伏送给EMB电机,另一个转换24伏送给EMB的ECU。这是中间阶段,还需要压缩气体,不过把空压机改成了电机。


图片来源:CLEPA


欧洲人制定的商用车EMB目标,彻底放弃气体管道。


气动制动与EMB制动的对比

图片来源:CLEPA


CLEPA的GRVA工作组制定的乘用车EMB系统框架

图片来源:CLEPA


图片来源:奥迪


EMB卡钳,与EPB最大区别是EMB用行星齿轮来传递电机的转矩,EPB用链带来传递,因为EPB不需要太大的制动力。


EMB原理

图片来源:网络


对乘用车四轮EMB来说,最大的难题是磁体的耐温。显然,EMB需要足够的制动力,而EMB只能在轮毂内,严格讲是在卡钳上,这个体积相当小,乘用车中SUV最大轮毂是22英寸,轿车差不多就是20英寸。体积小,又需要高功率,永磁电机是效率最高的,基本可以达到97%,所以EMB只能用永磁无刷直流电机。


根据电磁学原理,电磁转矩可以用以下公式来计算:

T = k * B * I * sin(θ)


其中,T表示电磁转矩,k是一个比例系数,B表示磁场的强度,I表示电流的大小,θ表示磁场和电流之间的夹角。这个公式描述了电磁转矩与磁场、电流之间的关系。电流大小受限于导线线径,有上限。要提高转矩主要就是提高B。


NdFeB钕铁硼的磁性是所有磁性材料中最强的,并且在较小的体积内具有较大的磁能积(B⋅H)max,这也是近年来电动汽车电机得到大规模普及的原因。但工作温度相对较低、易腐蚀的缺点也非常明显。钕铁硼还有一个特点,就是成本低,因为钕、铁、硼都是地壳里常见的元素。


EV用的钕铁硼磁铁四种牌号

图片来源:网络


电动汽车用的钕铁硼磁铁只有N、M、H、SH四种牌号。它们的磁性能也是由低到高。N级钕铁硼磁铁的耐温很低,只有80℃。它们仅用于电动车把手。M级钕铁硼磁体可以在100℃以下工作,更广泛地应用于电动汽车电机。H级钕铁硼磁体耐温达到120℃,适合大功率电机。至于SH级的NdFeB磁体,虽其耐温为150℃,但由于价格非常高,现在使用得不多。


钕铁硼的电阻率是(1.44×l0ˉ)Ω·m,具有一定的导电性,会在交变磁场中产生涡流损耗。钕铁硼的导热率为7.7cal/m.h.°C,传热性差。此外受齿槽效应、定子磁场等因素影响,电机气隙中的谐波磁场很复杂。气隙中的谐波磁场以不同的速度相对于转子运动,在转子铁心和鼠笼条中感应电流,从而产生谐波损耗,使转子温度升高。转子温度可能超过120℃。要解决这种问题,最简单是钕铁硼磁体分段,不用一个整块。单钕铁硼通常是烧结或粘结的,一致性很难,均匀的磁场,电机的效率较高。否则就会陷入磁场不均匀→耗电量→加热温度升高→磁钢退磁→耗电量增加温度升高的循环。


在相同磁能积下,磁钢剩磁(Br)与内禀矫顽力成反比关系,内禀矫顽力越高,工作温度上限就越高。为了提高温度上限,通常需要添加镝铽,这两种金属价格都不低,2025年1月10日,氧化铽为590万元/吨,金属铽价格为730万元/吨,氧化镝价格为165.5万元/吨,金属镝价格为219万元/吨。温度上限高了,但磁强度低了。


还有一点,就是EMB的电机在轮毂里,路面的冲击震动不可避免,且只有轮胎没有任何缓冲,工作环境比坐在底盘悬架之上的电机要恶劣很多。钕铁硼是典型的脆性材料,钕铁硼要磁体强度高必须用烧结钕铁硼,烧结钕铁硼比粘结钕铁硼更脆,磁钢的硬度和抗压强度较高,但抗弯强度、抗拉强度和冲击韧性差。这就造成磁钢在加工、充磁和装配过程中容易出现掉角甚至开裂的情况。磁钢在组件及设备中通常需要用卡槽或粘胶方式固定,同时做好减震和缓冲保护。可以添加Cu、Ga等低熔点金属,改善晶界相分布可以增强磁钢韧性。添加Zr、Nb、Ti等高熔点金属,可以在晶界形成沉淀相,细化晶粒的同时可以抑制裂纹延伸,有助于改善强度和韧性;但过量添加高熔点金属,会造成磁材硬度过高,严重影响加工效率。实际生产过程中,磁材的磁性能与力学性能难以兼顾,受成本和性能需求限制,往往需要牺牲其易加工和装配性。


商用车的轮毂足够大,也比乘用车更需要EMB,气制动可靠性不够高,EMB要高的多。预计2026或2027年就有商用车使用EMB制动,乘用车大轮毂的SUV或许在2030年以后能上EMB。轿车则恐怕困难。


免责说明:本文观点和数据仅供参考,和实际情况可能存在偏差。本文不构成投资建议,文中所有观点、数据仅代表笔者立场,不具有任何指导、投资和决策意见。


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