汽車助力器：從真空到電動，存在著哪些變數？
當普通用戶在駕駛的時候，可能很少去關注過這樣一些現象：一個大全尺寸SUV和一個微型車的方向盤，操作起來都很輕便。制動踏板踩起來都很輕盈，并沒有因為SUV的巨大車重而變得沉...
當普通用戶在駕駛的時候，可能很少去關注過這樣一些現象：一個大全尺寸SUV和一個微型車的方向盤，操作起來都很輕便。制動踏板踩起來都很輕盈，并沒有因為SUV的巨大車重而變得沉重…
作為工程師來說，這當然不是問題，因為這有個叫‘助力系統’的機構存在，轉向有液壓幫助力、電動幫助力；制動系統有真空幫助力、氣壓幫助力、還有現在行業(yè)網紅的電動助力器，這些部件提供的幫助力，讓我們無論操縱起大型商用車，還是小微車輛，都靈活舒適。
今天我們就來聊聊電動助力器！
真空助力器的輝煌與尷尬
對于發(fā)動機來說，這個真空度無論你用與不用，它都在那里。所以發(fā)明真空助力器的工程師，也正是看中這與生俱來的能量來源，如果發(fā)動機沒有這一真空源，制動幫助力歷史就改寫了。
就目前市面上的車輛，尤其燃油車輛，幾乎都是真空助力器去當道。它的存在讓我們踩制動踏板的力大為減輕(可以嘗試，在發(fā)動機熄火的情況下，踩幾腳制動踏板，你還能踩得動？）
作為發(fā)動機的工程師來說，他的使命就是提高發(fā)動機燃燒效率，其中一條就是要充入更多的空氣進入氣缸，所以各種的措施都出來了,機械增壓、渦輪增壓……但在提高發(fā)動機進氣效率提高的同時，發(fā)動的真空度卻在降低，這顯然對制動幫助力不利。
在需要真空和抑制真空，這一博弈的過程中，毫無懸念，要妥協的是制動系統。因為提高發(fā)動機燃燒效率這是有利于環(huán)境、能源消耗的大課題。所以對于一些增壓發(fā)動機以及柴油機，底盤工程師們想出來一個折中或者叫妥協的辦法，就是增加一個真空泵來彌補真空度不足的情況，這是目前來說比較經濟的做法了。
真空泵目前主要以電子真空泵（左下）和機械真空泵（右下）所示：
終極解決方案---電動助力器
在妥協讓步，折中方案的同時，其實工程師們也沒閑著，下一代的助力器已經產生了，那就是純電動助力器。因為各個供應商的命名不盡相同，諸如I-BOOST\E-BOOST\EVB….等等，為了避免針對某一產品的嫌疑，我們還是將所有這些統稱為電動助力器吧（聽起來很有80年代的鄉(xiāng)土感覺，就像那會兒聽到的‘XX牌的電視機、XX牌電冰箱’一樣）。
目前的電動助力器只是替換掉了傳統的真空助力器，制動力的傳遞介質還是制動液。
催生電動助力器出現的另一個原因，是近年來的電動車興起。因為電動車壓根沒有真空源，如果純粹用真空泵來提供真空，再用真空助力器提供幫助力。那著實有點畫蛇添足，用電來的多直接…另一個就是對能量回收的要求，雖然能量回收在傳統的助力器+ESP模塊上也可以實現，但用電動助力器來實現卻更簡單易行。
電動助力器功能詳解
跟任何一個新生事物一樣，都會趨于最合理的一種結構方式。電動助力器的驅動方式也從百家爭鳴，漸漸的演變?yōu)槲佪單仐U+齒輪齒條的方式。這點類似EPS的方式，之所所以采用這種方式，因為它的正向、逆向效率都能接受。
電動助力器如果按大的分類來說，可以分為解耦和非解耦。所謂解耦就是制動踏板踩的力并沒有直接作用在制動主缸，只克服一段彈簧力。作用在制動主缸上的推力是純電機產生的推力。而非解耦結構則類似傳統助力器的方式，踏板力和電機力同時作用在主缸上。如果體現在結構上，就是電動助力器推桿部分是否存在一個解耦間隙，如下圖:
不要小看這一點間隙，它是實現能量回收的關鍵所在。下面我們就聊聊電動助力器的匹配以及工作過程。
踏板感覺，在電動助力器選型（電機容量）布置完成之后，第一件要做的事情是踏板感覺的匹配，千萬不要被匹配這個詞眼給嚇倒。電動助力器的踏板感覺匹配其實沒那么神秘，在單純踏板感覺匹配階段不考慮整車的減速度。
唯一考量的就是人機踏板力和踏板行程的舒適性，也就是類似車輛靜止踩制動踏板，找到一個舒適的踏板力和行程的對應關系，最終決定的其實就是踏板模擬彈簧剛度。
在完成了踏板感覺匹配之后，就是如何將踏板感覺跟整車減速度關聯起來，這就是電機的驅動幫助力的設定。比如踏板踩20mm時對應的輸出壓力，我們將之轉變?yōu)殡姍C驅動齒條能達到的堵轉電流，當電流達到額定電流的時候就開始保壓。這個過程中，解耦間隙始終是存在。
這里有個問題，電機如何知道踏板踩了多少？別急，這里有個叫行程傳感器的東西。它監(jiān)控踏板踩出的行程，發(fā)給ECU，ECU根據行程換算成電機堵轉電流來驅動電機。
能量回收如何實現？目前，能量回收主要是針對EV\PHEV車輛來說的，應用其驅動電機反拖發(fā)電來制動，并將車輛動能轉化為電能對電池進行充電。
具體到技術層面就是，踩下制動踏板（一定的行程范圍內），系統不能有液壓作用到卡鉗之上，同時電機接受到踏板行程信號，并將其轉化為反拖發(fā)電負荷（阻值）進行發(fā)電。那反應到電動助力器上是如何實現，其實就是，踏板走而驅動電機不轉，此時的踏板行程只反應到解耦間隙的減小之上。
助力失效后的操作，只要是機械部件，都存在失效的可能，那如果電動助力器的電動助力部分失效了該如何制動？在電動助力器上，其實就是推桿前行，直到解耦間隙消失，推桿和齒條活塞剛性接觸，此時只能通過推桿沒有幫助力的情況下推動活塞建壓，但必須滿足2.44m/s^2的減速度要求。
自動駕駛模式下的主動建壓，隨著AEB\ACC的普及以及更高級的LV3自動駕駛的熱潮，作為車輛縱向主動控制之一的主動制動，在電動助力器的車輛上實現起來并不難，以AEB為例，助力器ECU接受到來自雷達的減速度信號，并將該減速度信號轉化為電機的堵轉電流來驅動電機，此時踏板行程的信號將被置零（始終有效）。結果就是電機驅動渦輪蝸桿、齒輪齒條推動主缸建壓，而踏板則原地不動。此時的解耦間隙擴大。
電動助力器將是趨勢
技術的發(fā)展就是一個革命的過程。而現在的趨勢，電動助力取代其他助力方式的趨勢不變，EPS的裝機量已經超過了HPS，從零部件數量上來說，EPS少了油泵、油壺、管路、還有轉向油等等，取而代之的只是一個帶有助力電機的轉向機。
對于助力器來說，面臨的挑戰(zhàn)也許沒有HPS這么尖銳，但電動助力所提供的功能是傳統真空助力系統所無法比擬的，尤其能量回收、主動建壓這塊。另外電動助力器的應用也進一步解放了發(fā)動機的限制，不需要在背負真空泵、管路。
當然了，電動化帶來的后果是耗電量的增加，所以發(fā)電機的功率和負荷將會升高，但二者相比取其利，電動助力器將是趨勢。關于汽車助力器的分享就到這里啦，希望對朋友們有所幫助。如果大家有什么疑問歡迎在文末給我們留言，也可在APP上向相關的前輩公開或者單獨地咨詢，
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