毫无疑问,汽车的制动器是驾驶安全的第一道防线之一,因此,汽车制造商已经投资并将继续投入大量投资以升级汽车制动系统。
汽车制动器使用机械装置(如电缆)发挥作用,但随著时间的推移,驱动已经现代化,包括液压、气动和电动方法或这些方法的组合。
电液制动驱动被认为是朝著线控制动系统迈出的第一步。这是一种由博世部分开发的机制,并在接近千禧年之际由梅赛德斯-奔驰首次部署。
虽然传统的液压制动器纯粹通过使用液压油管将压力从制动踏板传递到卡钳来工作,但在电动液压系统中,传感器测量驾驶员施加在踏板上的压力量。这些信号由电子控制单元 (ECU) 解释,并在考虑其他参数(如车辆速度)后,通过液压迴路和电磁阀操作制动器。这消除了驾驶员和车轮制动器之间的任何直接物理连接。
这样的系统具有巨大的潜力,包括在紧急停止的情况下提高施加的制动压力。这使汽车制造商能够集成自动紧急制动 (AEB) 功能,其中车辆可以监控前方道路并在需要时应用制动,而无需驾驶员干预。
当今市场上的电液驱动系统相对于传统的液压变体具有各种优势,包括:
1、锁定时间:这是制动系统可以达到所需压力的时间。在传统的液压制动系统中,这在 300 到 600 毫秒 (ms) 之间。在电动液压系统的情况下,锁定时间在 150 毫秒左右减半,一些解决方案也达到了 120 毫秒。快速提供更多的制动力特别有利于一些需要更高制动力的传统内燃机车辆,例如高性能和豪华车或皮卡车。这就是为什麽首批配备电动液压驱动系统的车型之一是 ICE 车辆,即 Alfa Romeo Giulia。
2、能量回收:将制动动能转化为电能的能力,替代推进车辆可以用来提高电池续航里程和效率。这就是为什麽今天使用电动液压系统的车辆中有 90% 以上是全电动 (BEV) 或混合动力 (HEV/PHEV) 的原因。替代推进车辆的回收率在 15-30% 之间,导致 BEV 的续航里程增加约 25-30%。
3、排放:电液制动系统可将二氧化碳排放量每公里减少约 5 克。这种减少与车辆质量减重 50 公斤的策略相当;相当显著的成就。
4、重量:实现的重量减轻在 30% 的范围内,特别是在集成到一个组件中的单箱电液系统的情况下。目前市场上的一箱解决方案重量在 4 到 5 公斤之间,而传统系统(带有分离的真空助力器、主缸等)在 6 公斤范围内。
技术增长
鑑于上述优势,电液制动驱动系统的需求预计在未来两年内几乎翻一番也就不足为奇了。预计到 2026 年,这一数字将继续上升到超过 2800 万台,从而导致市场估值从 2020 年的近 30 亿美元增长到 2026 年的超过 70 亿美元。这意味著电液制动驱动将从 13 2021 年的市场份额(在整个制动驱动系统市场中)的百分比在五年内达到 29% 左右。
一些汽车制造商,如通用汽车、特斯拉和丰田等,已经在他们的各种车辆平台上採用了该系统 - 其详细信息概述如下:
丰田:由于替代推进车辆在其产品组合中的高渗透率,现在并且将继续是使用电动液压系统最多的原始设备制造商。在寻找诸如卡罗拉之类的铭牌时,电动液压驱动系统的安装量将在五年内几乎翻一番。
通用汽车和福特:电动液压动作系统用例将不仅由电气化驱动,而且由福特 Everest 等皮卡驱动。一个完美的例子是 GM T1XX 平台,该平台採用 ZF TRW 的变体,以改善雪佛兰 Silverado 等高功率车辆的操控性。
大众:与其他德国原始设备制造商一样,大众集团採用该技术是因为其电动和混合动力汽车在其产品线中的渗透率较低。现在,随著专用电动 MEB 平台的推出,电液驱动系统的单元有望随著 OEM 的电动汽车产量而增长。
特斯拉:作为新的 BEV OEM,所有特斯拉铭牌都包括电液制动器,Model S 配备博世的 i-booster 系统。
随著时间的推移,预计电动液压制动驱动将渗透到所有车辆细分市场,但增长在 C 级细分市场尤为明显。儘管目前它的销量约为 300 万辆,但 IHS Markit 数据预测,到 2026 年,它的销量将增至近 1000 万辆,这意味著在五年时间内将增长 230%。
B-、D- 和 E- 细分市场的需求预计在同一时期也将急剧增长 150%(120 万至 300 万辆); 120%(470 万至 1040 万台);和 140%(180 万至 440 万台)。这可以归因于这样一个事实,即随著车辆自动化攀登更高的高度,该技术被视为自动制动功能的推动者。因此,该组件的供应商将通过专注于电动液压制动驱动和线控制动系统而获益。
回到电动液压系统相对于传统液压系统的锁定时间优势,这种减少完全启动制动器的时间将是 L4-L5 自动驾驶车辆的基础,其中 ECU 之间的快速通信将是安全原因。
外表
综上所述,有人可能会说电动液压系统似乎注定要成为底盘领域的新商品。正如 EPS 已经成为转向。然而,技术不可能达到这些高度的原因在于其成本。
传统的液压驱动系统(在最佳解决方案中)由制动助力器和 ESC(电子稳定控制系统)组成,与採用两箱配置的电动液压驱动系统相比,OEM 的成本降低了约 50-60%。值得注意的是,与一体式解决方案相比,液压系统便宜 80-90%。
儘管各个汽车细分市场的渗透率有所提高,但这个价格点对于大众市场的原始设备制造商来说仍然相对过高。该系统的複杂性也意味著它的成本不太可能在大批量生产时大幅降低。 IHS Markit 预测电液系统的价格将下降约 5-6%,主要受 ECU 成本下降和产量增加的推动。
从长远来看,液压管路将在完全电气化和自动化的未来变得过时。虽然电动液压系统可以而且很可能会用于自动驾驶汽车,但它们将慢慢被完全不包括流体管路的机电变体所取代。
这可能会进一步提高车辆的性能和操控性,使系统与将“驱动”未来汽车的人工智能更加兼容。许多供应商现在都在研究这个系统,IHS Markit 的数据表明,配备这种解决方案的首批车型将在 2027 年左右出现。
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