博世ibooster介紹

在汽車技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，制動(dòng)系統(tǒng)作為汽車安全的核心組件之一，也在不斷演進(jìn)。博世作為全球汽車零部件領(lǐng)域的領(lǐng)軍者，其推出的 iBooster 制動(dòng)系統(tǒng)，以創(chuàng)新的技術(shù)理念和卓越的性能表現(xiàn)，成為汽車制動(dòng)技術(shù)發(fā)展歷程中的重要里程碑，為現(xiàn)代汽車的安全性、節(jié)能性和智能化發(fā)展注入了新的活力。

一、技術(shù)原理與創(chuàng)新設(shè)計(jì)

（一）工作原理

博世 iBooster 是一種機(jī)電伺服制動(dòng)助力系統(tǒng)，它革新了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的真空助力方式。在傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中，真空助力器依賴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管產(chǎn)生的真空度來輔助制動(dòng)，而 iBooster 則采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)制動(dòng)助力。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，踏板行程傳感器會(huì)迅速感知踏板的動(dòng)作，并將這一信號(hào)傳輸至電子控制單元（ECU）。ECU 根據(jù)車速、車輛動(dòng)態(tài)信息以及駕駛員的制動(dòng)需求等多方面數(shù)據(jù)，精確計(jì)算出所需的制動(dòng)力大小。隨后，ECU 向電機(jī)發(fā)出指令，電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)將扭矩放大，并與駕駛員施加在踏板上的力相結(jié)合，共同推動(dòng)制動(dòng)主缸產(chǎn)生制動(dòng)液壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車輛的制動(dòng)。這種由電子系統(tǒng)精確控制的制動(dòng)助力方式，相較于傳統(tǒng)真空助力，具有更高的響應(yīng)速度和制動(dòng)力調(diào)節(jié)精度。

1. 信號(hào)采集

當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，踏板行程傳感器會(huì)實(shí)時(shí)感知踏板的位移變化。這個(gè)傳感器就像系統(tǒng)的 “眼睛”，能精確地將踏板的位置信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并迅速傳輸給電子控制單元（ECU）。同時(shí)，車輛的其他傳感器，如車速傳感器、輪速傳感器等，也會(huì)將車輛的實(shí)時(shí)行駛狀態(tài)信息，如車速、車輪轉(zhuǎn)速等，一并傳遞給 ECU。

2. 信號(hào)處理與指令生成

ECU 是 iBooster 系統(tǒng)的 “大腦”，它接收來自踏板行程傳感器以及其他車輛傳感器的信號(hào)后，會(huì)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算和分析。ECU 會(huì)根據(jù)這些輸入信號(hào)，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的算法和邏輯，精確計(jì)算出當(dāng)前情況下所需的制動(dòng)力大小。例如，在高速行駛時(shí)緊急制動(dòng)和低速行駛時(shí)緩慢制動(dòng)，所需的制動(dòng)力是不同的，ECU 能夠準(zhǔn)確判斷并計(jì)算出相應(yīng)的數(shù)值。然后，ECU 會(huì)向永磁同步電機(jī)（PMSM）發(fā)出指令，這個(gè)指令包含了電機(jī)需要輸出的扭矩大小和轉(zhuǎn)動(dòng)方向等信息。

3. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)與減速增扭

接收到 ECU 指令后，永磁同步電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)本身輸出的是高速低扭矩的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但在制動(dòng)助力過程中，需要的是低速高扭矩的動(dòng)力輸出。因此，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)首先會(huì)傳遞到減速機(jī)構(gòu)。iBooster 通常采用多級(jí)減速設(shè)計(jì)，比如兩級(jí)齒輪機(jī)構(gòu)和一級(jí)螺母螺桿減速機(jī)構(gòu)。通過這些減速機(jī)構(gòu)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速被降低，而扭矩則被大幅度放大。經(jīng)過減速增扭后的動(dòng)力，能夠滿足制動(dòng)助力所需的較大扭矩要求。

4. 制動(dòng)助力實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過減速增扭后的動(dòng)力，會(huì)與駕駛員施加在制動(dòng)踏板上的力進(jìn)行耦合。具體來說，電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的助力通過機(jī)械結(jié)構(gòu)，與駕駛員踩踏板的力共同作用于制動(dòng)主缸推桿上。推桿將力傳遞給制動(dòng)主缸，使制動(dòng)主缸內(nèi)的制動(dòng)液產(chǎn)生壓力。這個(gè)壓力通過制動(dòng)管路傳遞到各個(gè)車輪的制動(dòng)器上，如剎車卡鉗或剎車分泵，從而推動(dòng)制動(dòng)蹄片或制動(dòng)摩擦片與車輪的制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓接觸，產(chǎn)生摩擦力，實(shí)現(xiàn)車輛的制動(dòng)。

5. 能量回收協(xié)同（在新能源汽車中）

在新能源汽車中，iBooster 還能與電子穩(wěn)定程序混合動(dòng)力版（ESP HEV）協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)能量回收。當(dāng)車輛減速或制動(dòng)時(shí)，iBooster 系統(tǒng)會(huì)根據(jù) ECU 的指令，精確控制制動(dòng)液壓，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠在最佳狀態(tài)下進(jìn)行能量回收。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不再消耗電能，而是作為發(fā)電機(jī)工作，將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存到電池中。通過這種方式，在車輛行駛過程中，約有 30% 的續(xù)航里程可通過能量回收來實(shí)現(xiàn)，有效提升了新能源汽車的能源利用效率和續(xù)航里程。

6. 制動(dòng)結(jié)束與復(fù)位

當(dāng)駕駛員松開制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)踏板上的力消失。此時(shí)，制動(dòng)主缸內(nèi)的壓力降低，制動(dòng)液回流。同時(shí)，iBooster 系統(tǒng)中的回位彈簧會(huì)發(fā)揮作用，推動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)部件恢復(fù)到初始位置，為下一次制動(dòng)做好準(zhǔn)備。

（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

iBooster 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊且精巧，集成了多種先進(jìn)的部件。以第二代 iBooster 為例，其主要由 ECU、輸入推桿、永磁同步電機(jī)（PMSM）、減速機(jī)構(gòu)、耦合裝置、回位彈簧、助力閥體、制動(dòng)主缸總成及位移差傳感器等構(gòu)成。與第一代產(chǎn)品相比，第二代 iBooster 在多個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)。在減速機(jī)構(gòu)方面，一代產(chǎn)品采用兩級(jí)減速，分別為蝸輪蝸桿和齒輪齒條；而二代則升級(jí)為三級(jí)減速，包括兩級(jí)齒輪機(jī)構(gòu)和一級(jí)螺母螺桿減速機(jī)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)使得減速比更大，傳動(dòng)效率更高，運(yùn)動(dòng)也更加平穩(wěn)。在傳感器配置上，一代使用兩個(gè)傳感器，即電機(jī)轉(zhuǎn)角傳感器和助力器推桿絕對(duì)位置位移傳感器；二代則僅采用一個(gè)位移差傳感器，簡化了結(jié)構(gòu)的同時(shí)，依然能夠精準(zhǔn)地獲取制動(dòng)相關(guān)信息。此外，在電機(jī)參數(shù)上，一代電機(jī)具有 18 個(gè)定子線圈和 14 個(gè)磁極，二代電機(jī)調(diào)整為 12 個(gè)定子線圈和 8 個(gè)磁極，使得電機(jī)性能更加優(yōu)化。在外殼工藝上，一代采用鑄造工藝，而二代采用沖壓工藝，使得殼體更加輕薄，同一尺寸下，二代產(chǎn)品體積更小、重量更輕，這對(duì)于提升整車的輕量化水平具有積極意義。

關(guān)鍵部件

1. 電機(jī)：圖中位于下方的圓柱形部件是電機(jī)，通常為永磁同步電機(jī)（PMSM）。電機(jī)是iBooster的動(dòng)力源，通過電子控制單元（ECU）的指令驅(qū)動(dòng)，為制動(dòng)助力提供動(dòng)力。

2. 減速機(jī)構(gòu)：在電機(jī)上方可以看到多級(jí)齒輪結(jié)構(gòu)，這就是減速機(jī)構(gòu)。博世iBooster采用多級(jí)減速設(shè)計(jì)，例如圖中可能包含兩級(jí)齒輪機(jī)構(gòu)和一級(jí)螺母螺桿減速機(jī)構(gòu) 。通過減速機(jī)構(gòu)，電機(jī)的高速低扭矩輸出轉(zhuǎn)化為低速高扭矩輸出，以滿足制動(dòng)助力所需的較大扭矩。

3. 制動(dòng)主缸：位于圖左側(cè)的筒狀部件是制動(dòng)主缸。制動(dòng)主缸在制動(dòng)過程中產(chǎn)生制動(dòng)液壓，通過液壓系統(tǒng)將制動(dòng)力傳遞到車輪制動(dòng)器上。在iBooster系統(tǒng)中，電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的助力會(huì)推動(dòng)制動(dòng)主缸，從而增加制動(dòng)液壓。

4. 推桿和傳感器：圖中可以看到連接制動(dòng)踏板的推桿，推桿上可能配備有位移傳感器。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，推桿的位移會(huì)被傳感器檢測到，并將信號(hào)傳輸給ECU。ECU根據(jù)這些信號(hào)以及其他車輛狀態(tài)信息，計(jì)算出所需的制動(dòng)力，并控制電機(jī)輸出相應(yīng)的助力。

5. 回位彈簧：圖中還可以看到一些彈簧結(jié)構(gòu)，這些彈簧用于在制動(dòng)結(jié)束后幫助系統(tǒng)部件恢復(fù)到初始位置，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行和可靠性。

二、性能優(yōu)勢

（a）制動(dòng)響應(yīng)與精準(zhǔn)度

傳統(tǒng)制動(dòng)助力多采用真空助力方式，依賴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管產(chǎn)生的真空度來輔助制動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)初期或一些特殊工況下（如發(fā)動(dòng)機(jī)故障、渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷時(shí)等），真空度可能不足，導(dǎo)致制動(dòng)助力效果減弱，制動(dòng)響應(yīng)延遲。并且，真空助力系統(tǒng)的響應(yīng)速度相對(duì)較慢，從駕駛員踩下制動(dòng)踏板到真空助力系統(tǒng)完全起作用，需要一定的時(shí)間。iBooster 最顯著的性能優(yōu)勢之一在于其出色的制動(dòng)響應(yīng)速度和精準(zhǔn)度。在緊急制動(dòng)情況下，傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)由于真空助力的響應(yīng)延遲，往往需要一定時(shí)間才能建立起足夠的制動(dòng)壓力。而 iBooster 通過電子控制和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)迅速建立制動(dòng)壓力。例如，在自動(dòng)緊急制動(dòng)場景中，iBooster 可以在 190 毫秒內(nèi)啟動(dòng)完全制動(dòng)，整車1g制動(dòng)請(qǐng)求響應(yīng)達(dá)到95%時(shí)，只需要350ms以內(nèi)，這一速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)，傳統(tǒng)制動(dòng)同樣條件時(shí)間在600ms左右，為避免碰撞或減輕碰撞程度贏得了寶貴的時(shí)間。同時(shí)，iBooster 能夠根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)和駕駛員的制動(dòng)意圖，精確地調(diào)節(jié)制動(dòng)力的大小，使制動(dòng)過程更加平穩(wěn)、線性，有效避免了因制動(dòng)力過大或過小導(dǎo)致的車輛失控或制動(dòng)距離過長等問題，極大地提升了制動(dòng)的安全性和舒適性。

（b）能量回收效率

傳統(tǒng)的制動(dòng)助力系統(tǒng)在制動(dòng)過程中，車輛的動(dòng)能主要通過制動(dòng)器轉(zhuǎn)化為熱能散失掉，無法實(shí)現(xiàn)能量的回收利用，對(duì)于燃油車而言，這意味著能量的浪費(fèi)；對(duì)于新能源汽車來說，更是影響了車輛的續(xù)航里程。

在新能源汽車日益普及的今天，能量回收系統(tǒng)對(duì)于提升車輛續(xù)航里程至關(guān)重要。iBooster 與 ESP HEV（電子穩(wěn)定程序混合動(dòng)力版）協(xié)同工作，能夠?qū)崿F(xiàn)近乎 100% 的制動(dòng)能量回收，在車輛行駛過程中，約有 30% 的續(xù)航里程可通過能量回收來實(shí)現(xiàn)，即使在擁堵路段頻繁制動(dòng)的情況下，也能保持能量的有效回收，為整車綜合續(xù)航里程提升約 10%。當(dāng)車輛減速制動(dòng)時(shí)，iBooster 能夠精確控制制動(dòng)液壓，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠在最佳狀態(tài)下進(jìn)行能量回收，將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存起來，從而減少了車輛對(duì)電池電能的消耗，提高了能源利用效率，這對(duì)于緩解新能源汽車的續(xù)航焦慮具有重要意義。

（c）踏板特性與駕駛體驗(yàn)

傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)踏板的特性（如踏板行程、力度反饋等）由機(jī)械結(jié)構(gòu)決定，一旦車輛設(shè)計(jì)定型，踏板特性就難以改變，無法滿足不同駕駛員對(duì)踏板腳感的個(gè)性化需求，也不能根據(jù)車輛的不同駕駛模式（如運(yùn)動(dòng)模式、舒適模式等）進(jìn)行調(diào)整。

iBooster 使得制動(dòng)踏板的特性可以通過軟件進(jìn)行靈活調(diào)整。汽車制造商可以根據(jù)不同車型的定位和駕駛風(fēng)格需求，對(duì)踏板的行程、力度反饋等進(jìn)行個(gè)性化標(biāo)定。例如，對(duì)于追求運(yùn)動(dòng)性能的車型，可以將踏板調(diào)校得更加靈敏，讓駕駛員感受到更直接、更強(qiáng)勁的制動(dòng)反饋；而對(duì)于注重舒適性的車型，則可以將踏板調(diào)校得更加柔和，使制動(dòng)過程更加平穩(wěn)、舒適。這種可調(diào)節(jié)的踏板特性不僅提升了駕駛體驗(yàn)的多樣性，還能更好地滿足不同用戶對(duì)于駕駛感受的個(gè)性化需求，讓駕駛員在制動(dòng)過程中能夠更加精準(zhǔn)地控制車輛，增強(qiáng)了駕駛的信心和安全感。

（d）系統(tǒng)集成與車輛適配性

傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立，與車輛其他電子系統(tǒng)的集成度較低，在應(yīng)對(duì)車輛智能化、電動(dòng)化發(fā)展趨勢時(shí)，兼容性和擴(kuò)展性較差。例如，在自動(dòng)駕駛技術(shù)應(yīng)用中，傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度難以滿足自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)的高要求。

博世 iBooster 制動(dòng)系統(tǒng)：具有高度的集成化和智能化，能夠與車輛的其他電子系統(tǒng)（如自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)等）進(jìn)行深度融合。它可以根據(jù)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的指令，獨(dú)立、迅速地建立制動(dòng)壓力，實(shí)現(xiàn)車輛的精確制動(dòng)，并且與博世的 ESP 系統(tǒng)配合，為自動(dòng)駕駛車輛提供制動(dòng)系統(tǒng)冗余，滿足自動(dòng)駕駛對(duì)安全性的嚴(yán)格要求，更好地適配車輛智能化、電動(dòng)化的發(fā)展趨勢。

三、技術(shù)參數(shù)

1. 電機(jī)最大推力：6.2 kN ，博世iBooster制動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)能夠提供的最大助力為6200牛頓。較大的電機(jī)推力意味著在制動(dòng)過程中，系統(tǒng)可以為駕駛員提供更強(qiáng)勁的助力，尤其是在緊急制動(dòng)情況下，能更快地建立起足夠的制動(dòng)力，有效縮短制動(dòng)距離，提升行車安全性。

2. 工作電壓：9.8 - 16 V（主要工作區(qū)間）。

3. 需求空間：與傳統(tǒng)真空助力器相同，這意味著博世iBooster在車輛上的安裝空間需求與傳統(tǒng)的英寸真空助力器相當(dāng)。這樣的設(shè)計(jì)使得汽車制造商在將傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)升級(jí)為iBooster系統(tǒng)時(shí)，無需對(duì)車輛的制動(dòng)系統(tǒng)安裝布局進(jìn)行大幅改動(dòng)，降低了改裝和生產(chǎn)的成本與難度，同時(shí)也提高了產(chǎn)品的通用性和適配性。

4. 重量：4.4 - 4.8 kg，相對(duì)較輕的重量有助于減少車輛的整體負(fù)重，對(duì)于提升車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性（在燃油車中）或續(xù)航里程（在新能源車中）具有積極作用。同時(shí)，較輕的重量也有利于車輛的前后重量分配優(yōu)化，提升車輛的操控性能。

5. 耗電量：<1A / 10bar（舒適模式），在舒適模式下，當(dāng)制動(dòng)壓力達(dá)到10bar時(shí)，系統(tǒng)的電流消耗小于1安培。對(duì)車輛電能的消耗較少，有助于減少車輛電池的負(fù)擔(dān)，特別是在新能源汽車中，有利于延長電池的使用時(shí)間和車輛的續(xù)航里程。

6. 電機(jī)功率：機(jī)械功率最大450W，較高的電機(jī)功率保證了系統(tǒng)在各種工況下都能提供足夠的助力，無論是在低速行駛還是高速行駛時(shí)的制動(dòng)過程中，都能滿足車輛對(duì)制動(dòng)力的需求，確保制動(dòng)性能的可靠性和穩(wěn)定性。

四、應(yīng)用場景與市場影響

（一）在新能源汽車中的應(yīng)用

隨著全球汽車產(chǎn)業(yè)向新能源方向轉(zhuǎn)型，iBooster 在新能源汽車領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。新能源汽車由于沒有傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，無法為真空助力制動(dòng)系統(tǒng)提供真空源，iBooster 的出現(xiàn)恰好解決了這一難題。無論是純電動(dòng)汽車還是混合動(dòng)力汽車，iBooster 都能夠?yàn)槠涮峁└咝?、可靠的制?dòng)助力。例如，吉利幾何 C 搭載了博世 iBooster 能量回收系統(tǒng)，配合 ESP HEV，極大地提升了車輛的續(xù)航能力。在新能源汽車市場競爭日益激烈的今天，iBooster 憑借其卓越的性能，成為眾多新能源汽車制造商提升產(chǎn)品競爭力的重要選擇，推動(dòng)了新能源汽車技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

（二）對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展的支持

自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)提出了更高的要求，需要制動(dòng)系統(tǒng)具備快速響應(yīng)、精準(zhǔn)控制以及冗余安全等特性。iBooster 的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)使其能夠很好地滿足這些需求。在自動(dòng)駕駛模式下，iBooster 可以根據(jù)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的指令，獨(dú)立、迅速地建立制動(dòng)壓力，實(shí)現(xiàn)車輛的精確制動(dòng)。同時(shí)，iBooster 與博世的 ESP 系統(tǒng)配合，為自動(dòng)駕駛車輛提供了制動(dòng)系統(tǒng)冗余，滿足了自動(dòng)駕駛對(duì)安全性的嚴(yán)格要求。例如，在自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)中，iBooster 能夠快速響應(yīng)并準(zhǔn)確施加制動(dòng)力，避免車輛碰撞，為自動(dòng)駕駛技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的保障，助力自動(dòng)駕駛技術(shù)從理論研究向?qū)嶋H商業(yè)化應(yīng)用邁進(jìn)。

（三）市場競爭格局與行業(yè)推動(dòng)

博世 iBooster 的推出，對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)市場的競爭格局產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。作為一項(xiàng)具有創(chuàng)新性和前瞻性的技術(shù)，iBooster 為博世在汽車制動(dòng)領(lǐng)域贏得了顯著的競爭優(yōu)勢，吸引了眾多汽車制造商的關(guān)注和合作。同時(shí)，iBooster 也激發(fā)了其他汽車零部件供應(yīng)商加大在制動(dòng)技術(shù)研發(fā)方面的投入，推動(dòng)了整個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。在市場需求的驅(qū)動(dòng)下，越來越多的汽車品牌開始采用 iBooster 或類似的先進(jìn)制動(dòng)技術(shù)，促使制動(dòng)系統(tǒng)市場不斷向高端化、智能化方向發(fā)展，為消費(fèi)者帶來更加安全、高效、舒適的汽車產(chǎn)品。