新能源汽車技術(shù)原理與維修（11）

一、制動系統(tǒng)概述

制動系統(tǒng)是汽車安全系統(tǒng)。制動系統(tǒng)是汽車上用以使外界（主要是路面）在汽車某些部分（主要是車輪）施加一定的力，從而對其進(jìn)行一定程度的強制制動的一系列專門裝置（圖1）。

1.制動系統(tǒng)作用

制動系統(tǒng)的作用主要包括以下幾點。

（1）使行駛中的汽車按照駕駛員的要求進(jìn)行強制減速甚至停車。

（2）使已停駛的汽車在各種道路條件下（包括在坡道上）穩(wěn)定駐車。

（3）使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定。

2.制動系統(tǒng)分類

制動系統(tǒng)通常可分為行車制動系統(tǒng)、駐車制動系統(tǒng)、應(yīng)急制動系統(tǒng)及輔助制動系統(tǒng)等。用以使行駛中的汽車降低速度甚至停車的制動系統(tǒng)稱為行車制動系統(tǒng)；用以使已停駛的汽車駐留原地不動的制動系統(tǒng)則稱為駐車制動系統(tǒng)；在行車制動系統(tǒng)失效的情況下，保證汽車仍能實現(xiàn)減速或停車的制動系統(tǒng)稱為應(yīng)急制動系統(tǒng)；在行車過程中，輔助行車制動系統(tǒng)降低車速或保持車速穩(wěn)定，但不能將車輛緊急制停的制動系統(tǒng)稱為輔助制動系統(tǒng)。

新能源汽車的制動系統(tǒng)目前包括行車制動系統(tǒng)、駐車制動系統(tǒng)和輔助制動系統(tǒng)（電機(jī)饋能制動）。在行車制動方面，目前絕大多數(shù)廠商在新能源車中所采用的制動系統(tǒng)，都是在傳統(tǒng)能源車輛現(xiàn)有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)而來，即原有的真空助力器以及相關(guān)管路得到保留，管路的另一端連接電子真空助力泵。

當(dāng)傳感器監(jiān)測到助力器真空度不足時，電子真空助力泵開始工作，維持真空環(huán)境。不過，這樣的電子真空助力泵的噪音較大，此外更重要的是，電子真空助力泵的工作穩(wěn)定性以及壽命都不太適合當(dāng)做主要及唯一的真空源供應(yīng)部件（在傳統(tǒng)能源車輛汽車上，它只是輔助維持真空環(huán)境）。顯然，這樣的方案是來自傳統(tǒng)的汽車研發(fā)理念，而并非是站在新能源車的開發(fā)角度來解決問題。

電動汽車的制動方式應(yīng)考慮機(jī)械制動和電氣制動2種類型的結(jié)合，盡可能多地用回饋發(fā)電方式取代機(jī)械式制動。在電動汽車制動和下坡滑行時，通過控制系統(tǒng)將電動機(jī)的狀態(tài)改為發(fā)電狀態(tài)，將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能存儲于電池之中。這樣既可減小機(jī)械制動系統(tǒng)的損耗，又能提高整車能量使用效率，達(dá)到節(jié)約能源和提高電動汽車?yán)m(xù)駛里程的目的。

當(dāng)電動汽車減速和制動時，即切除電源時，電動汽車電機(jī)慣性轉(zhuǎn)動，此時通過電路切換，往轉(zhuǎn)子中提供相比而言功率較小的勵磁電源，產(chǎn)生磁場。該磁場通過轉(zhuǎn)子的物理旋轉(zhuǎn)，切割定子的繞組，于是定子感應(yīng)出電動勢，即逆電動勢。此時電動機(jī)反轉(zhuǎn)，功能與發(fā)電機(jī)相同，是一個將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，所產(chǎn)生的電流通過功率變化器接入蓄電池，即為能量回饋，至此制動能量回收過程完成。與此同時，轉(zhuǎn)子受力減速，形成制動力，這個總過程合稱再生制動。

目前博世公司推出了一套名為iBooster的智能化助力器（圖2），將傳統(tǒng)助力裝置的推桿和制動主缸之間的真空助力器改成了一套帶有控制器的電機(jī)，駕駛員踩下制動踏板時，只是傳遞一個電信號，制動壓力以及制動的速度均由控制單元判斷，并向電機(jī)發(fā)送執(zhí)行指令。從結(jié)構(gòu)上來說，它顛覆了傳統(tǒng)真空助力器的設(shè)計，從而徹底終結(jié)了制動系統(tǒng)對真空的依賴。

盡管對技術(shù)原理進(jìn)行了革新，但駕駛員在踩下制動踏板時，并不會察覺到變化，推力仍舊作用于后方推桿上。不過，在踏板行程變化的過程中，位置傳感器會監(jiān)測并向控制單元傳遞踏板行程信息，以此為依據(jù)結(jié)合實際工況計算出所需制動力。同樣，大陸公司也推出了一套與此功能相同的電液制動系統(tǒng)MK C1（圖3）。

制動系統(tǒng)電子化是未來汽車發(fā)展的一個趨勢，無論是電動車還是傳統(tǒng)采用內(nèi)燃機(jī)的汽車，這種制動系統(tǒng)都有著顛覆性的意義。電子制動是指正常工作時在制動踏板和制動器之間沒有機(jī)械連接，用電線取代部分或全部制動管路，并省去制動系統(tǒng)的很多閥。此外，在電子控制系統(tǒng)中設(shè)計相應(yīng)程序，操縱電控元件來控制制動力的大小以及各軸的制動力分配，可完全實現(xiàn)使用傳統(tǒng)制動系統(tǒng)所能達(dá)到的ABS及ASR等功能。

二、新能源制動系統(tǒng)類型

北汽新能源汽車的制動系統(tǒng)基本是在傳統(tǒng)汽車的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造升級，行車制動系統(tǒng)和駐車制動與傳統(tǒng)能源車輛基本沒有本質(zhì)上的區(qū)別，因此不再累述。

1.電機(jī)制動饋能控制

電機(jī)饋能制動控制策略及方法是各新能源主機(jī)廠整車控制系統(tǒng)的核心內(nèi)容-，因此我們也就是對其基本控制思路和方法給大家做一個介紹，

如圖4所示是北汽新能源車裝配的旋鈕式換擋手柄，其中紅色圈中的E擋就是電機(jī)饋能制動的選擇位置，能根據(jù)用戶不同需求改善能量回收強度及制動性能，妥善使用能量回收系統(tǒng)，可增加續(xù)航5%-15%。車輛前進(jìn)擋分2種，一種是D擋，另一種E擋經(jīng)濟(jì)模式。E擋行駛過程中，松開加速踏板時，車輛自動回收能量。回收強度可通過換擋旋鈕左上方“E+”和“E-”進(jìn)行選擇（圖5），在儀表中會進(jìn)行相應(yīng)的顯示。

電機(jī)制動饋能控制開關(guān)的電路圖如圖6所示，擋位傳感器的真值判斷表如表1所示，根據(jù)電路圖或表中數(shù)據(jù)，我們可以對開關(guān)的信號進(jìn)行故障分析及判斷。

眾所周知，在產(chǎn)生足夠制動力矩的同時，通過電機(jī)發(fā)電模式在制動的同時能回收的能量越多越好。但是，制動力矩的大小受到諸多因素的制約，因此，為保證可靠的制動效能，電動汽車必須保留傳統(tǒng)的機(jī)械摩擦制動系統(tǒng)，并與饋能制動組成混合制動結(jié)構(gòu)。這種混合制動系統(tǒng)可以按照2種制動系統(tǒng)工作的方式，分為串聯(lián)和并聯(lián)2種類型。

（1）串聯(lián)制動

串聯(lián)制動的原理如圖7所示。串聯(lián)制動的特點是電機(jī)饋能時的制動力達(dá)到其最大值時，機(jī)械摩擦制動系統(tǒng)才參與工作，以滿足車輛的制動需求。串聯(lián)制動需要與車輛的ABS集成控制，它能夠?qū)蝹€車輪的液壓制動力進(jìn)行單獨調(diào)整，并可以保證使用再生制動與路面附著（滑移率）所能容許的最大極限。很顯然，由于充分利用了再生制動，因此串聯(lián)制動將獲得最大的能量回收率。但是，串聯(lián)制動結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，需要集成的控制系統(tǒng)。

串聯(lián)制動系統(tǒng)的控制過程如圖8所示。根據(jù)駕駛員的制動命令，考慮到為保持車輛的穩(wěn)定制動而要求的前后輪制動力平衡，制動控制器分別計算需要由電動機(jī)和液壓制動系統(tǒng)提供的制動力，并給液壓制動系統(tǒng)和電動機(jī)控制器發(fā)出指令。電動機(jī)能夠提供的制動轉(zhuǎn)矩是電動機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)，該轉(zhuǎn)矩反饋回制動控制器。如果沒有達(dá)到需求的制動力矩，則需要由液壓制動系統(tǒng)予以彌補。由此可見，在串聯(lián)制動中，通過電動機(jī)制動和液壓制動之間的協(xié)調(diào)控制，可以最大化地利用電動機(jī)的制動轉(zhuǎn)矩，其能量回收率高。

（2）并聯(lián)制動

并聯(lián)制動的原理如圖9所示。與串聯(lián)制動不同，并聯(lián)制動是按一個固定的比例分配再生制動力和機(jī)械摩擦制動力。由于沒有充分發(fā)揮電機(jī)饋能制動力的作用，因此其回收的能量沒有串聯(lián)制動高。但并聯(lián)制動對傳統(tǒng)機(jī)械摩擦制動系統(tǒng)的改動少，結(jié)構(gòu)簡單，只需增加一些控制功能即可，成本低。

并聯(lián)制動系統(tǒng)的控制原理如圖10所示。根據(jù)駕駛員的命令，電動機(jī)控制器確定需要加在液壓制動基礎(chǔ)上的電動機(jī)制動轉(zhuǎn)矩，其大小由液壓主缸壓力確定。同樣，電動機(jī)制動轉(zhuǎn)矩是電動機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)。因此能夠加在液壓制動基礎(chǔ)上的電動機(jī)制動力要根基汽車的靜態(tài)制動力分配關(guān)系、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性、駕駛員的感覺和輪胎與路面附著極限綜合確定。很明顯，由于缺乏主動制動控制功能，在電動機(jī)制動和液壓制動系統(tǒng)之間不能進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。因此，并聯(lián)制動對電動機(jī)制動轉(zhuǎn)矩使用不充分，能量回收率低。

2.真空助力制動系統(tǒng)

傳統(tǒng)汽油機(jī)轎車的制動系統(tǒng)真空助力裝置的真空源來自于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管，真空度一般可達(dá)到0.05～0.07MPa。對于由傳統(tǒng)車型改裝成的純電動車或燃料電池汽車，發(fā)動機(jī)總成被拆除后，制動系統(tǒng)由于沒有真空動力源而喪失真空助力功能，僅由人力所產(chǎn)生的制動力無法滿足行車制動的需要，因此需要對制動系統(tǒng)真空助力裝置進(jìn)行改進(jìn)，而改進(jìn)的核心問題是產(chǎn)生足夠壓力的真空源，這就需要為制動系統(tǒng)增加電動真空泵（圖11）。

北汽新能源電動汽車電動真空助力系統(tǒng)工作過程如下（圖12）。

（1）當(dāng)駕駛員發(fā)動車輛時，12V電源接通，電子控制系統(tǒng)模塊開始自檢。

（2）如果真空罐內(nèi)的真空度小于設(shè)定值，真空壓力傳感器輸出相應(yīng)電壓值至控制器，此時控制器控制電動真空泵開始工作。

（3）當(dāng)真空度達(dá)到設(shè)定值后，真空壓力傳感器輸出相應(yīng)電壓值至控制器，此時控制器控制真空泵停止工作。

（4）當(dāng)真空罐內(nèi)的真空度因制動消耗，真空度小于設(shè)定值時，電動真空泵再次開始工作，如此循環(huán)。

目前北汽新能源的電動真空助力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到第二代，與第一代相比，第二代的主要有以下幾點改進(jìn)：一是增加了一個大氣壓力傳感器，集成在控制器內(nèi)部，使真空泵能夠在不同海拔高度都能正常工作；二是將真空度傳感器集成到真空助力器的單向閥上（圖13），減少了線束長度；三是采用了塑料材質(zhì)的真空罐，減輕了重量。

根據(jù)真空壓力傳感器特性（圖14），可知傳感器隨著管路中真空度的變化，輸出電壓也成比例的發(fā)生變化，整車控制器將根據(jù)此電壓變化判斷真空源是否符合系統(tǒng)要求。

（待續(xù)）