電驅動汽車制動系統特殊要求及應對措施

易剛

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）

目前，全球能源和環境面臨著巨大的挑戰，發展電驅動汽車是應對節能減排重大挑戰的需要，包括純電動、油電混合動力在內的電驅動新能源車是新能源汽車的主要技術方向。再生制動能量回收系統可以在汽車減速或制動時，通過與驅動輪相連的能量轉換裝置，把汽車的一部分動能轉化為電能儲存起來，在減速或制動的同時達到回收制動能量的目的，從而顯著地提升能量利用率及實現節能減排；但由于電驅動汽車動力源及驅動系統的變化，造成再生制動與傳統制動共同參與制動，使傳統制動使用頻率和強度下降，帶來新的問題和挑戰，因此，文章對電驅動汽車制動系統的特殊要求提出解決思路及應對措施。

1 電驅動汽車對制動系統的特殊要求及應對措施

1.1 無真空源的影響及對應措施

電驅動汽車由于沒有了常規發動機，主要靠電池和電機來進行驅動，也即沒有真空提供源，而常規燃油車制動系統主要靠發動機[1]提供真空負壓，并通過真空助力器的放大來執行制動[2]，所以針對電驅動汽車，必須采用替代助力裝置來實現制動力的放大作用[3]，應對措施有以下2種。

1.1.1 輔助真空源措施

圖1示出燃油車與電驅動汽車真空源對比。從圖1a和圖1b可以看出，常規燃油車真空源來自發動機歧管，電驅動汽車真空源來自電子真空泵，即在現有真空助力系統的基礎上，增加額外的電子真空泵來解決新能源車無真空源的問題，這是一種升級快速、技術難度低并且成本及質量相對燃油車都增加不多的措施，是國內主機廠當前普遍采用的措施。

圖1 燃油車與電驅動汽車真空源對比圖

1.1.2 電機驅動液壓助力措施[4]

在智能駕駛與新能源汽車多方面的需求下，全球各供應商提供了多種無需真空源的解決方案，如某公司的Has Hev高壓液壓蓄能器助力或iBooster電機驅動液壓助力，以及集成機電助力ABS/ESP控制的IBC模塊。圖2示出燃油車與電驅動汽車制動系統結構對比。從圖2a和圖2b可以看出，采用電機驅動液壓助力替換常規燃油車原有的真空助力器，即可實現對現有制動系統改動小、能量回收率高[5]、能量消耗低及占用空間小等目的。目前，該方法已被國外的很多電驅動汽車，如特斯拉和大眾的e-Golf等廣泛運用，隨著成本的逐步降低，這種電機驅動液壓助力方案[6]將會逐步普及，它代表著未來5年的發展趨勢。

圖2 燃油車與電驅動汽車制動系統結構對比圖

1.2 電驅動汽車再生制動能量回收系統對摩擦片的影響及應對措施

調查表明，私家車有80%的工況均是0.3 g以下的制動工況，而0.3 g及以下的制動工況下均可以通過再生制動能量回收系統進行能量回收（通過與驅動輪相連的能量轉換裝置，把汽車的一部分動能轉化為電能儲存起來，在減速或制動的同時回收制動能量），由于再生制動與傳統制動共同參與制動，使得傳統制動使用頻率和強度下降，帶來摩擦片壽命、耐腐蝕及摩擦低溫性能要求發生變化。

1.2.1 摩擦片壽命的影響及應對措施

電驅動汽車摩擦片磨耗低于傳統車，摩擦片體積縮小將有利于輕量化和降成本，圖3示出電驅動汽車與燃油車摩擦片對比。從3a和圖3b可以看出，電驅動汽車摩擦片比常規燃油車摩擦片體積明顯減小。該措施在某款A級純電動車上得到運用，通過摩擦片面積減小20%和摩擦材料厚度減小15%，使摩擦片成本降低約20%，很好地解決了電驅動汽車價格昂貴的問題。

圖3 電驅動汽車與燃油車摩擦片對比圖

1.2.2 摩擦片腐蝕、摩擦低溫效能要求提升的應對措施

由于再生制動介入，使制動頻率降低，摩擦片在一段時間未使用可能會發生腐蝕從而導致制動效能下降，同時由于再生制動使汽車行駛中沒有機會“熱身”，所以一旦出現緊急制動，將導致制動效能不足，因此，需要摩擦片在不同溫度下具有較穩定的摩擦因數。針對這一影響，可在摩擦片中加入石墨和二硫化鉬等成分，以增強摩擦片的耐腐蝕性及保持摩擦因數在不同溫度下的穩定性，并適當提升摩擦片耐腐蝕性及摩擦因數溫度穩定性試驗標準要求。

1.3 電驅動汽車對噪聲的要求及應對措施

電驅動汽車雖然沒有了發動機噪聲（常規燃油車最大的噪聲源），但制動噪聲（如刷盤聲、低頻制動噪聲）、電子真空泵/電機驅動液壓助力噪聲及ABS/ESP作動噪聲等比較突出而更易被關注。

1）針對制動噪聲，可通過摩擦片配方的微調，如減小孔隙率、添加厭水材料及潤滑材料，或通過調整制動盤的材料配方，如采用高碳盤及適當增加石墨等材料的含量，來提升潤滑性能。

2）針對電子真空泵/電機驅動液壓助力噪聲和ABS/ESP作動噪聲，可通過布置優化和電機本身性能優化來進行調整，如將電子真空泵布置在遠離駕駛員的汽車右前方、增加隔聲棉等將電子真空泵/電機驅動液壓助力器和ABS/ESP等適當包裹以隔絕噪聲源以及對電機齒輪材料和潤滑脂性能進行提升等，來降低電機本身的噪聲。

1.4 電驅動汽車對拖滯力矩的要求及應對措施

基于能耗及行駛里程的要求，電驅動汽車對拖滯力矩提出更高要求，零拖滯是最終目標。在電驅動汽車上，解決方案如下：

1）在電驅動汽車摩擦片彈簧上增加回位機構。圖4示出燃油車與電驅動汽車摩擦片彈簧結構對比，從圖4a和圖4b可以看出，電驅動汽車在摩擦片彈簧上增加回位機構，通過該回位機構，可以將摩擦片拉回，減小盤片接觸量，進而減小拖滯力矩。

圖4 燃油車與電驅動汽車摩擦片彈簧結構對比圖

2）在電驅動汽車上進行制動卡鉗密封槽倒角優化。圖5示出燃油車與電驅動汽車制動卡鉗密封槽結構對比。從圖5a和圖5b可以看出，通過密封圈倒角優化（從單倒角變為雙倒角），可以增大盤片間隙，進而減小拖滯力矩；但這種方式可能會造成制動踏板感降低，需要額外通過ESP[7]或電機驅動液壓助力器等預建壓。圖6示出電驅動汽車額外通過ESP或電機驅動液壓助力的制動系統結構原理圖，當松開油門踏板時預先將盤片間隙消除，以抵消由于盤片間隙增大帶來的踏板感損失。隨著電機驅動液壓助力器的逐步普及，該方案也是今后的發展趨勢。在某款緊湊級SUV車上經過運用及試驗，驗證了采用該方案拖滯力矩可降低30%（整車續航里程提升6%），而制動踏板感及成本并沒有顯著變化。

圖5 燃油車與電驅動汽車制動卡鉗密封槽結構對比圖

圖6 電驅動汽車ESP[7]或電機驅動液壓助力制動系統結構原理截圖

2 結論

文章通過對電驅動汽車相對傳統燃油車制動系統的要求變更進行對比分析，提出電驅動汽車制動系統的應對措施，在提升電驅動汽車續航里程的同時兼顧制動踏板感及成本問題，提升了制動NVH性能。在某款緊湊級SUV車上經過運用及試驗證明，該方案可有效解決替代助力問題，續航里程可以提升6%，制動NVH性能也有3%以上的提升。該方案可以廣泛推廣，代表著未來的發展方向。