大眾ID.4的機電助力制動系統

◆文/北京 馮永忠

傳統燃油汽車的制動系統使用真空助力，大眾ID.4等純電動汽車的制動系統配置了機電制動助力器(eBKV)，這是大眾純電動汽車的第二代機電制動助力器。除了增強制動力以外，機電制動助力器還減輕了制動系統的總重量，從而進一步降低了純電動汽車的二氧化碳排放量。大眾ID.4純電動汽車的機電制動助力器如圖1所示。

使用機電制動助力器，提高了車輛行駛的安全性。在需要極高制動壓力，可能發生事故的工況時，機電制動助力器提高了諸如前輔助系統等駕駛員輔助系統的有效性，這種功能不能在傳統的真空制動系統中實現。

機電制動助力器使得停車距離比傳統真空助力制動系統短，車速從30km/h減速至停車時，緊急制動距離縮短多達1.3m，如圖2所示。而且由于停車距離較短，碰撞車速可降低約3km/h，這也使得行人事故避免率提高了10%。降低車速還會減少碰撞過程中車身必須吸收的能量，從而提高對駕駛員和乘客的保護。

機電制動助力器的技術特點包括：平行軸電驅動，齒輪裝置減重，控制單元外殼減重，無真空制動助力，沒有額外的蓄壓器，高達5.3kN的制動力輔助，質量約為4.4kg，電機輸出功率370W，電壓范圍9.8~16V，最大扭矩為3.3N·m。機電制動助力器總成如圖3所示。

機電制動助力器的優點包括：駕駛員輔助功能快速產生制動壓力，安全性高，減少車輪制動阻力扭矩，舒適的制動踏板觸感，由于重量減輕和不使用真空泵而減少二氧化碳的排放，使用壽命長，電子穩定控制裝置(ESC)的冗余制動系統。

一、助力制動系統的分類

1.真空助力制動系統

傳統汽油車配置真空助力制動系統，真空助力制動系統產生真空的3種方法包括發動機運行時在進氣歧管產生真空，使用機械真空泵或電動真空泵。這3種方法的缺點包括二氧化碳排放數據不佳，制動系統重量增加，生產成本高。真空泵產生真空的原理如圖4所示。

2.大眾第一代機電助力制動系統

這種制動系統使用第一代機電助力制動器(eBKV)，配置在大眾e-up新能源純電動汽車上。最大的特點是制動系統配置專用蓄壓器，如圖5所示。在能量回收制動過程中，蓄壓器儲存系統的制動液，降低系統中的制動壓力。缺點是所需空間大，主蓄壓器需要單獨驅動，制動系統重量增加。

3.大眾ID.車系機電助力制動系統

大眾ID.車系機電助力制動系統配置第二代機電助力制動器(eBKV)，蓄壓器集成在電子穩定控制裝置(ESC)中，如圖6所示。在能量回收制動過程中，該蓄壓器儲存系統的制動液，不需要制動系統外部蓄壓器。優點是制動系統總成不需要額外空間，減輕系統重量，減少二氧化碳排放，降低成本。

二、機電助力制動器(eBKV)的功能及組成

1.機電助力制動器(eBKV)的設計

大眾第二代機電助力制動器(eBKV)外部元件包括外殼、帶防塵套的推桿、電機及齒輪裝置、制動助力器控制模塊J539、制動液儲液罐、雙腔制動總泵。如圖7所示。

2.機電助力制動器(eBKV)的功能

當駕駛員踩下制動踏板時，推桿將推動機電助力制動器(eBKV)總成內部零件。作為制動助力器控制模塊J539的一部分，制動踏板位置傳感器G100傳輸的信號感知到這種移動。

制動助力器電機位置傳感器G840也集成到制動助力器控制模塊J539，并感知電機的當前位置。制動助力器控制模塊J539使用有關駕駛員制動請求和電機位置的信息來計算所需的制動助力移動。

為了開始移動，加強襯套通過位于加強襯套兩側的小齒輪軸向左移動。隨著加強襯套的移動，推桿也會移動。采用機電助力制動器(eBKV)時，制動力增加7～8倍。當取消制動請求時，位于總泵和加強襯套之間的彈簧將加強襯套和推桿推回原始位置。如圖8所示。

3.松開和接合位置

圖9和圖10所示為機電助力制動器(eBKV)的松開和接合位置。機電助力制動器(eBKV)在松開位置時，彈簧放松，平行小齒輪軸位于加強襯套的左側。機電助力制動器(eBKV)在接合位置時，加強襯套向左移動，彈簧被壓縮。

4.蓄壓器

蓄壓器集成在電子穩定控制裝置(ESC)中，與第一代機電助力制動器(eBKV)相比，第二代機電助力制動器(eBKV)不再配置單獨的蓄壓器。由于蓄壓器功能已經集成到電子穩定控制(ESC)裝置，電子穩定控制(ESC)具有更大的容積以適應這種功能。如圖11所示。

5.制動踏板位置傳感器G100

制動踏板位置傳感器G100在助力總成上有2個霍爾傳感器元件和1個帶有4個霍爾磁鐵的滑塊，如圖12所示。磁鐵與輸入推桿連接。當駕駛員踩下制動踏板時，霍爾磁鐵在霍爾傳感器上方移動。此移動可以解釋為制動助力系統的制動請求。

如果制動踏板位置傳感器G100出現故障，則制動功能由電子穩定控制裝置(ESC)接管。如果機電助力制動器(eBKV)和電子穩定控制(ESC)裝置同時失效，純機械制動仍然能夠工作。

6.減小的制動阻力扭矩

制動發生后，盤式制動器產生制動阻力扭矩。制動阻力扭矩會導致燃油消耗量增加和二氧化碳排放量增加。制動發生后，隨著制動壓力的降低，制動片會縮回其起始位置。由于制動盤相對于制動鉗的輕微擺動，再加上間隙過小，整個制動片不會立即與制動盤脫離接觸。制動盤和制動片之間仍存在過渡摩擦接觸。通過在制動鉗中使用卡子，可以更快地機械縮回制動片。如圖13所示。

三、機電助力制動器(eBKV)的制動管理

1.車載網絡

機電助力制動器(eBKV)通過車載網絡(CAN)總線連接到電機和動力系控制模塊。車載網絡系統的控制模塊包括車輛電氣系統控制模塊J519，轉向角傳感器G85，ABS控制模塊J104，組合儀表控制模塊J285，自適應巡航控制模塊J428，動力轉向控制模塊J500，數據總線車載診斷接口J533，制動助力器控制模塊J539，電機控制模塊J623，動力系控制模塊J775，駕駛員輔助系統前攝像頭R242，診斷接頭U31。車載網絡如圖14所示。

2.聯合制動

專業術語“聯合制動”用于新能源純電動汽車。新能源純電動汽車的三相交流驅動可以在再生模式下用于制動降低車速。在此過程中，部分車輛動能轉化為電能和熱能，車速降低。

并非始終可以使用高電壓系統進行減速，需要根據動力蓄電池充電水平和動力蓄電池的溫度。任何減速波動都由液壓制動系統補償。由于機電助力制動器(eBKV)的響應速度比真空系統快得多，因此液壓制動和高電壓制動之間的協作非常有效。如圖15所示。

當制動助力器控制模塊J539檢測到駕駛員踩下制動踏板時，機電助力制動器(eBKV)將產生油壓。如圖16所示。

液壓制動系統中產生的制動壓力將制動片壓在制動盤上。由于產生的摩擦，車輛的部分動能轉化為熱能并輻射出去。這部分能量就喪失了。如圖17所示。

如果動力蓄電池的充電水平及其溫度合適，則使用三相交流驅動系統的再生模式，大部分摩擦減速都可能采用三相交流驅動系統的制動能量回收完成。

車輛的動能轉化為電能，儲存在動力蓄電池中，可用于加速。在制動能量回收過程中，由于軸承摩擦和感應過程中產生的熱量，會損失少量熱能。

由于制動效果是通過高電壓驅動實現的，因此液壓系統中的制動壓力和機電助力制動力都會降低，不使用液壓制動系統可節省電能。如圖18所示。

如果動力蓄電池的充電水平及其溫度不允許使用能量回收減速，則必須使用液壓制動使車輛減速。機電助力制動器(eBKV)和液壓制動系統使用車輪制動缸進行干預，并提供所需的制動力。駕駛員不易察覺到這種相互作用，因為機電助力制動器(eBKV)自動動作，并且在沒有駕駛員干預的情況下自動建立制動壓力。如圖19所示。

四、更換機電助力制動器的維修注意事項

如果機電助力制動器(eBKV)發生故障，必須將機電助力制動器(eBKV)作為一個完整裝置進行更換。安裝新的機電助力制動器(eBKV)后，需要檢查制動系統是否自由移動，油壓測試時需要先放氣。首先進行自由移動測試，這包括測試機電助力制動器的機械功能。然后使用車輛診斷測試儀的“引導功能”執行油壓測試。