寶馬BMWi電動汽車制動系統(tǒng)

王 超，曹硯奎

（禹城市職業(yè)教育中心，山東 德州 251200）

寶馬BMWi是寶馬集團全新的子品牌，代表創(chuàng)新型汽車和機動性服務(wù)，通過對高端品質(zhì)的全新解讀，增加個性化車輛方案的機動性方案，以提高整個增值鏈中產(chǎn)品與品牌的可持續(xù)平衡發(fā)展。寶馬BMWi3為寶馬集團第一款純電動批量生產(chǎn)的車型，已于2013年的第4季度上市。BMWi8（代碼I12）以其獨特的插電混合動力方案，使內(nèi)燃機和電機驅(qū)動裝置共同形成獨特的駕駛體驗，同時實現(xiàn)了非常低的油耗和排放量。這2種車型都采用了高電壓系統(tǒng)和制動能量反饋回收系統(tǒng)。

1 液壓制動系統(tǒng)

寶馬BMWi電動汽車制動系統(tǒng)采用對角分布式雙回路液壓制動系統(tǒng)，即左前制動器和右后制動器共使用一組制動回路；右前制動器和左后制動器共使用另一組制動回路。當(dāng)一個制動回路失靈時，可通過另一組回路產(chǎn)生制動力，還可在制動過程中進行車橋負荷的動態(tài)分配，使前橋較后橋承擔(dān)更多的制動壓力。制動系統(tǒng)液壓回路如圖1所示，由制動總泵、制動液壓控制總成和4個制動分泵組成。

液壓制動系統(tǒng)的一般工作原理：當(dāng)駕駛?cè)藛T踩下制動踏板時，制動總泵內(nèi)的油壓上升，通過管路和閥門到達車輪制動器制動分泵，制動分泵內(nèi)的油壓升高使制動摩擦片緊壓在制動盤上，使車輪帶動旋轉(zhuǎn)的制動盤轉(zhuǎn)速減慢，直至停止運轉(zhuǎn)。

寶馬BMWi電動汽車制動系統(tǒng)，在普通液壓制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了制動能量回收功能，下面以一個車輪制動器為例，介紹制動能量回收時液壓控制總成DSC單元內(nèi)的工作原理流程，如圖2所示，圖2中紅色箭頭表示具體制動時液壓系統(tǒng)內(nèi)的壓力增加情況。其工作原理分為ABC 3種情況。

圖1 寶馬BMWi制動液壓系統(tǒng)回路

情況A：純制動能量回收階段，當(dāng)踩下制動踏板時由制動總泵的串聯(lián)制動主缸排出的制動液，通過隔離閥、輸入閥、輸出閥收集在液壓控制總成DSC單元的一個低壓蓄壓器內(nèi)；通過制動踏板角度傳感器讀取駕駛員的制動要求，再通過FlexRay數(shù)據(jù)總線將相關(guān)信息發(fā)送至動力電子系統(tǒng)DME，DME將制動力矩分配給高電壓的動力發(fā)電一體機，將制動力矩轉(zhuǎn)換成電能進行回收。液壓壓力情況如圖2a所示。

情況B：能量回收和液壓制動同時進行階段，如果達到了發(fā)電模式下的最大制動功率，且制動踏板行程繼續(xù)增大，就會關(guān)閉輸出閥并產(chǎn)生液壓壓力，這樣會使電機和液壓制動器的制動效果疊加。液壓壓力情況如圖2b所示。

情況C：關(guān)閉制動能量回收階段，如果出現(xiàn)故障導(dǎo)致能量回收式制動突然失效，系統(tǒng)就會立即通過液壓控制總成DSC液壓單元內(nèi)的活塞液壓泵將收集在低壓蓄壓器內(nèi)的制動液輸送至車輪制動器，并產(chǎn)生與當(dāng)前減速度要求所需要的制動壓力。由于隔離閥的單向關(guān)閉作用，使駕駛員在操作腳制動時不易覺察，并隨時可提高制動力達到車輛的減速制動停車需求。液壓壓力情況如圖2c所示。

圖2 制動能量回收時液壓控制

寶馬BMWi電動汽車制動系統(tǒng)使用較大制動踏板行程實現(xiàn)制動能量回收，但當(dāng)車速超過160km/h時，系統(tǒng)限制不再進行制動能量回收利用，以免相關(guān)組件過載。在車輛低于10 km/h時，系統(tǒng)限制也不再進行制動能量回收利用，來確保行駛的舒適性。在車速10～160 km/h運行區(qū)間通過前后2個車橋進行制動能量回收時，利用純電機制動方式可以實現(xiàn)最高約2.5 m/s2的制動減速度，同時儀表盤上會點亮制動系統(tǒng)能量回收報警燈。

2 制動真空助力系統(tǒng)

寶馬BMWi電動汽車制動系統(tǒng)以純電動方式產(chǎn)生真空來實現(xiàn)真空制動助力。由一個電動真空泵、制動穩(wěn)態(tài)控制系統(tǒng)DSC、真空度傳感器、真空管路和制動助力真空氣室等組成，如圖3所示。其工作原理是，電機控制裝置EME為制動真空度傳感器供電，傳感器將大氣壓力和檢測到的制動助力真空氣室內(nèi)的壓力差信號轉(zhuǎn)換為電信號，發(fā)送至EME控制器進行處理。EME根據(jù)分析真空度傳感器信號和不同行駛狀態(tài)參數(shù)（車速）決定是否接通電動真空泵，EME控制電動真空泵不會持續(xù)接通或關(guān)閉，而是在達到所需最小真空壓力前保持接通狀態(tài)。

圖3 制動真空助力系統(tǒng)

電機控制裝置EME用一個輸出級（半導(dǎo)體繼電器）用于接通或關(guān)閉電動真空泵的12 V電源，接通電流最高可達30 A。EME為了保護輸出級和電源線，通過電子方式限制電流強度。EME僅負責(zé)接通和關(guān)閉電動真空泵，不對電動真空泵進行功率和轉(zhuǎn)速控制。制動真空助力系統(tǒng)的控制邏輯關(guān)系如圖4所示。

圖4 制動真空助力系統(tǒng)的控制邏輯關(guān)系

真空助力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，在儀表的制動故障報警燈下面會出現(xiàn)英文字母BRAKE，以提醒駕駛員制動系統(tǒng)出現(xiàn)故障。真空助力系統(tǒng)出現(xiàn)故障有2種情況：①當(dāng)制動真空壓力傳感器失靈時，電機控制裝置EME不能收到有關(guān)制動助力器內(nèi)真空度的信息，此時由制動穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)DSC通過制動壓力傳感器和制動開關(guān)信號等信息，進行模糊控制真空泵。由于缺少制動真空壓力傳感器信息，無法根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)，EME根據(jù)時間模型識別出制動要求后接通電動真空泵開關(guān)，制動開關(guān)信號消失后進行關(guān)閉。②當(dāng)電動真空泵失靈時，無法產(chǎn)生真空助力器所需的真空，當(dāng)識別出制動要求時就會啟用制動穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)DSC的功能補償缺少的制動助力，實現(xiàn)DSC液壓制動助力。

3 主要部件介紹

3.1 制動器

寶馬BMWi電動汽車制動器采用內(nèi)通風(fēng)型結(jié)構(gòu)制動盤，通過減輕摩擦組件所用材料來減輕制動盤和制動摩擦片的質(zhì)量，如圖5所示。通過電機模式制動可以實現(xiàn)無磨損制動運行，因此制動盤和制動摩擦片受到的磨損比傳統(tǒng)車輛要小，可適當(dāng)減輕減薄尺寸。

圖5 制動系統(tǒng)及制動器

3.2 制動總泵

寶馬BMWi電動汽車制動總泵由串聯(lián)式液壓制動主缸、帶液位傳感器的儲液器、制動助力真空氣室及真空度傳感器等組成，如圖6所示。其工作原理是當(dāng)駕駛員踩制動踏板，總泵活塞向前移動關(guān)閉旁通孔（活塞前面）建立油壓，然后通過管路將油壓輸送到制動分泵；松開制動踏板時，總泵活塞在油壓和回位彈簧的作用下回位，制動系統(tǒng)壓力下降，活塞回位后多余的油回到儲液器內(nèi)；連續(xù)兩腳制動時，油壺的油從補償孔進到活塞前面，使活塞前面的油增多使制動力增加。

圖6 制動總泵

3.3 電子駐車制動器

寶馬BMWi電動汽車帶有電子式駐車制動系統(tǒng)，如圖7所示。EMF控制單元接收駐車制動按鈕發(fā)出的駐車指令，要求拉緊電動駐車制動器時，EMF控制單元檢查當(dāng)前車輛狀態(tài)下是否滿足EMF執(zhí)行機構(gòu)的工作條件，若滿足條件EMF就會指令電機工作對其進行相應(yīng)的控制。

圖7 電子駐車制動系統(tǒng)元件位置圖

電子駐車制動器的工作如下。

1）停車后駐車：車輛制動靜止停車后，拉起駐車制動按鈕，電動機械駐車制動器的2個執(zhí)行機構(gòu)通過駐車制動器防止車輛溜車。

2）緊急制動：在車輛行駛期間向上拉起駐車制動按鈕，信號會通過制動穩(wěn)態(tài)控制系統(tǒng)DSC執(zhí)行規(guī)定的動態(tài)緊急制動系統(tǒng)程序，實施緊急車輛制動減速停車。在行車期間操作電子駐車制動按鈕相對傳統(tǒng)機械式拉起手制動停車是安全可靠的，因為操作電子駐車按鈕制動穩(wěn)態(tài)控制系統(tǒng)DSC，進行駐車制動是通過液壓制動壓力，作用在車輛的4個車輪制動器上，DSC功能完全啟用且制動信號燈點亮，通過4個輪速傳感器監(jiān)控所有車輪的滑移值，從而確保車輛穩(wěn)定制動直至停車。車輛靜止后，電動機械駐車制動器的2個執(zhí)行機構(gòu)通過駐車制動器防止車輛溜車。

3）松開電子駐車制動器：為防止無意操作駐車制動器而導(dǎo)致意外溜車，向下按下駐車制動器按鈕后可松開駐車制動器的條件是接通上電開關(guān)（點火開關(guān)），操作制動踏板或?qū)⒆兯贄U置于駐車擋。在車輛起步時無需通過操作駐車制動器按鈕，即可自動松開駐車制動器。駐車制動器松開后，組合儀表內(nèi)的紅色指示燈就會熄滅。自動松開駐車制動器的條件：①所有車門關(guān)閉；②駕駛員系上安全帶；③接通上電開關(guān)建立行駛準(zhǔn)備；④掛入行駛擋位；⑤操作加速踏板。

電子駐車制動器的優(yōu)點：①取消了中控臺處的駐車制動拉桿，節(jié)省了裝備空間；②可隨時正確調(diào)節(jié)制動摩擦片的壓緊力；③在起步時自動松開駐車制動器，省去了手動操作步驟；④在腳制動失靈時可通過駐車制動開關(guān)，實施平穩(wěn)的緊急制動。