寶馬X1 PHEV高電壓組件混合制動(dòng)系統(tǒng)詳解

◆文/山東 劉春暉 何運(yùn)麗

混動(dòng)汽車中，大多數(shù)的制動(dòng)能量并非轉(zhuǎn)換為無(wú)用的熱能，而是轉(zhuǎn)換成電能。這種電能臨時(shí)存儲(chǔ)在高壓蓄電池單元中，在后期可以根據(jù)需要輸送至驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因此，寶馬X1（F49）PHEV中的制動(dòng)作用力可以分為液壓制動(dòng)、再生制動(dòng)、液壓及再生組合制動(dòng)。

一、制動(dòng)能量回收

制動(dòng)作用力的分布如圖1所示。判定再生制動(dòng)等級(jí)主要有兩個(gè)輸入變量：加速踏板角度及制動(dòng)踏板角度。如果數(shù)字電動(dòng)機(jī)電子裝置（DME）檢測(cè)到加速踏板未踩下，則要求電機(jī)電子裝置（EME）在滑行模式下啟用電機(jī)和高壓?jiǎn)?dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)開始回收能量。

如果駕駛員額外踩下制動(dòng)踏板，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（DSC）通過制動(dòng)踏板上的制動(dòng)踏板傳感器檢測(cè)到預(yù)期的減速度，并將信息傳送至數(shù)字電動(dòng)機(jī)電子裝置（DME）。DME計(jì)算電機(jī)及高壓?jiǎn)?dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)在預(yù)期減速度下的能量回收功率。

在可能的情況下，不使用車輪制動(dòng)，直至達(dá)到1.1m/s2的最大可能再生減速度。但是，制動(dòng)片作用于制動(dòng)盤可以減少間距（備用快速制動(dòng)），并保持制動(dòng)盤的清潔。

二、解耦車輪制動(dòng)

1.解耦液壓制動(dòng)功能

動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（DSC）中的改動(dòng)用來(lái)解耦液壓制動(dòng)，從而啟用再生制動(dòng)實(shí)現(xiàn)能量回收。MK100高端混動(dòng)的DSC液壓回路圖如圖2所示，通過F49 PHEV的制動(dòng)系統(tǒng)可以為再生制動(dòng)提供更大的制動(dòng)踏板行程。這種配置通過DSC液壓控制單元中的智能功能序列啟用。通過這種配置在再生制動(dòng)中會(huì)有一種自然踏板的感覺，與常規(guī)汽車之間僅存在細(xì)微的差別。

圖1 液壓制動(dòng)和再生制動(dòng)的分布示意圖

圖2 MK100高端混動(dòng)的DSC液壓回路圖

若后橋電機(jī)離合器打開（＞130km/h），滑行模式或制動(dòng)過程中不存在通過電機(jī)提供的能量回收。在這種駕駛速度（＞130km/h）條件下，制動(dòng)產(chǎn)生的能量完全被抑制，滑行模式下，只有通過高壓?jiǎn)?dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)提供的能量回收。

能量回收在低速行駛時(shí)同樣會(huì)降低，因此，時(shí)速低于10km時(shí)完全通過液壓進(jìn)行制動(dòng)。否則電機(jī)會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則減速，這種設(shè)置可以確保駕駛舒適性不受影響。在過渡階段，再生制動(dòng)功率降低，液壓制動(dòng)功率增加，以便確保平穩(wěn)制動(dòng)。再生制動(dòng)的減少通過液壓制動(dòng)進(jìn)行無(wú)縫補(bǔ)償。

2.DSC液壓功能

如圖3所示，以車輪制動(dòng)為例描述了DSC液壓控制單元在再生制動(dòng)過程中的工作流程。紅色箭頭表示在相關(guān)制動(dòng)狀況中的主要功能。

（1）情形A：再生制動(dòng)（圖3A）

達(dá)到特定點(diǎn)前，制動(dòng)踏板只能用來(lái)讀取DSC控制單元發(fā)出的減速請(qǐng)求。制動(dòng)液體積被串聯(lián)制動(dòng)主缸抑制，與DSC單元中的低壓蓄能器集成為一體。排氣閥打開。通過制動(dòng)踏板行程傳感器讀取駕駛員的制動(dòng)要求，并通過DSC控制單元計(jì)算轉(zhuǎn)化成制動(dòng)扭矩。該信息通過FlexRay數(shù)據(jù)總線傳送至DME。電機(jī)電子裝置（EME）將制動(dòng)扭矩輸送至后橋上的電機(jī)和汽油發(fā)電機(jī)中的高壓?jiǎn)?dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)。制動(dòng)片和制動(dòng)盤之間的間隙降至最小，確保制動(dòng)片的靈巧動(dòng)作。

（2）情形B：液壓和再生復(fù)合制動(dòng)（圖3B）

如果在再生（交流發(fā)電機(jī)）模式下達(dá)到最大制動(dòng)功率，并且制動(dòng)踏板行程持續(xù)增加，則排氣閥閉合，并且不對(duì)蓄積的液壓進(jìn)行檢查。電機(jī)和液壓制動(dòng)的效果在這種情況下相互疊加。

（3）情形C：抑制再生制動(dòng)（圖3C）

圖3 F49 PHEV制動(dòng)能量再生過程中的DSC功能

再生制動(dòng)在這種情形下被液壓制動(dòng)取代。因此，活塞液壓泵將低壓蓄能器中收集的制動(dòng)液輸送至車輪制動(dòng)，并確保壓力蓄積與當(dāng)前的減速要求相對(duì)應(yīng)。該回路通過分離器閥閉合。如果駕駛員可以通過分離器閥上的截止閥增加制動(dòng)作用力，如果出現(xiàn)故障，再生制動(dòng)效果立即終止，通過DSC單元中的活塞液壓泵立即產(chǎn)生必要的制動(dòng)壓力。

如果再生制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則完全通過液壓操作的車輪制動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)。駕駛員可以明顯感覺到制動(dòng)操作的減損現(xiàn)象。組合儀表將顯示對(duì)應(yīng)的報(bào)警信息。

3.真空供給

為了確保制動(dòng)伺服裝置在制動(dòng)過程中可以輔助駕駛員，需要配備充足的真空源。B38發(fā)動(dòng)機(jī)通過機(jī)械真空泵產(chǎn)生必要的真空，其在車上的位置如圖4所示。因?yàn)樵贐38發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)的階段仍需保障真空供給，所以真空系統(tǒng)通過電動(dòng)真空泵進(jìn)行增強(qiáng)，真空源示意圖如圖5所示。當(dāng)真空系統(tǒng)中的真空值降至低于預(yù)定閥值時(shí)，電動(dòng)真空泵被啟用，真空數(shù)據(jù)通過制動(dòng)伺服裝置中的制動(dòng)真空傳感器進(jìn)行記錄。

圖4 真空系統(tǒng)在車上的位置

圖5 真空源示意圖

圖6 制動(dòng)真空源的信號(hào)形式

電機(jī)電子裝置（EME）是控制電動(dòng)真空泵的中央控制單元，其制動(dòng)真空源的信號(hào)形式如圖6所示。該裝置為制動(dòng)真空傳感器供電并讀取壓力信號(hào)。如有必要，EME可以啟用電動(dòng)真空泵。達(dá)到規(guī)定的真空等級(jí)撤銷電動(dòng)真空泵啟用。如果電動(dòng)真空泵提供的真空壓力不足，則通過DSC液壓控制單元進(jìn)行壓力蓄積，輔助提供制動(dòng)動(dòng)力。

如果電動(dòng)真空源出現(xiàn)故障，則禁止進(jìn)行純電力駕駛。如果出現(xiàn)這種狀況，EME在踩下制動(dòng)踏板后發(fā)送一個(gè)啟動(dòng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的請(qǐng)求信號(hào)。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)打開后通過機(jī)械真空泵保障真空狀態(tài)。通過中央數(shù)據(jù)顯示屏（CID）告知駕駛員故障信息。

三、相關(guān)維修說明

1.制動(dòng)踏板行程傳感器

制動(dòng)踏板角度傳感器可以通過BMW診斷系統(tǒng)ISTA投入運(yùn)行。該裝置在執(zhí)行DSC控制單元編程、更換制動(dòng)踏板角度傳感器、更換DSC控制單元或DSC單元等任務(wù)后必須投入運(yùn)行。

2.真空系統(tǒng)

BMW診斷系統(tǒng)功能包含各類不同的測(cè)試序列對(duì)電動(dòng)真空源進(jìn)行檢查。應(yīng)注意真空源是通過電機(jī)電子裝置（EME）控制的。因此，故障排除路徑分別為：1級(jí)：驅(qū)動(dòng)；2級(jí)：混動(dòng)汽車；3級(jí)：電動(dòng)機(jī)電子裝置；4級(jí)：真空系統(tǒng)。通過BMW診斷系統(tǒng)還可以讀取電動(dòng)真空泵的工作時(shí)間。

圖7 F49 PHEV中的車輪軸承單元

四、車輪轉(zhuǎn)速傳感器

車輪轉(zhuǎn)速傳感器（圖7）啟用后可以采集多極傳感器齒輪的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向相關(guān)的信息。圖8顯示的是帶有轉(zhuǎn)向檢測(cè)的車輪速度傳感器發(fā)出的信號(hào)。為了正常發(fā)揮各自的功能，各類輔助系統(tǒng)均需提供車輪轉(zhuǎn)速、車輪靜止及轉(zhuǎn)向相關(guān)的信息。這種信息從帶有轉(zhuǎn)向檢測(cè)的車輪轉(zhuǎn)速傳感器通過數(shù)據(jù)記錄（曼徹斯特編碼）傳送至DSC 控制單元。車輪旋轉(zhuǎn)信息通過28mA電流輸出，轉(zhuǎn)向相關(guān)的信息通過14mA電流輸出。如果車輪靜止，28mA降至14mA。車輪轉(zhuǎn)速通過“車輪轉(zhuǎn)動(dòng)”信號(hào)頻率判定。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（DSC）根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速恒定計(jì)算當(dāng)前的滑移曲線?；魄€是再生制動(dòng)和液壓制動(dòng)的重要輸入變量。

轉(zhuǎn)速相關(guān)的車輪角度及車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率隨著車輪尺寸而變化。如果前橋和后橋使用的車輪/輪胎組合的差別較大，禁止在極限條件下使用再生制動(dòng)。為了避免汽車駕駛狀況出現(xiàn)不穩(wěn)定，存在已保存的滑移曲線的條件下不會(huì)執(zhí)行再生制動(dòng)。在這種情形中，完全由液壓制動(dòng)系統(tǒng)提供全部制動(dòng)動(dòng)力。

注意：如果使用未經(jīng)審批的車輪/輪胎組合，禁止使用再生制動(dòng)系統(tǒng)。

圖8 F49 PHEV中帶有轉(zhuǎn)向檢測(cè)的車輪速度信號(hào)