大眾ID.4的機(jī)電助力制動(dòng)系統(tǒng)

◆文/北京 馮永忠

傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)使用真空助力，大眾ID.4等純電動(dòng)汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)配置了機(jī)電制動(dòng)助力器(eBKV)，這是大眾純電動(dòng)汽車(chē)的第二代機(jī)電制動(dòng)助力器。除了增強(qiáng)制動(dòng)力以外，機(jī)電制動(dòng)助力器還減輕了制動(dòng)系統(tǒng)的總重量，從而進(jìn)一步降低了純電動(dòng)汽車(chē)的二氧化碳排放量。大眾ID.4純電動(dòng)汽車(chē)的機(jī)電制動(dòng)助力器如圖1所示。

使用機(jī)電制動(dòng)助力器，提高了車(chē)輛行駛的安全性。在需要極高制動(dòng)壓力，可能發(fā)生事故的工況時(shí)，機(jī)電制動(dòng)助力器提高了諸如前輔助系統(tǒng)等駕駛員輔助系統(tǒng)的有效性，這種功能不能在傳統(tǒng)的真空制動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。

機(jī)電制動(dòng)助力器使得停車(chē)距離比傳統(tǒng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)短，車(chē)速?gòu)?0km/h減速至停車(chē)時(shí)，緊急制動(dòng)距離縮短多達(dá)1.3m，如圖2所示。而且由于停車(chē)距離較短，碰撞車(chē)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(chē)速還會(huì)減少碰撞過(guò)程中車(chē)身必須吸收的能量，從而提高對(duì)駕駛員和乘客的保護(hù)。

機(jī)電制動(dòng)助力器的技術(shù)特點(diǎn)包括：平行軸電驅(qū)動(dòng)，齒輪裝置減重，控制單元外殼減重，無(wú)真空制動(dòng)助力，沒(méi)有額外的蓄壓器，高達(dá)5.3kN的制動(dòng)力輔助，質(zhì)量約為4.4kg，電機(jī)輸出功率370W，電壓范圍9.8~16V，最大扭矩為3.3N·m。機(jī)電制動(dòng)助力器總成如圖3所示。

機(jī)電制動(dòng)助力器的優(yōu)點(diǎn)包括：駕駛員輔助功能快速產(chǎn)生制動(dòng)壓力，安全性高，減少車(chē)輪制動(dòng)阻力扭矩，舒適的制動(dòng)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(zhǎng)，電子穩(wěn)定控制裝置(ESC)的冗余制動(dòng)系統(tǒng)。

一、助力制動(dòng)系統(tǒng)的分類

1.真空助力制動(dòng)系統(tǒng)

傳統(tǒng)汽油車(chē)配置真空助力制動(dòng)系統(tǒng)，真空助力制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生真空的3種方法包括發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)在進(jìn)氣歧管產(chǎn)生真空，使用機(jī)械真空泵或電動(dòng)真空泵。這3種方法的缺點(diǎn)包括二氧化碳排放數(shù)據(jù)不佳，制動(dòng)系統(tǒng)重量增加，生產(chǎn)成本高。真空泵產(chǎn)生真空的原理如圖4所示。

2.大眾第一代機(jī)電助力制動(dòng)系統(tǒng)

這種制動(dòng)系統(tǒng)使用第一代機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)，配置在大眾e-up新能源純電動(dòng)汽車(chē)上。最大的特點(diǎn)是制動(dòng)系統(tǒng)配置專用蓄壓器，如圖5所示。在能量回收制動(dòng)過(guò)程中，蓄壓器儲(chǔ)存系統(tǒng)的制動(dòng)液，降低系統(tǒng)中的制動(dòng)壓力。缺點(diǎn)是所需空間大，主蓄壓器需要單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，制動(dòng)系統(tǒng)重量增加。

3.大眾ID.車(chē)系機(jī)電助力制動(dòng)系統(tǒng)

大眾ID.車(chē)系機(jī)電助力制動(dòng)系統(tǒng)配置第二代機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)，蓄壓器集成在電子穩(wěn)定控制裝置(ESC)中，如圖6所示。在能量回收制動(dòng)過(guò)程中，該蓄壓器儲(chǔ)存系統(tǒng)的制動(dòng)液，不需要制動(dòng)系統(tǒng)外部蓄壓器。優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)系統(tǒng)總成不需要額外空間，減輕系統(tǒng)重量，減少二氧化碳排放，降低成本。

二、機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)的功能及組成

1.機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)的設(shè)計(jì)

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

2.機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)的功能

當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，推桿將推動(dòng)機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)總成內(nèi)部零件。作為制動(dòng)助力器控制模塊J539的一部分，制動(dòng)踏板位置傳感器G100傳輸?shù)男盘?hào)感知到這種移動(dòng)。

制動(dòng)助力器電機(jī)位置傳感器G840也集成到制動(dòng)助力器控制模塊J539，并感知電機(jī)的當(dāng)前位置。制動(dòng)助力器控制模塊J539使用有關(guān)駕駛員制動(dòng)請(qǐng)求和電機(jī)位置的信息來(lái)計(jì)算所需的制動(dòng)助力移動(dòng)。

為了開(kāi)始移動(dòng)，加強(qiáng)襯套通過(guò)位于加強(qiáng)襯套兩側(cè)的小齒輪軸向左移動(dòng)。隨著加強(qiáng)襯套的移動(dòng)，推桿也會(huì)移動(dòng)。采用機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)時(shí)，制動(dòng)力增加7～8倍。當(dāng)取消制動(dòng)請(qǐng)求時(shí)，位于總泵和加強(qiáng)襯套之間的彈簧將加強(qiáng)襯套和推桿推回原始位置。如圖8所示。

3.松開(kāi)和接合位置

圖9和圖10所示為機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)的松開(kāi)和接合位置。機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)在松開(kāi)位置時(shí)，彈簧放松，平行小齒輪軸位于加強(qiáng)襯套的左側(cè)。機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)在接合位置時(shí)，加強(qiáng)襯套向左移動(dòng)，彈簧被壓縮。

4.蓄壓器

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

5.制動(dòng)踏板位置傳感器G100

制動(dòng)踏板位置傳感器G100在助力總成上有2個(gè)霍爾傳感器元件和1個(gè)帶有4個(gè)霍爾磁鐵的滑塊，如圖12所示。磁鐵與輸入推桿連接。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，霍爾磁鐵在霍爾傳感器上方移動(dòng)。此移動(dòng)可以解釋為制動(dòng)助力系統(tǒng)的制動(dòng)請(qǐng)求。

如果制動(dòng)踏板位置傳感器G100出現(xiàn)故障，則制動(dòng)功能由電子穩(wěn)定控制裝置(ESC)接管。如果機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)和電子穩(wěn)定控制(ESC)裝置同時(shí)失效，純機(jī)械制動(dòng)仍然能夠工作。

6.減小的制動(dòng)阻力扭矩

制動(dòng)發(fā)生后，盤(pán)式制動(dòng)器產(chǎn)生制動(dòng)阻力扭矩。制動(dòng)阻力扭矩會(huì)導(dǎo)致燃油消耗量增加和二氧化碳排放量增加。制動(dòng)發(fā)生后，隨著制動(dòng)壓力的降低，制動(dòng)片會(huì)縮回其起始位置。由于制動(dòng)盤(pán)相對(duì)于制動(dòng)鉗的輕微擺動(dòng)，再加上間隙過(guò)小，整個(gè)制動(dòng)片不會(huì)立即與制動(dòng)盤(pán)脫離接觸。制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)片之間仍存在過(guò)渡摩擦接觸。通過(guò)在制動(dòng)鉗中使用卡子，可以更快地機(jī)械縮回制動(dòng)片。如圖13所示。

三、機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)的制動(dòng)管理

1.車(chē)載網(wǎng)絡(luò)

機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)通過(guò)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)(CAN)總線連接到電機(jī)和動(dòng)力系控制模塊。車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制模塊包括車(chē)輛電氣系統(tǒng)控制模塊J519，轉(zhuǎn)向角傳感器G85，ABS控制模塊J104，組合儀表控制模塊J285，自適應(yīng)巡航控制模塊J428，動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制模塊J500，數(shù)據(jù)總線車(chē)載診斷接口J533，制動(dòng)助力器控制模塊J539，電機(jī)控制模塊J623，動(dòng)力系控制模塊J775，駕駛員輔助系統(tǒng)前攝像頭R242，診斷接頭U31。車(chē)載網(wǎng)絡(luò)如圖14所示。

2.聯(lián)合制動(dòng)

專業(yè)術(shù)語(yǔ)“聯(lián)合制動(dòng)”用于新能源純電動(dòng)汽車(chē)。新能源純電動(dòng)汽車(chē)的三相交流驅(qū)動(dòng)可以在再生模式下用于制動(dòng)降低車(chē)速。在此過(guò)程中，部分車(chē)輛動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能，車(chē)速降低。

并非始終可以使用高電壓系統(tǒng)進(jìn)行減速，需要根據(jù)動(dòng)力蓄電池充電水平和動(dòng)力蓄電池的溫度。任何減速波動(dòng)都由液壓制動(dòng)系統(tǒng)補(bǔ)償。由于機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)的響應(yīng)速度比真空系統(tǒng)快得多，因此液壓制動(dòng)和高電壓制動(dòng)之間的協(xié)作非常有效。如圖15所示。

當(dāng)制動(dòng)助力器控制模塊J539檢測(cè)到駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)將產(chǎn)生油壓。如圖16所示。

液壓制動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的制動(dòng)壓力將制動(dòng)片壓在制動(dòng)盤(pán)上。由于產(chǎn)生的摩擦，車(chē)輛的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)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(dòng)力蓄電池的充電水平及其溫度合適，則使用三相交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的再生模式，大部分摩擦減速都可能采用三相交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)能量回收完成。

車(chē)輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存在動(dòng)力蓄電池中，可用于加速。在制動(dòng)能量回收過(guò)程中，由于軸承摩擦和感應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，會(huì)損失少量熱能。

由于制動(dòng)效果是通過(guò)高電壓驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，因此液壓系統(tǒng)中的制動(dòng)壓力和機(jī)電助力制動(dòng)力都會(huì)降低，不使用液壓制動(dòng)系統(tǒng)可節(jié)省電能。如圖18所示。

如果動(dòng)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(dòng)使車(chē)輛減速。機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)使用車(chē)輪制動(dòng)缸進(jìn)行干預(yù)，并提供所需的制動(dòng)力。駕駛員不易察覺(jué)到這種相互作用，因?yàn)闄C(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)自動(dòng)動(dòng)作，并且在沒(méi)有駕駛員干預(yù)的情況下自動(dòng)建立制動(dòng)壓力。如圖19所示。

四、更換機(jī)電助力制動(dòng)器的維修注意事項(xiàng)

如果機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)發(fā)生故障，必須將機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)作為一個(gè)完整裝置進(jìn)行更換。安裝新的機(jī)電助力制動(dòng)器(eBKV)后，需要檢查制動(dòng)系統(tǒng)是否自由移動(dòng)，油壓測(cè)試時(shí)需要先放氣。首先進(jìn)行自由移動(dòng)測(cè)試，這包括測(cè)試機(jī)電助力制動(dòng)器的機(jī)械功能。然后使用車(chē)輛診斷測(cè)試儀的“引導(dǎo)功能”執(zhí)行油壓測(cè)試。