北京現(xiàn)代新能源汽車再生制動(dòng)技術(shù)解析

◆文/山東 房宏威 賈燕紅 李臣華 胡克曉

當(dāng)前，新能源汽車發(fā)展迅猛，在其諸多先進(jìn)技術(shù)中，再生制動(dòng)相關(guān)技術(shù)也不斷取得突破。本文對(duì)北京現(xiàn)代汽車當(dāng)前先進(jìn)的AHB主動(dòng)油壓控制系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行分析，對(duì)其相關(guān)重要部件進(jìn)行了介紹，詳細(xì)總結(jié)了AHB系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)過(guò)程。

一、再生制動(dòng)簡(jiǎn)介

再生制動(dòng)表示制動(dòng)能量回收或反饋制動(dòng)，指純電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車在制動(dòng)或減速時(shí)，使用牽引電機(jī)把動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能，以此給高壓蓄電池充電。通過(guò)動(dòng)能到電能的轉(zhuǎn)換，使得新能源汽車能量損失最小化，增加續(xù)航里程。并且在經(jīng)常需要停車的城市道路上行駛時(shí)，燃油效率特別高。圖1、圖2展示了純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車在制動(dòng)過(guò)程中的能量流動(dòng)示意圖。

圖1 純電動(dòng)汽車能量回收路徑

圖2 混合動(dòng)力汽車能量回收路徑

再生制動(dòng)的能量取決于車速和蓄電池的電量。如圖3所示，制動(dòng)過(guò)程中，駕駛員的需求由液壓制動(dòng)和再生制動(dòng)兩部分組成。車輛從行駛到停止可以分為五個(gè)階段。具體為：

圖3 能量回收過(guò)程中液壓和再生制動(dòng)分配圖

1.第一階段：制動(dòng)初始，車速最高，汽車動(dòng)能最大，此時(shí)進(jìn)行汽車制動(dòng)能量回收最有效。所以此時(shí)制動(dòng)完全由再生制動(dòng)起作用，駕駛員的需求也就等于再生制動(dòng)。

2.第二階段：此時(shí)，液壓制動(dòng)力不斷增加，再生制動(dòng)略有增加。駕駛員的需求也就等于再生制動(dòng)和液壓制動(dòng)之和。

3.第三階段：液壓制動(dòng)開(kāi)始減少，再生制動(dòng)增速加快。駕駛員的需求仍等于再生制動(dòng)和液壓制動(dòng)之和。

4.第四階段：汽車動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的速度大幅度減慢，液壓制動(dòng)快速增加。駕駛員的需求還是等于再生制動(dòng)和液壓制動(dòng)之和。

5.第五階段：制動(dòng)終了，車速很低，能量回收意義不大。此時(shí)制動(dòng)完全由液壓制動(dòng)起作用。駕駛員的需求也就等于液壓制動(dòng)。

二、AHB系統(tǒng)組成

當(dāng)前，各大車企對(duì)于制動(dòng)能量回收的相關(guān)技術(shù)，不斷取得突破。北京現(xiàn)代汽車有限公司旗下的第九代索納塔、領(lǐng)動(dòng)混動(dòng)等部分車型采用主動(dòng)油壓控制系統(tǒng)，又稱“AHB”，其技術(shù)非常先進(jìn)。下面，我們對(duì)該技術(shù)做一下深度解析。

北京現(xiàn)代的AHB系統(tǒng)主要由制動(dòng)踏板、2個(gè)制動(dòng)踏板行程傳感器、組合制動(dòng)啟動(dòng)模塊(又稱iBAU)、2個(gè)橫擺加速度傳感器、壓力源模塊(又稱PSU)、4個(gè)輪速傳感器、制動(dòng)鉗和制動(dòng)盤等組成。如圖4所示，系統(tǒng)總質(zhì)量7.9kg，位置還是在發(fā)動(dòng)機(jī)艙左后方，其將液壓制動(dòng)、再生制動(dòng)和ESC功能集成在一起。PSU模塊由低壓蓄電池供電，能產(chǎn)生180bar(1bar=100kPa)的高壓制動(dòng)力，并能在儲(chǔ)能器進(jìn)行存儲(chǔ)。iBAU模塊集壓力控制、踏板感覺(jué)模擬器、再生制動(dòng)控制及制動(dòng)時(shí)車輛具有的ABS、TCS、ESC或AVH等功能于一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠。

圖4 AHB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.iBAU模塊

iBAU位于汽車駕駛席座椅前方，在發(fā)動(dòng)機(jī)前艙內(nèi)。它主要由ECU、電磁閥、4個(gè)壓力傳感器、踏板模擬器、制動(dòng)主缸、2個(gè)放氣螺釘、2個(gè)單向閥及殼體等組成，如圖5、圖6所示。iBAU模塊是參與能量回收控制的重要模塊，其通過(guò)多個(gè)閥體和傳感器，對(duì)車輪進(jìn)行壓力控制，并集成了ABS/ESC等制動(dòng)輔助功能。并完全顛覆了傳統(tǒng)制動(dòng)踏板的功能，踩下制動(dòng)踏板，踏板模擬器給駕駛員提供踩踏感覺(jué)，通過(guò)電腦對(duì)相關(guān)信號(hào)的處理，判斷出駕駛員的駕駛意圖，從而為之后的能量回收做準(zhǔn)備。

圖5 iBAU位置示意圖

圖6 iBAU結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.PSU模塊

PSU和iBAU是一體的，位于汽車駕駛席座椅前方，在發(fā)動(dòng)機(jī)前艙內(nèi)。它主要由活塞泵、電機(jī)、蓄能器、濾清器、放氣螺釘和殼體等部件組成，如圖7、圖8所示。其電機(jī)為直流永磁同步電機(jī)，直接由低壓蓄電池供電，所以其啟動(dòng)時(shí)便產(chǎn)生并持續(xù)維持180bar的壓力，即使點(diǎn)火開(kāi)關(guān)OFF時(shí)也能持續(xù)產(chǎn)生高壓，并由蓄能器進(jìn)行壓力維持。在維修與保養(yǎng)放氣過(guò)程中，需要將其與蓄電池負(fù)極連接線斷開(kāi)，以便能夠及時(shí)釋放高壓，防止因壓力過(guò)大而造成危險(xiǎn)。

圖7 PSU位置示意圖

圖8 PSU結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3.踏板行程傳感器(PTS)

北京現(xiàn)代配備AHB系統(tǒng)工作的車型，均采用雙路霍爾傳感器作為踏板行程傳感器，其位于制動(dòng)踏板右側(cè)，如圖9所示。傳感器采用5V供電電壓，信號(hào)電壓呈二倍數(shù)值關(guān)系。PTS是用來(lái)反映駕駛員制動(dòng)意圖的重要信號(hào)，在更換PTS和iBAU時(shí)，需要使用北京現(xiàn)代GDS專用診斷儀進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)，如果沒(méi)有進(jìn)行校準(zhǔn)，車輛在行駛時(shí)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生故障碼。

圖9 踏板行程傳感器位置圖

三、AHB系統(tǒng)工作原理

北京現(xiàn)代汽車AHB系統(tǒng)的工作主要受到電機(jī)控制器MCU的控制，MCU通過(guò)接收到踏板模擬器的相關(guān)信號(hào)，做出駕駛員行車制動(dòng)的判斷，通過(guò)與iBAU的通訊，對(duì)制動(dòng)油路中的閥體進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)能量回收的目的。其中，踏板模擬器中產(chǎn)生踩踏感覺(jué)的SIM閥體屬于常閉類型，配備1個(gè)壓力傳感器。其在制動(dòng)時(shí)打開(kāi)，并配備安裝2級(jí)彈簧，根據(jù)彈簧力產(chǎn)生踏板感覺(jué)，大大區(qū)別與傳統(tǒng)制動(dòng)踩踏原理。系統(tǒng)中所具備的閥體很多，包括2個(gè)輸入閥和2個(gè)輸出閥，屬于常閉閥，2個(gè)切斷閥屬于常開(kāi)閥及用于ABS/ESC控制的8個(gè)電磁閥，如圖10所示。其工作過(guò)程可以分為三種狀態(tài)：初始狀態(tài)、制動(dòng)器工作狀態(tài)和應(yīng)急制動(dòng)狀態(tài)。

圖10 AHB系統(tǒng)原理圖

1.初始狀態(tài)

在這一階段，駕駛員踩下制動(dòng)踏板，車輛車速相對(duì)較快，由于只有2個(gè)切斷閥打開(kāi)，液壓制動(dòng)基本不起作用，車輛主要進(jìn)行再生制動(dòng)，進(jìn)行能量回收。此時(shí)，輸入閥1、2和輸出閥1、2處于關(guān)閉狀態(tài)，踏板模擬器SIM閥處于關(guān)閉狀態(tài)，2個(gè)切斷閥處于打開(kāi)狀態(tài)，蓄能器將系統(tǒng)壓力穩(wěn)定維持在180bar的狀態(tài)。

2.制動(dòng)器工作狀態(tài)

制動(dòng)過(guò)程中，液壓制動(dòng)起作用后，制動(dòng)器的工作狀態(tài)如圖11所示，紅色線路表示高壓線路，藍(lán)色線路表示低壓線路。液壓制動(dòng)時(shí)，2個(gè)輸入閥(IN)打開(kāi)，2個(gè)輸出閥(OUT)關(guān)閉，2個(gè)切斷閥(CUT)關(guān)閉，高壓制動(dòng)液由PSU模塊經(jīng)iBAU模塊控制后流向四輪的制動(dòng)分泵，產(chǎn)生制動(dòng)力；踏板模擬器SIM閥打開(kāi)，低壓制動(dòng)液經(jīng)低壓制動(dòng)線路與制動(dòng)主缸形成回路。釋放液壓制動(dòng)時(shí)，2個(gè)輸入閥(IN)關(guān)閉，2個(gè)輸出閥(OUT)打開(kāi)，2個(gè)切斷閥(CUT)關(guān)閉，制動(dòng)輪缸與制動(dòng)主缸形成回路，將制動(dòng)高壓釋放。踏板模擬器SIM閥依舊打開(kāi)。

圖11 AHB正常工作狀態(tài)原理圖

3.應(yīng)急制動(dòng)狀態(tài)

配備AHB系統(tǒng)的車型都會(huì)具備應(yīng)急制動(dòng)功能。當(dāng)液壓制動(dòng)功能失效后，系統(tǒng)將立即進(jìn)入應(yīng)急制動(dòng)狀態(tài)。如圖12所示，此時(shí)，2個(gè)輸入閥(IN)關(guān)閉，2個(gè)輸出閥(OUT)關(guān)閉，2個(gè)切斷閥(CUT)打開(kāi)，制動(dòng)液直接由制動(dòng)主缸經(jīng)ABS/ESC電磁閥與制動(dòng)輪缸形成回路。踏板模擬器SIM閥關(guān)閉，車輛液壓制動(dòng)力完全由駕駛員腳踩制動(dòng)踏板產(chǎn)生，制動(dòng)力不足以完成緊急制動(dòng)。此時(shí)駕駛員應(yīng)該小心緩慢駕駛車輛，盡早維修。

圖12 AHB應(yīng)急工作狀態(tài)原理圖

四、AHB的維護(hù)與保養(yǎng)

1.所需工具

北京現(xiàn)代汽車具備AHB系統(tǒng)的車型，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)時(shí)，最重要的一項(xiàng)工作就是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行放氣操作。這就需要用到專用制動(dòng)器放氣工具和GDS診斷儀，如圖13、14所示。

圖13 制動(dòng)器專用放氣工具

2.具體操作

在更換系統(tǒng)部件，如PSU、iBAU或更換制動(dòng)液后，需要對(duì)AHB系統(tǒng)進(jìn)行放氣操作。具體需要使用GDS診斷儀中車輛軟件管理菜單按步驟執(zhí)行4步操作(圖15)。

圖15 GDS診斷儀

(1)填充步驟1(iBAU ECU OFF)

圖14 GDS診斷儀

①分離蓄電池(12V)負(fù)極連接線，使iBAU ECU停止工作。通過(guò)此操作可以將系統(tǒng)中高油壓卸掉。

②正確安裝制動(dòng)器專用放氣工具，并對(duì)儲(chǔ)油箱加壓到3～5bar。

③打開(kāi)放氣螺釘排出制動(dòng)油，直到?jīng)]有空氣。放氣螺釘作業(yè)順序從PSU（1處）開(kāi)始，接著對(duì)iBAU (2處)進(jìn)行排氣，最后對(duì)車輪（4處）排氣，排氣口的位置如圖16所示，排氣時(shí)長(zhǎng)各15min，完成作業(yè)之后關(guān)閉放氣螺釘。

圖16 AHB系統(tǒng)排氣口位置圖

④踩下制動(dòng)踏板的狀態(tài)下打開(kāi)iBAU(2處)放氣螺釘，并排出制動(dòng)油，然后關(guān)閉放氣螺釘，之后釋放制動(dòng)踏板。此過(guò)程重復(fù)進(jìn)行10次。如果10次之后制動(dòng)油還帶有空氣時(shí)，則繼續(xù)進(jìn)行放氣操作，直到?jīng)]有空氣為止。

(2)進(jìn)入放氣模式

①連接蓄電池(12V)負(fù)極連接線。

②車輛準(zhǔn)備就緒狀態(tài)下，變速桿掛到P擋，調(diào)整方向盤至正中位置。

③按住ESC OFF開(kāi)關(guān)3s后(2級(jí)控制裝置完全OFF)，制動(dòng)踏板ON/OFF進(jìn)行10次，然后IGN OFF。過(guò)程中，踩下踏板時(shí)要充分踩下40mm以上，釋放踏板時(shí)要完全釋放10mm以下。

④重新進(jìn)入車輛準(zhǔn)備就緒狀態(tài)之后，按住ESC OFF開(kāi)關(guān)3s以上時(shí)(2階段姿勢(shì)控制狀態(tài)完全OFF)。如圖17所示，3種警告燈全部亮起，并進(jìn)入放氣模式。過(guò)程中，必須在30s內(nèi)完成上述③、④步驟的全部操作，才可能進(jìn)入正常的放氣模式。

圖17 三種警告燈同時(shí)亮起

(3)填充步驟2

①在放氣模式下使用制動(dòng)器放氣工具對(duì)儲(chǔ)油箱加壓到3～5bar的壓力。

②踩下制動(dòng)踏板一半左右的狀態(tài)下，打開(kāi)車輪側(cè)的放氣螺釘3s，然后關(guān)閉3s。重復(fù)此操作5次之后釋放制動(dòng)踏板。對(duì)全部輪胎進(jìn)行此作業(yè)。

③IGN OFF或按下ESC OFF開(kāi)關(guān)來(lái)解除放氣模式。作業(yè)過(guò)程中，如果排油不順暢時(shí)，釋放制動(dòng)踏板之后重新踩下。即便充分排出制動(dòng)油,也持續(xù)有空氣時(shí)重復(fù)此過(guò)程,直到?jīng)]有空氣為止。此過(guò)程要區(qū)別傳統(tǒng)汽車選擇管路最長(zhǎng)的右后輪最先放氣，選擇管長(zhǎng)度最短的前左車輪最好。

(4)油循環(huán)模式

①拆卸制動(dòng)器放氣工具，加注制動(dòng)油至儲(chǔ)油箱最高線之后，蓋好儲(chǔ)油箱蓋。

②P擋狀態(tài)下,車輛進(jìn)入READY狀態(tài)，連接診斷儀。在GDS診斷儀附加功能上執(zhí)行油循環(huán)模式。

③結(jié)束油循環(huán)模式之后試駕車輛,檢查制動(dòng)踏板感覺(jué)、工作性能，及是否有異響。如果踩下制動(dòng)踏板時(shí)有踩下海綿的感覺(jué)或制動(dòng)響應(yīng)性明顯慢時(shí)，重新確認(rèn)放氣全過(guò)程。

如果性能及踏板感覺(jué)良好，但有異響時(shí)連接診斷儀之后重新執(zhí)行油循環(huán)模式。

五、總結(jié)

當(dāng)前，新能源汽車再生制動(dòng)不斷取得突破，汽車市場(chǎng)上各種技術(shù)日新月異。研究不同車企的最新技術(shù)有利于我們掌握再生制動(dòng)系統(tǒng)的維護(hù)與維修。本文通過(guò)對(duì)北京現(xiàn)代AHB系統(tǒng)功能原理的研究，總結(jié)了系統(tǒng)維護(hù)與保養(yǎng)的過(guò)程，為以后對(duì)再生制動(dòng)系統(tǒng)的維修奠定基礎(chǔ)。