制动系统是汽车底盘的关键组成部分,承担着保障行车安全以及车辆的稳定性的职责。在结构上,由于电动汽车没有。在策略方面,需要将电动汽车能量回收系统带来的制动效果考虑在内,使制动过程平稳、准确。同时,需要保证较高的安全系数,且在系统失效的紧急情况下,仍然能够实现制动停车功能。
当电动汽车驾驶员踩下制动踏板时,驱动电机的转速低于车轮转速,进而被车辆反拖。此时驱动电机作为发电机使用,发电的同时形成阻力,对驱动轮产生制动效果。所以电动汽车的制动力由两部分构成,一部分是能量回收带来的“电制动”,另一部分是传统液压制动系统提供的“液压制动”。这两种制动力叠加的阻力效果,需要在任何时刻都满足驾驶员想要实现的车辆降速效果。
如图1 所示,将驾驶员想要实现的减速度设为a,将液压制动力矩提供的减速度设为aH,将发电机制动力矩提供的减速度设为aG,此三者之间的关系为a=aH+aG。
中国市场上的奥迪品牌新能源车型有6 款。插电式混合动力车型包括Q5 e-tron、Q7 e-tron 和A6L TFSI e;纯电动车型包括Q4 e-tron、Audi e-tron 以及e-tron GT。 其中Q7 e-tron、A6L TFSI e、Q4 e-tron和e-tron GT 使用了第二代eBkv 系统,该系统结构简单、制动响应快,是市场上占有率较高的一款产品。Audi e-tron 使用MK C1 系统,这是一套集成度更高、体积更小、重量更轻的线控电液制动系统,但价格相对贵一些。
eBKV 系统采用电动机械式制动助力,取消了真空泵和真空管路,由电动机驱动制动液,能够快速建立制动液压力(图2)。这种助力形式不受外界气压的影响,避免车辆在高原等低气压环境下出现制动效果减弱的情况。快速建立制动液压力,可明显缩短制动距离,提高整车的安全性。与线控制动的区别在于,eBKV 系统的制动踏板与助力机构之间并未解耦,可以为驾驶员提供真实的踏板脚感,让驾驶员能够清晰感知制动系统的状态变化,例如是否存在热衰退或ABS是否介入等。
制动助力掌控着制动的全过程。首先制动踏板位置传感器能够感知驾驶员踩下制动踏板的行程,由此计算出驾驶员所期望的制动力矩和所需要的制动助力大小。直流电动机运转产生助力,通过减速机构传递给串联制动总泵。然而还要配合“电制动”的阻力,所以当助力传递到主泵后,ESC控制单元会将与“电制动”效果等量的制动液存储到蓄压腔中,减少输送给4 个分泵的制动液量(图3),从而实现“混合制动”。
若驾驶员需要的制动力比较小,“电制动”即可满足,则制动总泵就不会将制动液输送给分泵。若制动力的需求比较大,“液压制动”就会介入,流向4 个分泵的制动液会推动活塞伸出,让制动盘片接触产生减速度aH,配合能量回收形成的减速度aG,共同让车辆快速减速。
使用真空制动助力器的车型,在点火开关关闭后,踩几次制动踏板后就无制动助力可用,电控制动助力系统在这方面有明显区别。使用电控制动助力系统的车辆在关闭点火开关后,制动助力功能仍持续一段时间,具体的时长取决于司机是否在关闭点火开关时踩下了制动踏板。
如果驾驶员在关闭点火开关时踩下了制动踏板,那么在60 s 内仍可提供100%的制动助力。随后,助力会在接下来的120 s 内逐渐降低,直至完全消失。如果驾驶员在关闭点火开关时没有踩制动踏板,系统会在接下来的60 s 内提供100%的制动助力,超过60 s 后,助力消失。
MK C1 来自集团,是一套较为先进的线控电液制动系统,既解决了制动踏板对驾驶员的反馈,又通过的直接计算得出液压制动的需求,从而简化了机械结构。该系统将踏板模拟器、制动主缸、助力器和ESC 系统等集成为一套结构紧凑的总成,重量减为原先的70%。得益于助力电动机的高扭矩,最高制动压力建立时间仅为15 ms,比传统结构快了2 倍。
ESC 控制单元负责管理制动过程。通常情况下,隔离阀1 和4 处于关闭状态,驾驶员踩下制动踏板之初,产生的制动液压暂不会流向4 个车轮,而是经过电磁阀5,与踏板力模拟器接通。控制单元通过踏板行程传感器采集到的信号,计算出驾驶员的制动意图,便开始进行踏板力模拟。踏板力模拟单元控制活塞位置,通过液压管路反作用到制动踏板上,模拟出真实的踏板力反馈。通过长期的数据积累,控制单元可以调教出不同的踏板力回馈,满足不同的驾驶风格的需求(图4)。
ESC 控制单元计算出驾驶员的真实制动力需求后,便与“电制动”的大小进行比对,从而判定是否实施液压制动。当需求大于“电制动”提供的阻力后,液压制动便会介入。液压制动电动机推动总泵活塞运动,形成制动液压力,再经过阀体2 和3,流向4 个车轮。过程中,ESC 控制单元会通过制动压力传感器2采集管路压力,并进行精准调节。
若MK C1 系统出现故障,则阀2、3和5 均会关闭,阀1 和4 会接通。驾驶员脚踩踏板力产生的制动液压力,只能通过阀1 和4 传递到车轮上,此时驾驶员仍可以像传统车辆一样实施制动,制动效果完全取决于踩下制动踏板的力量。
奥迪品牌电动车型所用的2 款制动系统,相较于燃油车,具有集成度高、体积小,制动响应速度快等优点,可以提升制动性能,缩短制动距离。另外,得益于电控技术,eBkv 和MKC1 两款制动主缸的制动压力曲线均可以在较大范围内调整,制动踏板的力回馈也随之可调。进而,制动的模式可以得到扩展,如运动模式、舒适模式等。
上一篇:汽车底盘传动、行驶、转向、制动系统详解 下一篇:2024武汉汽车底盘系统展览会:轻量化、智能化引领