奧迪品牌電動車型制動系統(tǒng)淺析

制動系統(tǒng)是汽車底盤的關(guān)鍵組成部分，承擔(dān)著保障行車安全以及車輛的穩(wěn)定性的職責(zé)。在結(jié)構(gòu)上，由于電動汽車沒有發(fā)動機(jī)，普遍放棄了真空助力的制動系統(tǒng)， 采用電動助力。在策略方面，需要將電動汽車能量回收系統(tǒng)帶來的制動效果考慮在內(nèi)，使制動過程平穩(wěn)、準(zhǔn)確。同時，需要保證較高的安全系數(shù)，且在系統(tǒng)失效的緊急情況下，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)制動停車功能。

1. 電動汽車的“混合制動”

當(dāng)電動汽車駕駛員踩下制動踏板時，驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于車輪轉(zhuǎn)速，進(jìn)而被車輛反拖。此時驅(qū)動電機(jī)作為發(fā)電機(jī)使用，發(fā)電的同時形成阻力，對驅(qū)動輪產(chǎn)生制動效果。所以電動汽車的制動力由兩部分構(gòu)成，一部分是能量回收帶來的“電制動”，另一部分是傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)提供的“液壓制動”。這兩種制動力疊加的阻力效果，需要在任何時刻都滿足駕駛員想要實(shí)現(xiàn)的車輛降速效果。

如圖1 所示， 將駕駛員想要實(shí)現(xiàn)的減速度設(shè)為a，將液壓制動力矩提供的減速度設(shè)為aH， 將發(fā)電機(jī)制動力矩提供的減速度設(shè)為aG，此三者之間的關(guān)系為a=aH+aG。

2. 奧迪品牌電動車型制動系統(tǒng)概述

中國市場上的奧迪品牌新能源車型有6 款。插電式混合動力車型包括Q5e-tron、Q7 e-tron 和A6L TFSI e ；純電動車型包括Q4 e-tron、Audi e-tron 以及e-tron GT。其中Q7 e-tron、A6L TFSIe、Q4 e-tron 和e-tron GT 使用了第二代eBkv 系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、制動響應(yīng)快，是市場上占有率較高的一款產(chǎn)品。Audi e-tron 使用MK C1 系統(tǒng)，這是一套集成度更高、體積更小、重量更輕的線控電液制動系統(tǒng)，但價格相對貴一些。

3. 第二代eBKV 系統(tǒng)

eBKV 系統(tǒng)采用電動機(jī)械式制動助力，取消了真空泵和真空管路，由電動機(jī)驅(qū)動制動液，能夠快速建立制動液壓力（圖2）。這種助力形式不受外界氣壓的影響，避免車輛在高原等低氣壓環(huán)境下出現(xiàn)制動效果減弱的情況?？焖俳⒅苿右簤毫?，可明顯縮短制動距離，提高整車的安全性。與線控制動的區(qū)別在于，eBKV 系統(tǒng)的制動踏板與助力機(jī)構(gòu)之間并未解耦，可以為駕駛員提供真實(shí)的踏板腳感，讓駕駛員能夠清晰感知制動系統(tǒng)的狀態(tài)變化，例如是否存在熱衰退或ABS 是否介入等。

4. 正常制動

制動助力控制器掌控著制動的全過程。首先制動踏板位置傳感器能夠感知駕駛員踩下制動踏板的行程，由此計算出駕駛員所期望的制動力矩和所需要的制動助力大小。直流電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生助力，通過減速機(jī)構(gòu)傳遞給串聯(lián)制動總泵。然而還要配合“電制動”的阻力，所以當(dāng)助力傳遞到主泵后，ESC 控制單元會將與“電制動”效果等量的制動液存儲到蓄壓腔中，減少輸送給4 個分泵的制動液量（圖3），從而實(shí)現(xiàn)“混合制動”。

若駕駛員需要的制動力比較小，“電制動”即可滿足，則制動總泵就不會將制動液輸送給分泵。若制動力的需求比較大，“液壓制動”就會介入，流向4 個分泵的制動液會推動活塞伸出，讓制動盤片接觸產(chǎn)生減速度aH，配合能量回收形成的減速度aG，共同讓車輛快速減速。

5. 備用及應(yīng)急情況下制動助力

使用真空制動助力器的車型，在點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉后，踩幾次制動踏板后就無制動助力可用，電控制動助力系統(tǒng)在這方面有明顯區(qū)別。使用電控制動助力系統(tǒng)的車輛在關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)后，制動助力功能仍持續(xù)一段時間，具體的時長取決于司機(jī)是否在關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)時踩下了制動踏板。

如果駕駛員在關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)時踩下了制動踏板， 那么在60 s 內(nèi)仍可提供100% 的制動助力。隨后， 助力會在接下來的120 s 內(nèi)逐漸降低，直至完全消失。如果駕駛員在關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)時沒有踩制動踏板，系統(tǒng)會在接下來的60 s 內(nèi)提供100% 的制動助力，超過60 s 后，助力消失。

6.MK C1 系統(tǒng)

MK C1 來自大陸集團(tuán)，是一套較為先進(jìn)的線控電液制動系統(tǒng)，既解決了制動踏板對駕駛員的反饋，又通過控制器的直接計算得出液壓制動的需求，從而簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)將踏板模擬器、制動主缸、助力器和ESC 系統(tǒng)等集成為一套結(jié)構(gòu)緊湊的總成，重量減為原先的70%。得益于助力電動機(jī)的高扭矩，最高制動壓力建立時間僅為15 ms，比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)快了2 倍。

7. 踏板感覺模擬

ESC 控制單元負(fù)責(zé)管理制動過程。通常情況下，隔離閥1 和4 處于關(guān)閉狀態(tài)，駕駛員踩下制動踏板之初，產(chǎn)生的制動液壓暫不會流向4 個車輪，而是經(jīng)過電磁閥5，與踏板力模擬器接通?？刂茊卧ㄟ^踏板行程傳感器采集到的信號，計算出駕駛員的制動意圖，便開始進(jìn)行踏板力模擬。踏板力模擬單元控制活塞位置，通過液壓管路反作用到制動踏板上，模擬出真實(shí)的踏板力反饋。通過長期的數(shù)據(jù)積累，控制單元可以調(diào)教出不同的踏板力回饋，滿足不同的駕駛風(fēng)格的需求（圖4）。

8. 正常制動

ESC 控制單元計算出駕駛員的真實(shí)制動力需求后，便與“電制動”的大小進(jìn)行比對，從而判定是否實(shí)施液壓制動。當(dāng)需求大于“電制動”提供的阻力后，液壓制動便會介入。液壓制動電動機(jī)推動總泵活塞運(yùn)動，形成制動液壓力，再經(jīng)過閥體2 和3，流向4 個車輪。過程中，ESC 控制單元會通過制動壓力傳感器2采集管路壓力，并進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。

9. 緊急情況

若MK C1 系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則閥2、3和5 均會關(guān)閉，閥1 和4 會接通。駕駛員腳踩踏板力產(chǎn)生的制動液壓力，只能通過閥1 和4 傳遞到車輪上，此時駕駛員仍可以像傳統(tǒng)車輛一樣實(shí)施制動，制動效果完全取決于踩下制動踏板的力量。

10. 總結(jié)

奧迪品牌電動車型所用的2 款制動系統(tǒng)， 相較于燃油車， 具有集成度高、體積小，制動響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，可以提升制動性能， 縮短制動距離。另外，得益于電控技術(shù)，eBkv 和MKC1 兩款制動主缸的制動壓力曲線均可以在較大范圍內(nèi)調(diào)整，制動踏板的力回饋也隨之可調(diào)。進(jìn)而， 制動的模式可以得到擴(kuò)展，如運(yùn)動模式、舒適模式等。