大众ID.4的机电助力制动系统

2022-09-09北京冯永忠

汽车维修与保养 2022年5期

◆文/北京冯永忠

传统燃油汽车的制动系统使用真空助力，大众ID.4等纯电动汽车的制动系统配置了机电制动助力器(eBKV)，这是大众纯电动汽车的第二代机电制动助力器。除了增强制动力以外，机电制动助力器还减轻了制动系统的总重量，从而进一步降低了纯电动汽车的二氧化碳排放量。大众ID.4纯电动汽车的机电制动助力器如图1所示。

使用机电制动助力器，提高了车辆行驶的安全性。在需要极高制动压力，可能发生事故的工况时，机电制动助力器提高了诸如前辅助系统等驾驶员辅助系统的有效性，这种功能不能在传统的真空制动系统中实现。

机电制动助力器使得停车距离比传统真空助力制动系统短，车速从30km/h减速至停车时，紧急制动距离缩短多达1.3m，如图2所示。而且由于停车距离较短，碰撞车速可降低约3km/h，这也使得行人事故避免率提高了10%。降低车速还会减少碰撞过程中车身必须吸收的能量，从而提高对驾驶员和乘客的保护。

机电制动助力器的技术特点包括：平行轴电驱动，齿轮装置减重，控制单元外壳减重，无真空制动助力，没有额外的蓄压器，高达5.3kN的制动力辅助，质量约为4.4kg，电机输出功率370W，电压范围9.8~16V，最大扭矩为3.3N·m。机电制动助力器总成如图3所示。

机电制动助力器的优点包括：驾驶员辅助功能快速产生制动压力，安全性高，减少车轮制动阻力扭矩，舒适的制动踏板触感，由于重量减轻和不使用真空泵而减少二氧化碳的排放，使用寿命长，电子稳定控制装置(ESC)的冗余制动系统。

一、助力制动系统的分类

1.真空助力制动系统

传统汽油车配置真空助力制动系统，真空助力制动系统产生真空的3种方法包括发动机运行时在进气歧管产生真空，使用机械真空泵或电动真空泵。这3种方法的缺点包括二氧化碳排放数据不佳，制动系统重量增加，生产成本高。真空泵产生真空的原理如图4所示。

2.大众第一代机电助力制动系统

这种制动系统使用第一代机电助力制动器(eBKV)，配置在大众e-up新能源纯电动汽车上。最大的特点是制动系统配置专用蓄压器，如图5所示。在能量回收制动过程中，蓄压器储存系统的制动液，降低系统中的制动压力。缺点是所需空间大，主蓄压器需要单独驱动，制动系统重量增加。

3.大众ID.车系机电助力制动系统

大众ID.车系机电助力制动系统配置第二代机电助力制动器(eBKV)，蓄压器集成在电子稳定控制装置(ESC)中，如图6所示。在能量回收制动过程中，该蓄压器储存系统的制动液，不需要制动系统外部蓄压器。优点是制动系统总成不需要额外空间，减轻系统重量，减少二氧化碳排放，降低成本。

二、机电助力制动器(eBKV)的功能及组成

1.机电助力制动器(eBKV)的设计

大众第二代机电助力制动器(eBKV)外部元件包括外壳、带防尘套的推杆、电机及齿轮装置、制动助力器控制模块J539、制动液储液罐、双腔制动总泵。如图7所示。

2.机电助力制动器(eBKV)的功能

当驾驶员踩下制动踏板时，推杆将推动机电助力制动器(eBKV)总成内部零件。作为制动助力器控制模块J539的一部分，制动踏板位置传感器G100传输的信号感知到这种移动。

制动助力器电机位置传感器G840也集成到制动助力器控制模块J539，并感知电机的当前位置。制动助力器控制模块J539使用有关驾驶员制动请求和电机位置的信息来计算所需的制动助力移动。

为了开始移动，加强衬套通过位于加强衬套两侧的小齿轮轴向左移动。随着加强衬套的移动，推杆也会移动。采用机电助力制动器(eBKV)时，制动力增加7～8倍。当取消制动请求时，位于总泵和加强衬套之间的弹簧将加强衬套和推杆推回原始位置。如图8所示。

3.松开和接合位置

图9和图10所示为机电助力制动器(eBKV)的松开和接合位置。机电助力制动器(eBKV)在松开位置时，弹簧放松，平行小齿轮轴位于加强衬套的左侧。机电助力制动器(eBKV)在接合位置时，加强衬套向左移动，弹簧被压缩。

4.蓄压器

蓄压器集成在电子稳定控制装置(ESC)中，与第一代机电助力制动器(eBKV)相比，第二代机电助力制动器(eBKV)不再配置单独的蓄压器。由于蓄压器功能已经集成到电子稳定控制(ESC)装置，电子稳定控制(ESC)具有更大的容积以适应这种功能。如图11所示。

5.制动踏板位置传感器G100

制动踏板位置传感器G100在助力总成上有2个霍尔传感器元件和1个带有4个霍尔磁铁的滑块，如图12所示。磁铁与输入推杆连接。当驾驶员踩下制动踏板时，霍尔磁铁在霍尔传感器上方移动。此移动可以解释为制动助力系统的制动请求。

如果制动踏板位置传感器G100出现故障，则制动功能由电子稳定控制装置(ESC)接管。如果机电助力制动器(eBKV)和电子稳定控制(ESC)装置同时失效，纯机械制动仍然能够工作。

6.减小的制动阻力扭矩

制动发生后，盘式制动器产生制动阻力扭矩。制动阻力扭矩会导致燃油消耗量增加和二氧化碳排放量增加。制动发生后，随着制动压力的降低，制动片会缩回其起始位置。由于制动盘相对于制动钳的轻微摆动，再加上间隙过小，整个制动片不会立即与制动盘脱离接触。制动盘和制动片之间仍存在过渡摩擦接触。通过在制动钳中使用卡子，可以更快地机械缩回制动片。如图13所示。

三、机电助力制动器(eBKV)的制动管理

1.车载网络

机电助力制动器(eBKV)通过车载网络(CAN)总线连接到电机和动力系控制模块。车载网络系统的控制模块包括车辆电气系统控制模块J519，转向角传感器G85，ABS控制模块J104，组合仪表控制模块J285，自适应巡航控制模块J428，动力转向控制模块J500，数据总线车载诊断接口J533，制动助力器控制模块J539，电机控制模块J623，动力系控制模块J775，驾驶员辅助系统前摄像头R242，诊断接头U31。车载网络如图14所示。

2.联合制动

专业术语“联合制动”用于新能源纯电动汽车。新能源纯电动汽车的三相交流驱动可以在再生模式下用于制动降低车速。在此过程中，部分车辆动能转化为电能和热能，车速降低。

并非始终可以使用高电压系统进行减速，需要根据动力蓄电池充电水平和动力蓄电池的温度。任何减速波动都由液压制动系统补偿。由于机电助力制动器(eBKV)的响应速度比真空系统快得多，因此液压制动和高电压制动之间的协作非常有效。如图15所示。

当制动助力器控制模块J539检测到驾驶员踩下制动踏板时，机电助力制动器(eBKV)将产生油压。如图16所示。

液压制动系统中产生的制动压力将制动片压在制动盘上。由于产生的摩擦，车辆的部分动能转化为热能并辐射出去。这部分能量就丧失了。如图17所示。

如果动力蓄电池的充电水平及其温度合适，则使用三相交流驱动系统的再生模式，大部分摩擦减速都可能采用三相交流驱动系统的制动能量回收完成。

车辆的动能转化为电能，储存在动力蓄电池中，可用于加速。在制动能量回收过程中，由于轴承摩擦和感应过程中产生的热量，会损失少量热能。

由于制动效果是通过高电压驱动实现的，因此液压系统中的制动压力和机电助力制动力都会降低，不使用液压制动系统可节省电能。如图18所示。

如果动力蓄电池的充电水平及其温度不允许使用能量回收减速，则必须使用液压制动使车辆减速。机电助力制动器(eBKV)和液压制动系统使用车轮制动缸进行干预，并提供所需的制动力。驾驶员不易察觉到这种相互作用，因为机电助力制动器(eBKV)自动动作，并且在没有驾驶员干预的情况下自动建立制动压力。如图19所示。