新能源汽车制动系统的发展趋势

蒋鸣雷

（北京信息职业技术学院交通工程系，北京 100070）

引言[1]

制动系统是保证汽车安全行驶最重要的一项主动安全系统，是通过制动器与车轮的摩擦使行驶中的汽车按照驾驶员的意愿进行强制减速甚至停车，使汽车下坡行驶时保持速度稳定，以及在各种道路条件下停驶的汽车保持稳定不动的专门装置。汽车在制动时，司机通过踩下刹车踏板，将脚踩力量传递给与刹车踏板相连推杆后的真空助力器上，通过真空助力器放大脚踩力，推动制动主缸活塞运动，产生压力液流传送、分配到各车轮的制动器上，使制动器与转动轮毂之间产生摩擦制动力矩让汽车减速或停止。汽车制动时制动力非常大，如果只靠人力直接作用于制动主缸活塞，司机在踩下制动踏板时会遇到很大的阻力，甚至有可能无法制动，因此该制动系统需要真空助力器将制动踏板的力放大。传统燃油车真空助力器工作时的真空源来源于汽车发动机进气歧管，非常稳定可靠，但新能源汽车特别是纯电动车，由于没有发动机总成，制动系统缺少真空动力源，因此缺乏真空助力功能，那新能源汽车将怎样实现制动系统的助力呢？

1 采用电子真空泵的新能源汽车制动系统[2][3]

目前不少纯电动新能源汽车在制动系统方面，保留了原来传统燃油车的真空助力器和液压制动管路，还在管路的另一侧设置了一个电子真空泵，如图1 所示。其工作过程为：车辆启动，12 V 电源供电，电子控制系统（VCU）进行自检，真空压力传感器测出真空罐内的真空度，转换成相应电压值送至控VCU，VCU 对该电压值与原设定的真空度电压值进行比较，如果电压值低，说明真空罐内的真空度小于设定值，VCU 就发出控制命令让电子真空泵开始工作，抽真空，当真空压力传感器测出真空罐内真空度达到设定值了，VCU 就发出命令让真空泵停止工作。当由于制动消耗导致真空罐内的真空度小于设定值时，电动真空泵就再次开始抽真空。总之，真空压力传感器只要监测到真空助力器的真空度不足，电子真空泵就工作来保证真空助力器的真空度，使真空助力器能像原先燃油车那样为驾驶员提供辅助助力制动作用。

图1 电动真空助力系统原理图

采用这种制动系统控制技术，对于从燃油车底盘改造而来的新能源汽车来说，原有的真空助力器及相关管路基本不变，只是将从发动机进气歧管引入真空环境的接口管路变换到单设的真空泵上，利用真空泵来保证真空环境，但其制动原理则与传统燃油车的制动系统完全相同。这样使得车辆设计生产变动很小，原有燃油车的设计方案、装配生产线等都可以得到充分利用，节约时间及经济成本，是当前比较理想的一种过渡方案。但该方案的缺陷是电子真空泵的工作稳定性不足，而且由于真空泵频繁启动导致寿命较短，不是非常适合作为唯一的真空源提供元件，这样一旦电子真空泵出现任何工作问题，就会导致出现制动故障。因此该设计方案仅仅是为了节省成本，延续保留原传统汽车大部分制动系统的过渡方案，并非彻底解决新能源汽车制动问题最佳方案。

2 采用智能化助力器的新能源汽车制动系统[3][4]

图2 Bosch(博世)iBooster 智能助力器

如果在制动踏板和制动主缸之间设计一种助力装置来代替传统的真空助力器，那就可以不再依赖真空源，从而彻底消除制动系统对真空的依赖。目前博世公司推出了一套名为iBooster 的智能化助力器，如图2 所示。它是利用电控方式来辅助控制制动力。简单来说，就是将原真空助力制动系统中的真空助力器去掉，换成由电子控制单元和电机驱动机构组成的智能助力器，驾驶员踩下制动踏板不再是传递的力，而是传递一个电信号给智能助力器，助力器通过踏板位置传感器检测到踏板踩下行程位置的变化，控制器以此为依据结合实际车辆运行工况计算出需要的制动力，控制器控制电机给出制动助力所需的力矩到制动总泵，制动总泵驱动液压系统传递制动力到ABS/ESP 制动防抱死/电子稳定系统控制器，ABS/ESC 再根据车辆状况把制动力分配到四个车轮。

iBooster 智能化助力器完全是靠电控制而不用真空来实现整个助力过程的控制，制动更平顺更柔滑，同时反应速度也比传统车辆制动效果好得多，它的控制单元能和车身电子稳定系统ESP 合作，实现能量回收，让新能源汽车更好地实现节能、环保。

此外大陆公司也推出一套MK C1 制动系统，其工作理念和博世iBooster 基本相同。但是MK C1 除了完全取代真空助力器外，还集成了ESP 电子稳定系统，ABS 和 ESC 功能，其模块化设计的好处是能更集成化和小型化，显著提高 ABS 和 ESC 的主动制动响应速度，而且由于系统是集成设计，系统能直接控制执行所有制动动作。

3 采用线控制动的新能源汽车制动系统[4][5]

随着传感器与网络技术的快速发展，线控技术已成为汽车控制技术的未来发展方向。汽车的线控制动（BBW）系统，是用线控电子机械制动器代替了代替液压的制动系统，电源取代了传统的液压源，机电动作器取代了液压的作动设备。传统液压制动系统的元件，像主缸、真空增压设备、液压管路等均被机电结合的一体化元件所取代，如液压鼓式或盘式制动器及调节器被电脑控制的驱动电机所代替，制动时制动力的大小由电控ECU 调控，驱动电机逆转产生制动力。线控制动系统电脑根据电子踏板传感器将刹车踏板踩下的速度信号与位移行程变化，结合车轮转速等信息，向制动电机发送工作信号并控制电机的电流与转子转角，产生制动所需的力矩，实现车轮制动。

线控制动（BBW）系统与传统制动系统相比，没有了制动油缸、液压阀、助力装置、油箱以及复杂的液压管路等液压部件，结构简单，维护方便，布置灵活，可控性好与响应速度快等特点。此外只要设计好相应的控制程序，可根据实际情况自如控制制动力的大小，控制各轴的制动力分配，完全能够实现传统液压制动的ABS、ASR 等功能，是未来无人驾驶汽车不可或缺的配置。

但线控制动（BBW）系统目前也存在控制技术难度大、需要多个驱动能源、控制系统失效如何处理及电子元件抗干扰等问题。

4 新能源汽车制动时的能量回收[6][7]

传统燃油车中，大部分车辆不带制动能量回收系统，而新能源汽车特别是纯电动汽车均带有制动能量回收系统，新能源汽车利用减速、制动时电动机转变为发电机，将动能转化为电能，再存储到动力电池中， 这就是新能源汽车制动时的能量回收。

电动汽车制动时的能量回收一般采用再生制动方式，再生制动也被称为反馈制动或者制动能量回收，是指电动汽车在实施制动或下坡惯性滑行中，动力电池输出电源关闭，制动力拖动电动机惯性反向转动，通过电路切换，使电机转子产生磁场，电机定子线圈绕组切割磁力线，感应出电动势，产生电流通过功率变化器流入动力电池，将制动中消耗的机械能转化为电能，此时电动机为发电状态，这个过程称为再生制动。在再生制动中，制动应尽可能采用线控制动方式的电机回馈发电制动来取代机械式制动，制动链接采用电力连接，能有效减少了机械损失，提高能量回收效率。

5 结束语

总之，无论是电动车还是传统采用内燃机的汽车，制动系统电子化是未来汽车制动技术发展的必然趋势，随着新能源汽车和无人驾驶技术的飞速发展，与传统真空助力液压制动系统相比，全电子控制的电子机械一体化制动系统具有智 能化优势，在提高制动的舒适性、稳定性的方向有着很大的优越性，也必将成为新能源汽车未来制动系统发展的主流。