奥迪e-tron纯电动汽车底盘系统介绍

2021-03-08山东刘春晖

汽车维修与保养 2021年12期

◆文/山东刘春晖

如图1所示，奥迪e-tron车的底盘是以MLBevo平台为基础的，该平台也是奥迪A4、A5、Q5、A6、A7、Q7和A8这些车型的开发基础。由于轴荷和车辆外形尺寸的原因，奥迪e-tron车直接取用了奥迪Q7上的主要MLBevo系统部件。

图1 奥迪e-tron底盘系统部件结构

奥迪e-tron车的车轮从标配的19"(1"=2.54cm)的到选装的21"都有。带空气悬架和电子减振调节(自适应空气悬架)底盘的根据市场不同配备18"或19"车轮制动装置。如果满足要求的条件，可以通过电机的发电机模式来实现能量回收。从液压制动功率和电机制动功率中获取全部制动功率。想高效地来调节这个复杂的过程，奥迪e-tron车上首次使用新型制动调节系统MK C1，该系统将制动总泵、制动助力器、ESC和主动式蓄压器集成为一个模块。驾驶员可以通过拉动方向盘上的点动开关来确定能量回收等级。

带有空气悬架和可调减振器的标准底盘(自适应空气悬架1BK)为标配底盘。带有空气悬架和可调减振器的运动底盘(自适应空气悬架2MB)是选装底盘，硬件与标准底盘1BK相同，减振特性是按照动态/运动行驶特性来调节的。

一、车桥

1.前桥

奥迪e-tron前桥和后桥均为五联杆式结构。如图2所示，前桥是基于业经考验过的五联杆结构，主要系统部件与奥迪Q7(车型4M)上的相同，副车架采用了铝制新结构。

图2 奥迪e-tron前桥

2.后桥

如图3所示，奥迪e-tron车采用的也是五连杆式后桥。与前桥一样，后桥主要系统部件与奥迪Q7(车型4M)上的相同。副车架则采用了新结构，因为要满足特殊的集成需要，即要容纳高压蓄电池和电机。

图3 奥迪e-tron后桥

二、自适应空气悬架

如图4所示，奥迪e-tron上标配带有电子减振调节的空气悬架。自适应空气悬架(AAS)和运动型自适应空气悬架这两种底盘的区别体现在各自不同的减振调节方式，这两种空气悬架的调节特性(按车速和模式来调节底盘高度)是相同的。

图4 奥迪e-tron自适应空气悬架(AAS)系统的结构

自适应空气悬架控制单元直接取自奥迪A8(车型4N)，软件方面针对调节特性和减振特性做了修改。操纵以及维修保养方面也与奥迪 Q7(车型4M)相同。

图5 展示的是空气弹簧底盘的调节策略。司机通过奥迪Drive Select上相应的驾驶模式来选择车辆的底盘高度和行驶动力学特性。在选定的行驶模式中就可以按相应的车速来自动设置底盘高度。以选择“auto”模式为例进行说明：如果当前车辆处于另一个底盘高度状态，那么就会通过改变空气弹簧内空气容积的方式来将底盘高度调节到正常高度状态(这个选择是在车辆停住不动，或者车速不超过120km/h时进行)。如果随后车速超过120km/h，那么底盘高度马上就会降低13mm而到较低高度1的状态。如果随后车速继续提高不低于140km/h并且持续20s，那么底盘高度会再次降低13mm而到高速公路的底盘高度状态了。

图5 自适应空气悬架(1BK)运动型自适应空气悬架(2MA)的调节特性

如果随后车速又降下来了且车辆以110km/h或更低的车速行驶超过30s，那么底盘高度会升高13mm达到先前设定的底盘高度。如果车速继续降至5km/h，那么底盘高度会立即升至原始高度(正常高度)。

挂车模式的调节策略有变化。如果在激活挂车模式前选择了模式“comfort”或“auto”，那么系统在底盘正常高度时不会进行调节。只有在激活挂车模式前选择了模式“dynamic”或“efficiency”时，才会设定为较低高度1。可以设定高于正常高度的底盘高度。

三、电子四驱

全新一代的奥迪quattro全时四驱系统为标准配置，前后轴动力分配比例能进行连续可变调节，可在瞬间实现理想的动力分配。

全新一代quattro反应更加迅捷，仅需30ms系统即可计算电动机扭矩分配，过程迅捷且精准。空气弹簧会根据车速、驾驶模式及道路状况进行自我调整，实现对底盘高度的调节，调节幅度高可达76mm。运动模式下，系统智能分配更多驱动力矩至后桥，通过轻微过度转向达到运动而灵活的驾驶特性，创新的防滑控制系统有助于实现更高的牵引力和稳定性。根据驾驶者喜好，共有7种驾驶模式可供选择。

四、转向系统

如图6所示，奥迪e-tron上使用的是在奥迪A8(车型4N)上已成功使用过的电动机械式转向系统(EPS)。转向传动比针对奥迪e-tron的特殊要求做了改动，渐进式转向系统是标配的。

图6 奥迪e-tron转向系统的位置

手动力矩(转向助力)的特性曲线根据底盘类型和奥迪drive select上的设置不同而不同。根据所选的行驶程序，可实现运动、均衡或者舒适等转向特性。机械可调式转向柱是标配，可选装电动可调式转向柱。水平调节范围约是68mm，垂直调节范围约是40mm。

这两种转向柱直接取自奥迪Q5(车型FY)，碰撞识别针对奥迪e-tron做了修改。由于驱动技术的特殊性，这两种转向柱都配备有电子转向锁。

奥迪e-tron上的方向盘都是直接取自奥迪A6/A7的，有双辐真皮方向盘、运动式真皮方向盘和运动轮廓方向盘。标配的是双辐方向盘，带有12个多功能按键。可选装方向盘加热装置。根据车辆装备情况(S-Line)，也可装备中间辐条带有S标记的方向盘。运动轮廓方向盘是最具运动特性的类型，其方向盘圈的下端扁平且轮廓感更强，奥迪e-tron方向盘配置的不同类型见表1。

表1 奥迪e-tron方向盘配置的不同类型

在配备有自适应驾驶辅助系统的车上，装备有电容式方向盘。这种方向盘是个新的发展趋势，它能使得脱手识别更为精准。标配的双辐方向盘上配备有点动开关(翘板开关)，因此司机就可以以手动方式来控制减速超速的能量回收，其采用了传统型驱动车辆上的“操纵逻辑”。

如果操纵了点动开关(-)，那么车辆在减速超速模式会因换低挡而减速。在奥迪e-tron上则会因电机在发电机使用时，回收更多能量而导致车辆减速。司机可通过翘板(-)或(+)来减少或者增加能量回收的等级(分为3级)，但前提是要在MMI上选择“手动能量回收”这个菜单项(图7)。在等级1(第一次操纵翘板(-))时，在超速减速时可实现0.5m/s2的减速度；在等级2时，最大减速度可达1.0m/s2。在自动设置状态时，也可通过翘板开关来为减速过程选择所需的能量回收功率。

图7 手动能量回收的选择

五、制动系统

1.制动装置

奥迪e-tron车的制动装置是基于奥迪Q7(车型4M)的18“制动装置的。右前和右后车轮制动器上配备有制动衬块磨损指示器。在有些市场(比如北美和中国)，制动装置的部件和尺寸与表2中所列不同，在这些市场上使用的是19”的车轮制动器。

表2 制动装置的结构参考

奥迪e-tron上的电动机械式驻车制动器(EPB)也是直接取自奥迪Q7(车型4M)的。与这款车一样，调节软件和供电末级放大器都在ABS控制单元J104内，与电动机械式驻车制动器(EPB)相关的操纵和维修保养方面，这两个车型也是相同的。

2.制动系统MK C1

如图8所示，奥迪e-tron是德国奥迪公司第一种使用制动系统MK C1的奥迪车型。该系统是由现有的传统结构制动控制系统发展而来的。主要改进在于把串联制动总泵、制动助力器(通过电动机械部件包括调节系统)、ESC调节系统(包括ABS、EDS、ASR等)和混合制动系统集成在一个模块内了。

图8 制动系统MK C1的结构

相对于传统结构的制动装置，制动系统MK CI的重量减轻是很可观的(约降30%)。另外，由于减少了单个部件的数量，系统的可用性也大大提高了。从功能上讲，该系统在压力建立动力学方面有优势，能为司机提供平稳不变的制动踏板感觉(即使在能量回收阶段也能保持这个感觉)。制动系统MK C1与传统车辆的结构对比如图9所示。

图9 制动系统MK C1与传统车辆的结构对比

3.结构和功能

图10 展示了制动调节系统液压单元的结构，ABS控制单元J104也是这个模块的一部分。

图10 制动调节系统液压单元的结构

(1)制动压力建立阶段

如图11所示，通过电机-泵单元(线性执行器)的制动压力建立阶段，司机踩着制动力模拟器(正常制动)。该模块内有一个“传统的”串联制动总泵，该总泵的活塞由司机通过制动踏板来操纵。踏板行程/柱塞行程是通过踏板位置传感器G100来侦测的。如果识别出有踏板运动了，控制单元J104就会激活隔离阀1和4，于是就把相应的管路关闭了(隔断了)。与此同时，电磁阀5被通上了电，就切换到通的位置了。由于隔离阀的隔断作用，司机所施加的“制动压力”就不会到达车轮制动器了，而压力倒是通过打开的阀5作用到踏板力模拟器的活塞上了。该活塞顶着橡胶楔和钢弹簧被压动，力的吸收是渐进式的(递增的)。司机在踏板上能感觉出这个反向力，该力就像司机使用传统制动调节系统时进行制动的那种感觉。

图11 制动压力建立阶段

司机所施加的压力由压力传感器(制动压力传感器1 G201)来测量，踏板行程由行程传感器来测量。控制单元J104根据这些测量值来给电机送电，电机的旋转运动由螺杆机构传至泵活塞。活塞运动所产生的压力经打开着的压力供应阀2和3作用到车轮制动器上。电机/活塞单元所建立起的压力是通过另一个压力测量点(制动压力传感器2 G214)测得并把这个信息传给控制单元的。这个同步电机有电子换向装置，因此就装备有一个转子位置传感器。控制单元根据转子的位置和转子转动圈数以及螺杆机构的传动比，就可以计算出相应的活塞位置了。

(2)司机在液压应急工况时的制动压力建立

如图12所示，通过可选车轮制动压力建立、制动压力保持和制动压力卸压这些过程的调节过程，是由ABS控制单元J104通过触发相应的电磁阀和电机来实现的。

图12 司机在液压应急工况时的制动压力建立

如果司机在车辆停住前关闭了点火开关，那么制动助力功能仍继续可用，甚至在车辆停住后仍可用。在点火开关关闭的情况下，在车辆停住时，制动助力仍可用约1min(在未踏动制动踏板时)或约3min(在已踏动制动踏板时)。在过了上述这个时间后，显示屏上会出现一个驾驶员警告，制动助力也会被关闭。

在接通了点火开关后和端子15关闭进入“休眠”后，会马上进行自检，这时会让阀进行切换以及让线性执行器来工作。由于这个自检是发生在车辆停住不动时，因此我们能听到声音(轻微的咔嚓声和刮磨声)。

如果系统彻底损坏了，那么该系统的工作特性就与传统结构的制动调节系统在制动助力失效时是一样的了。未激活的阀在从制动总泵到车轮制动器之间建立了直接的液压连接，这样就只能通过司机操纵踏板来在4个车轮制动器上建立起制动压力了。

(3)将液压制动调节系统集成到整车能量回收系统中

如图13所示，如果在减速超速工况时将电机当发电机来使用，就会对车辆实施制动。由此而产生的制动功率取决于能量回收等级。如果通过司机实施制动或者通过自适应驾驶辅助系统实施制动，那么这种制动一般是部分“电动”加部分“液压”的。

图13 制动控制过程

发动机控制单元J623持续不断地将实时可用最大回收功率(制动功率)信息传给MK C1制动调节系统的ABS控制单元J104。如果司机踏动了制动踏板或者自适应驾驶辅助系统要求制动，那么控制单元J104会判断仅通过电机进行这个制动是否可能以及足够用，或者是否还必须要建立起液压制动压力。J104会把“发电机-规定力矩”发送给J623。

与此同时，J104还会把所需要的两个车桥上回收力矩信息发送机给底盘控制单元J775。J775会协调牵引、减速超速以及能量回收分配并把这些信息也发送给J623。J623随后再在车桥电机上执行这些要求。目标就是：在任何行驶情况下，都能实现效率与行驶稳定性之间的最佳匹配。

如果潜在的回收力矩不够用，无法达到司机想要实施的制动力度，那么ES会另外激活电驱动泵，以便建立起所需要的制动压力。以前的电动车或者混合动力车上用于实现混合制动所需的蓄压器，在MK C1上就不需要了，这个功能通过电机-泵单元来实现。

行驶动态调节过程比如ABS、EDS、ESC这些调节，其工作方式与传统制动装置相同。电机牵引力矩调节(MSR)也可以这样来进行：就是让电机产生驱动力矩。相应的调节利用车轮制动系统的制动液压装置来进行，力是直接作用在车轮上，不会扭转万向节传动轴。为此，能量回收力矩就“反映”在车轮制动器上了。

4.维修保养

诊断地址是：“0003-制动电子装置-J104(MK C1)”。如果需要的话，只能整体更换该模块，但是可单独更换制动液罐。控制单元J104无法单独更换。在控制单元完成在线编码后，可以执行制动踏板位置传感器G100、制动压力传感器1 G201和2 G214、EPB(电动机械式驻车制动器控制单元J540)以及轮胎压力监控显示等内容的各种基本设定。

另外，通过相应的执行元件诊断，可以保证液压管路的正确连接(防止接混)。

通过其他的执行元件诊断，可以检查EPB和指示灯的功能。在执行“更换衬块”(更换后桥的制动衬块)功能时，要特别留意车辆诊断仪上的提示。在更换了制动部件或者制动液后，必须执行专门的排气操作。执行完修理工作后，必须要多次踩动制动器，以便让制动衬块与制动盘接触。之后要给制动液罐加注制动液至MAX标记处。

5.整车制动能量回收功能

如图14所示，能量回收可达0.3g的减速度，满足90%以上的制动减速工况，滑行中的能量回收，可通过方向盘拨片或通过MMI进行设置，拨片“-”：加强的制动效应；拨片“+”：减弱的制动效应；在滑行模式下，三个能量回收等级：在等级1时，可实现0.5m/s2的减速度；在等级2时，最大减速度可达1.0m/s2。

图14 节能辅助操作

6.维修保养

诊断地址：0003-制动电子装置J104(MK C1)。故障维修时需要整体更换该模块，控制单元J104的在线编码，进行制动踏板位置传感器G100、制动压力传感器G201和G214、EPB (控制单元 J540)基本设定。液压管路连接(防止错接)、驻车制动器以及指示灯等执行元件诊断。在执行功能“更换制动衬块”时(更换后轮制动衬块)，要特别留意车辆诊断仪上的提示内容。