奥迪品牌电动车型制动系统浅析

文：刘杰、王海盟、付振华

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，由于电动汽车没有发动机，普遍放弃了真空助力的制动系统，采用电动助力。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。

1.电动汽车的“混合制动”

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。

图1 车辆减速情况与两种制动力之间的关系

2.奥迪品牌电动车型制动系统概述

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。

3.第二代eBKV 系统

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。

4.正常制动

制动助力控制器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”。

图3 eBKV 系统参与实现“混合制动”的各个部件

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。

5.备用及应急情况下制动助力

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。

6.MK C1 系统

MK C1 来自大陆集团，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，又通过控制器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。

7.踏板感觉模拟

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）。

图4 MK C1 系统示意图

8.正常制动

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。

9.紧急情况

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。

10.总结

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。