2.5　電動汽車的制動

制動系統的作用是根據需要使汽車減速或在最短的距離內停車，以確保行車安全，并保障汽車停放可靠不能自動滑移。電動汽車的制動系統在傳統燃油汽車液壓制動系統的基礎上增加了制動能量回收功能。汽車制動系統一般至少裝用兩套各自獨立的裝置：一套是行車制動裝置，主要用于汽車行駛中的減速和停車；另一套是駐車制動裝置，主要用于停車防止滑移。有的汽車還裝有緊急制動裝置和安全制動或輔助制動裝置，高級汽車還裝有制動力調節裝置、報警裝置、壓力保護裝置等。汽車兩套制動裝置都由制動器和操縱制動器的傳動機構兩部分組成。行車制動器主要由旋轉部分、固定部分、張開機構和調整機構組成。旋轉部分是固定在輪轂上并與車輪一起旋轉的制動鼓；固定部分主要包括制動蹄和制動底板；張開機構是液壓制動輪缸或氣壓制動凸輪；調整機構主要由偏心支承銷和調整凸輪組成。

電動汽車制動系統具有制動能量回收功能，其工作原理是，當車輛行駛時松開加速踏板后，驅動電機在慣性的作用下仍在旋轉，當電機轉速下降至車輪轉速以下，車輪帶動電機旋轉，此時原來的驅動電動機轉變為發電機。動力電池管理系統（BMS）根據電池充電特性曲線（充電電流、電壓變化和電池容量的關系）以及采集的電池溫度等參數，計算出相應的允許最大充電電流。電機控制器根據電池的最大允許充電電流，控制IGBT模塊使發電機定子線圈旋轉磁場的角速度與電機轉子的角速度保持到發電電流不超過電池允許的最大發電電流，以調整發電機向動力電池充電的電流，同時也控制了車輛的減速度。當踩下制動踏板時，反饋電流在驅動電機控制器的調節控制下充入高壓動力電池（此時驅動電機作為發電機工作）。當駕駛員感覺車速下降較慢，制動效果不理想時，繼續踩下制動踏板，液壓制動系統進入工作狀態。

繼續踩下制動踏板通過推桿和主缸活塞，使主缸內的油液產生一定壓力后流入輪缸，進而推動輪缸活塞，使兩制動蹄繞支承銷轉動，上端向兩邊張開而使其摩擦片壓緊在制動鼓的內圓面上。不旋轉的制動蹄就對旋轉的制動鼓產生一個摩擦力矩，其方向與車輪旋轉方向相反。這時，制動鼓將該力矩傳到車輪。由于車輪與路面間的附著作用，車輪對路面作用一個向前制動力即周緣力，同時，路面也對車輪作用于一個向后的反作用力，即制動力。制動力由車輪經車橋和懸架傳給車架及車身，迫使汽車減速或停止。

當放松制動踏板時，油液流回主缸，在各回位彈簧作用下，制動蹄與制動鼓又恢復了原來的間隙，從而制動作用解除。

電動汽車制動能量反饋回收的原則：能量回收制動不能干預ABS的工作；在ABS進行制動力調節時，制動能量回收系統不工作；當ABS報警時，制動能量回收系統不工作；當電機驅動系統有故障時，制動能量回收系統不工作。寶馬i3為寶馬集團第一款純電動批量生產的車型，已于2013年的第四季度上市。寶馬i8（代碼I12）以其獨特的插電混合動力方案，使內燃機和電機驅動裝置共同形成獨特的駕駛體驗，同時實現了非常低的油耗和排放量。這兩種車型都采用了高電壓系統和制動能量反饋回收系統。

2.5.1　液壓制動系統

寶馬i系電動汽車采用對角分布式雙回路液壓制動系統，即左前制動器和右后制動器共使用一組制動回路，右前制動器和左后制動器共使用另一組制動回路。當一組制動回路失靈時，可通過另一組回路產生制動力，還可在制動過程中進行車橋負荷的動態分配，使前橋較后橋承擔更多的制動壓力。制動系統液壓回路如圖2-24所示，由制動總泵、制動液壓控制總成和4個制動分泵組成。

液壓制動系統的一般工作原理是，當駕駛員踩下制動踏板時，制動總泵內的油壓上升，通過管路和閥門到達車輪制動器制動分泵，制動分泵內的油壓升高使制動摩擦片緊壓在制動盤上，使車輪帶動旋轉的制動盤轉速減慢，直至停止運轉。

寶馬i系電動汽車制動系統，在普通液壓制動系統的基礎上增設了制動能量回收功能，下面以圖2-25中一個車輪制動器為例介紹制動能量回收時，液壓控制總成DSC單元內的工作流程。

情況一為純制動能量回收階段。當踩下制動踏板時由制動總泵的串聯制動主缸5排出的制動液，通過隔離閥6、輸入閥7、輸出閥8收集在液壓控制總成DSC單元的一個低壓蓄壓器2內；通過制動踏板角度傳感器讀取駕駛員的制動要求，再通過FlexRay數據總線將相關信息發送至動力電子系統（DME），DME將制動力矩分配給高電壓的動力發電一體機，將制動力矩轉換成電能進行回收。液壓壓力情況如圖2-25（a）所示。

情況二為能量回收和液壓制動同時進行階段。如果達到了發電模式下的最大制動功率，且制動踏板行程繼續增大，就會關閉輸出閥8并產生液壓壓力，這樣會使電機和液壓制動器的制動效果疊加。液壓壓力情況如圖2-25（b）所示。

情況三為關閉制動能量回收階段。如果出現故障導致能量回收式制動突然失效，系統就會立即通過液壓控制總成DSC液壓單元內的液壓泵3將收集在低壓蓄壓器內的制動液輸送至車輪制動器1，并產生當前減速度要求所需要的制動壓力。由于隔離閥6的單向關閉作用，使駕駛員在操作制動踏板時不易覺察，并隨時可提高制動力達到車輛的減速制動停車需求。液壓壓力情況如圖2-25（c）所示。

寶馬i系電動汽車制動系統使用較大制動踏板行程實現制動能量回收，但當車速超過160km/h時系統限制不再進行制動能量回收利用，以免相關組件過載。在車輛低于10km/h時系統限制也不再進行制動能量回收利用，來確保行駛的舒適性。在車速為10～160km/h的運行區間通過前后兩個車橋進行制動能量回收時，利用純電機制動方式可以實現最高約2.5m/s2的制動減速度，同時儀表盤上會點亮制動系統能量回收警告燈。

2.5.2　制動真空助力系統

寶馬i系電動汽車制動系統以純電動方式產生真空來實現制動真空助力。制動真空助力系統由電動真空泵1、制動穩態控制系統（DSC）2、真空度傳感器4及真空管路3和制動助力真空氣室5等組成，如圖2-26所示。其工作原理是，電機控制裝置（EME）為真空度傳感器供電，傳感器將大氣壓力和檢測到的制動助力真空氣室內的壓力差信號轉換為電信號，發送至EME控制器進行處理。EME根據分析真空度傳感器信號和不同行駛狀態參數（車速）決定是否接通電動真空泵，EME控制電動真空泵不會持續接通或關閉，而是在達到所需最小真空壓力前保持接通狀態。

電機控制裝置（EME）用一個輸出級（半導體繼電器）接通或關閉電動真空泵的12V電源，接通電流最高可達30A。EME為了保護輸出級和電源線，通過電子方式限制電流強度。EME僅負責接通和關閉電動真空泵，不對電動真空泵進行功率和轉速控制。制動真空助力系統的控制邏輯關系如圖2-27所示，圖中A表示輸入信息，B表示輸出信息，C表示輸出電壓。

真空助力系統出現故障時，在儀表的制動故障警告燈下面會出現，以提醒駕駛員制動系統出現故障。真空助力系統出現故障有以下兩種情況。

當真空度傳感器失靈時，電機控制裝置（EME）不能收到有關制動助力器內真空度的信息，此時由制動穩態控制系統（DSC）通過制動壓力傳感器和制動開關信號等信息模糊控制真空泵。由于缺少真空度傳感器的信息，無法根據需要進行調節，EME根據時間模型識別出制動要求后接通電動真空泵開關，制動開關信號消失后關閉電動真空泵開關。

當電動真空泵失靈時，無法產生真空助力器所需的真空，當識別出制動要求時就會啟用制動穩態控制系統（DSC）的功能補償缺少的制動助力，實施DSC液壓制動助力。

2.5.3　主要部件介紹

（1）制動器　如圖2-28所示，寶馬i系電動汽車制動器采用內通風型結構制動盤。通過電機模式制動可以實現無磨損制動運行，因此制動盤和制動摩擦片受到的磨損比傳統車輛要小，可適當減薄其厚度。

（2）制動總泵　如圖2-29所示，寶馬i系電動汽車制動總泵由串聯式液壓制動主缸、帶液位傳感器的儲液器、制動助力真空氣室及真空度傳感器等組成。其工作原理是當駕駛員踩下制動踏板時，總泵活塞向前移動關閉旁通孔，活塞前面建立油壓，然后通過管路將油壓輸送到制動分泵；松開制動踏板時，總泵活塞在油壓和回位彈簧的作用下回位，制動系統壓力下降，活塞回位后多余的油回到儲液器內；連續兩腳制動時，油壺的油從補償孔進到活塞前面，活塞前面的油增多使制動力增加。

（3）電子駐車制動器　寶馬i系電動汽車帶有電子式駐車制動系統，如圖2-30所示。EMF控制單元接收駐車制動按鈕發出的駐車指令，要求拉緊電動駐車制動器時，EMF控制單元檢查當前車輛狀態下是否滿足EMF執行機構的工作條件，若滿足條件EMF就會指令電機工作對其進行相應的控制。

車輛制動靜止后，上拉駐車制動按鈕（圖2-31），電動機械式駐車制動器的兩個執行機構，通過駐車制動器防止溜車。

在車輛行駛期間上拉駐車制動按鈕（圖2-31），信號會通過制動穩態控制系統（DSC）執行規定的動態緊急制動系統程序，實施緊急車輛制動減速停車。在行車期間操作電子駐車制動按鈕相對于傳統機械式駐車裝置拉起手制動停車是安全可靠的，因為操作電子駐車按鈕制動穩態控制系統（DSC）進行駐車制動是通過液壓制動壓力作用在車輛的四個車輪制動器上，DSC功能完全啟用且制動信號燈點亮，通過四個輪速傳感器監控所有車輪的滑移值，從而確保車輛穩定制動直至停車，車輛靜止后電動機械式駐車制動器的兩個執行機構，通過駐車制動器防止溜車。

為防止無意操作駐車制動器而導致意外溜車，向下按下駐車制動器按鈕后可松開駐車制動器的條件是接通上電開關（點火開關），操作制動踏板或將變速桿置于駐車擋。在車輛起步時無需通過操作駐車制動器按鈕，即可自動松開駐車制動器。駐車制動器松開后，組合儀表內的紅色指示燈就會熄滅。自動松開駐車制動器的條件：所有車門關閉；系上駕駛員安全帶；接通上電開關建立行駛準備；掛入行駛擋位；操作加速踏板。

電子駐車制動器的優點：取消了中控臺處的駐車制動拉桿，節省了裝備空間；可隨時正確調節制動摩擦片的壓緊力；駕駛員在起步時自動松開駐車制動器，省去了手動操作步驟；在制動踏板失靈時可通過駐車制動開關，實施平穩的緊急制動。