2.5　电动汽车的制动

制动系统的作用是根据需要使汽车减速或在最短的距离内停车，以确保行车安全，并保障汽车停放可靠不能自动滑移。电动汽车的制动系统在传统燃油汽车液压制动系统的基础上增加了制动能量回收功能。汽车制动系统一般至少装用两套各自独立的装置：一套是行车制动装置，主要用于汽车行驶中的减速和停车；另一套是驻车制动装置，主要用于停车防止滑移。有的汽车还装有紧急制动装置和安全制动或辅助制动装置，高级汽车还装有制动力调节装置、报警装置、压力保护装置等。汽车两套制动装置都由制动器和操纵制动器的传动机构两部分组成。行车制动器主要由旋转部分、固定部分、张开机构和调整机构组成。旋转部分是固定在轮毂上并与车轮一起旋转的制动鼓；固定部分主要包括制动蹄和制动底板；张开机构是液压制动轮缸或气压制动凸轮；调整机构主要由偏心支承销和调整凸轮组成。

电动汽车制动系统具有制动能量回收功能，其工作原理是，当车辆行驶时松开加速踏板后，驱动电机在惯性的作用下仍在旋转，当电机转速下降至车轮转速以下，车轮带动电机旋转，此时原来的驱动电动机转变为发电机。动力电池管理系统（BMS）根据电池充电特性曲线（充电电流、电压变化和电池容量的关系）以及采集的电池温度等参数，计算出相应的允许最大充电电流。电机控制器根据电池的最大允许充电电流，控制IGBT模块使发电机定子线圈旋转磁场的角速度与电机转子的角速度保持到发电电流不超过电池允许的最大发电电流，以调整发电机向动力电池充电的电流，同时也控制了车辆的减速度。当踩下制动踏板时，反馈电流在驱动电机控制器的调节控制下充入高压动力电池（此时驱动电机作为发电机工作）。当驾驶员感觉车速下降较慢，制动效果不理想时，继续踩下制动踏板，液压制动系统进入工作状态。

继续踩下制动踏板通过推杆和主缸活塞，使主缸内的油液产生一定压力后流入轮缸，进而推动轮缸活塞，使两制动蹄绕支承销转动，上端向两边张开而使其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。不旋转的制动蹄就对旋转的制动鼓产生一个摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反。这时，制动鼓将该力矩传到车轮。由于车轮与路面间的附着作用，车轮对路面作用一个向前制动力即周缘力，同时，路面也对车轮作用于一个向后的反作用力，即制动力。制动力由车轮经车桥和悬架传给车架及车身，迫使汽车减速或停止。

当放松制动踏板时，油液流回主缸，在各回位弹簧作用下，制动蹄与制动鼓又恢复了原来的间隙，从而制动作用解除。

电动汽车制动能量反馈回收的原则：能量回收制动不能干预ABS的工作；在ABS进行制动力调节时，制动能量回收系统不工作；当ABS报警时，制动能量回收系统不工作；当电机驱动系统有故障时，制动能量回收系统不工作。宝马i3为宝马集团第一款纯电动批量生产的车型，已于2013年的第四季度上市。宝马i8（代码I12）以其独特的插电混合动力方案，使内燃机和电机驱动装置共同形成独特的驾驶体验，同时实现了非常低的油耗和排放量。这两种车型都采用了高电压系统和制动能量反馈回收系统。

2.5.1　液压制动系统

宝马i系电动汽车采用对角分布式双回路液压制动系统，即左前制动器和右后制动器共使用一组制动回路，右前制动器和左后制动器共使用另一组制动回路。当一组制动回路失灵时，可通过另一组回路产生制动力，还可在制动过程中进行车桥负荷的动态分配，使前桥较后桥承担更多的制动压力。制动系统液压回路如图2-24所示，由制动总泵、制动液压控制总成和4个制动分泵组成。

液压制动系统的一般工作原理是，当驾驶员踩下制动踏板时，制动总泵内的油压上升，通过管路和阀门到达车轮制动器制动分泵，制动分泵内的油压升高使制动摩擦片紧压在制动盘上，使车轮带动旋转的制动盘转速减慢，直至停止运转。

宝马i系电动汽车制动系统，在普通液压制动系统的基础上增设了制动能量回收功能，下面以图2-25中一个车轮制动器为例介绍制动能量回收时，液压控制总成DSC单元内的工作流程。

情况一为纯制动能量回收阶段。当踩下制动踏板时由制动总泵的串联制动主缸5排出的制动液，通过隔离阀6、输入阀7、输出阀8收集在液压控制总成DSC单元的一个低压蓄压器2内；通过制动踏板角度传感器读取驾驶员的制动要求，再通过FlexRay数据总线将相关信息发送至动力电子系统（DME），DME将制动力矩分配给高电压的动力发电一体机，将制动力矩转换成电能进行回收。液压压力情况如图2-25（a）所示。

情况二为能量回收和液压制动同时进行阶段。如果达到了发电模式下的最大制动功率，且制动踏板行程继续增大，就会关闭输出阀8并产生液压压力，这样会使电机和液压制动器的制动效果叠加。液压压力情况如图2-25（b）所示。

情况三为关闭制动能量回收阶段。如果出现故障导致能量回收式制动突然失效，系统就会立即通过液压控制总成DSC液压单元内的液压泵3将收集在低压蓄压器内的制动液输送至车轮制动器1，并产生当前减速度要求所需要的制动压力。由于隔离阀6的单向关闭作用，使驾驶员在操作制动踏板时不易觉察，并随时可提高制动力达到车辆的减速制动停车需求。液压压力情况如图2-25（c）所示。

宝马i系电动汽车制动系统使用较大制动踏板行程实现制动能量回收，但当车速超过160km/h时系统限制不再进行制动能量回收利用，以免相关组件过载。在车辆低于10km/h时系统限制也不再进行制动能量回收利用，来确保行驶的舒适性。在车速为10～160km/h的运行区间通过前后两个车桥进行制动能量回收时，利用纯电机制动方式可以实现最高约2.5m/s2的制动减速度，同时仪表盘上会点亮制动系统能量回收警告灯。

2.5.2　制动真空助力系统

宝马i系电动汽车制动系统以纯电动方式产生真空来实现制动真空助力。制动真空助力系统由电动真空泵1、制动稳态控制系统（DSC）2、真空度传感器4及真空管路3和制动助力真空气室5等组成，如图2-26所示。其工作原理是，电机控制装置（EME）为真空度传感器供电，传感器将大气压力和检测到的制动助力真空气室内的压力差信号转换为电信号，发送至EME控制器进行处理。EME根据分析真空度传感器信号和不同行驶状态参数（车速）决定是否接通电动真空泵，EME控制电动真空泵不会持续接通或关闭，而是在达到所需最小真空压力前保持接通状态。

电机控制装置（EME）用一个输出级（半导体继电器）接通或关闭电动真空泵的12V电源，接通电流最高可达30A。EME为了保护输出级和电源线，通过电子方式限制电流强度。EME仅负责接通和关闭电动真空泵，不对电动真空泵进行功率和转速控制。制动真空助力系统的控制逻辑关系如图2-27所示，图中A表示输入信息，B表示输出信息，C表示输出电压。

真空助力系统出现故障时，在仪表的制动故障警告灯下面会出现，以提醒驾驶员制动系统出现故障。真空助力系统出现故障有以下两种情况。

当真空度传感器失灵时，电机控制装置（EME）不能收到有关制动助力器内真空度的信息，此时由制动稳态控制系统（DSC）通过制动压力传感器和制动开关信号等信息模糊控制真空泵。由于缺少真空度传感器的信息，无法根据需要进行调节，EME根据时间模型识别出制动要求后接通电动真空泵开关，制动开关信号消失后关闭电动真空泵开关。

当电动真空泵失灵时，无法产生真空助力器所需的真空，当识别出制动要求时就会启用制动稳态控制系统（DSC）的功能补偿缺少的制动助力，实施DSC液压制动助力。

2.5.3　主要部件介绍

（1）制动器　如图2-28所示，宝马i系电动汽车制动器采用内通风型结构制动盘。通过电机模式制动可以实现无磨损制动运行，因此制动盘和制动摩擦片受到的磨损比传统车辆要小，可适当减薄其厚度。

（2）制动总泵　如图2-29所示，宝马i系电动汽车制动总泵由串联式液压制动主缸、带液位传感器的储液器、制动助力真空气室及真空度传感器等组成。其工作原理是当驾驶员踩下制动踏板时，总泵活塞向前移动关闭旁通孔，活塞前面建立油压，然后通过管路将油压输送到制动分泵；松开制动踏板时，总泵活塞在油压和回位弹簧的作用下回位，制动系统压力下降，活塞回位后多余的油回到储液器内；连续两脚制动时，油壶的油从补偿孔进到活塞前面，活塞前面的油增多使制动力增加。

（3）电子驻车制动器　宝马i系电动汽车带有电子式驻车制动系统，如图2-30所示。EMF控制单元接收驻车制动按钮发出的驻车指令，要求拉紧电动驻车制动器时，EMF控制单元检查当前车辆状态下是否满足EMF执行机构的工作条件，若满足条件EMF就会指令电机工作对其进行相应的控制。

车辆制动静止后，上拉驻车制动按钮（图2-31），电动机械式驻车制动器的两个执行机构，通过驻车制动器防止溜车。

在车辆行驶期间上拉驻车制动按钮（图2-31），信号会通过制动稳态控制系统（DSC）执行规定的动态紧急制动系统程序，实施紧急车辆制动减速停车。在行车期间操作电子驻车制动按钮相对于传统机械式驻车装置拉起手制动停车是安全可靠的，因为操作电子驻车按钮制动稳态控制系统（DSC）进行驻车制动是通过液压制动压力作用在车辆的四个车轮制动器上，DSC功能完全启用且制动信号灯点亮，通过四个轮速传感器监控所有车轮的滑移值，从而确保车辆稳定制动直至停车，车辆静止后电动机械式驻车制动器的两个执行机构，通过驻车制动器防止溜车。

为防止无意操作驻车制动器而导致意外溜车，向下按下驻车制动器按钮后可松开驻车制动器的条件是接通上电开关（点火开关），操作制动踏板或将变速杆置于驻车挡。在车辆起步时无需通过操作驻车制动器按钮，即可自动松开驻车制动器。驻车制动器松开后，组合仪表内的红色指示灯就会熄灭。自动松开驻车制动器的条件：所有车门关闭；系上驾驶员安全带；接通上电开关建立行驶准备；挂入行驶挡位；操作加速踏板。

电子驻车制动器的优点：取消了中控台处的驻车制动拉杆，节省了装备空间；可随时正确调节制动摩擦片的压紧力；驾驶员在起步时自动松开驻车制动器，省去了手动操作步骤；在制动踏板失灵时可通过驻车制动开关，实施平稳的紧急制动。