電驅(qū)動汽車制動系統(tǒng)特殊要求及應(yīng)對措施

易剛

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院）

目前，全球能源和環(huán)境面臨著巨大的挑戰(zhàn)，發(fā)展電驅(qū)動汽車是應(yīng)對節(jié)能減排重大挑戰(zhàn)的需要，包括純電動、油電混合動力在內(nèi)的電驅(qū)動新能源車是新能源汽車的主要技術(shù)方向。再生制動能量回收系統(tǒng)可以在汽車減速或制動時，通過與驅(qū)動輪相連的能量轉(zhuǎn)換裝置，把汽車的一部分動能轉(zhuǎn)化為電能儲存起來，在減速或制動的同時達(dá)到回收制動能量的目的，從而顯著地提升能量利用率及實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排；但由于電驅(qū)動汽車動力源及驅(qū)動系統(tǒng)的變化，造成再生制動與傳統(tǒng)制動共同參與制動，使傳統(tǒng)制動使用頻率和強(qiáng)度下降，帶來新的問題和挑戰(zhàn)，因此，文章對電驅(qū)動汽車制動系統(tǒng)的特殊要求提出解決思路及應(yīng)對措施。

1 電驅(qū)動汽車對制動系統(tǒng)的特殊要求及應(yīng)對措施

1.1 無真空源的影響及對應(yīng)措施

電驅(qū)動汽車由于沒有了常規(guī)發(fā)動機(jī)，主要靠電池和電機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動，也即沒有真空提供源，而常規(guī)燃油車制動系統(tǒng)主要靠發(fā)動機(jī)[1]提供真空負(fù)壓，并通過真空助力器的放大來執(zhí)行制動[2]，所以針對電驅(qū)動汽車，必須采用替代助力裝置來實(shí)現(xiàn)制動力的放大作用[3]，應(yīng)對措施有以下2種。

1.1.1 輔助真空源措施

圖1示出燃油車與電驅(qū)動汽車真空源對比。從圖1a和圖1b可以看出，常規(guī)燃油車真空源來自發(fā)動機(jī)歧管，電驅(qū)動汽車真空源來自電子真空泵，即在現(xiàn)有真空助力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加額外的電子真空泵來解決新能源車無真空源的問題，這是一種升級快速、技術(shù)難度低并且成本及質(zhì)量相對燃油車都增加不多的措施，是國內(nèi)主機(jī)廠當(dāng)前普遍采用的措施。

圖1 燃油車與電驅(qū)動汽車真空源對比圖

1.1.2 電機(jī)驅(qū)動液壓助力措施[4]

在智能駕駛與新能源汽車多方面的需求下，全球各供應(yīng)商提供了多種無需真空源的解決方案，如某公司的Has Hev高壓液壓蓄能器助力或iBooster電機(jī)驅(qū)動液壓助力，以及集成機(jī)電助力ABS/ESP控制的IBC模塊。圖2示出燃油車與電驅(qū)動汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對比。從圖2a和圖2b可以看出，采用電機(jī)驅(qū)動液壓助力替換常規(guī)燃油車原有的真空助力器，即可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有制動系統(tǒng)改動小、能量回收率高[5]、能量消耗低及占用空間小等目的。目前，該方法已被國外的很多電驅(qū)動汽車，如特斯拉和大眾的e-Golf等廣泛運(yùn)用，隨著成本的逐步降低，這種電機(jī)驅(qū)動液壓助力方案[6]將會逐步普及，它代表著未來5年的發(fā)展趨勢。

圖2 燃油車與電驅(qū)動汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對比圖

1.2 電驅(qū)動汽車再生制動能量回收系統(tǒng)對摩擦片的影響及應(yīng)對措施

調(diào)查表明，私家車有80%的工況均是0.3 g以下的制動工況，而0.3 g及以下的制動工況下均可以通過再生制動能量回收系統(tǒng)進(jìn)行能量回收（通過與驅(qū)動輪相連的能量轉(zhuǎn)換裝置，把汽車的一部分動能轉(zhuǎn)化為電能儲存起來，在減速或制動的同時回收制動能量），由于再生制動與傳統(tǒng)制動共同參與制動，使得傳統(tǒng)制動使用頻率和強(qiáng)度下降，帶來摩擦片壽命、耐腐蝕及摩擦低溫性能要求發(fā)生變化。

1.2.1 摩擦片壽命的影響及應(yīng)對措施

電驅(qū)動汽車摩擦片磨耗低于傳統(tǒng)車，摩擦片體積縮小將有利于輕量化和降成本，圖3示出電驅(qū)動汽車與燃油車摩擦片對比。從3a和圖3b可以看出，電驅(qū)動汽車摩擦片比常規(guī)燃油車摩擦片體積明顯減小。該措施在某款A(yù)級純電動車上得到運(yùn)用，通過摩擦片面積減小20%和摩擦材料厚度減小15%，使摩擦片成本降低約20%，很好地解決了電驅(qū)動汽車價(jià)格昂貴的問題。

圖3 電驅(qū)動汽車與燃油車摩擦片對比圖

1.2.2 摩擦片腐蝕、摩擦低溫效能要求提升的應(yīng)對措施

由于再生制動介入，使制動頻率降低，摩擦片在一段時間未使用可能會發(fā)生腐蝕從而導(dǎo)致制動效能下降，同時由于再生制動使汽車行駛中沒有機(jī)會“熱身”，所以一旦出現(xiàn)緊急制動，將導(dǎo)致制動效能不足，因此，需要摩擦片在不同溫度下具有較穩(wěn)定的摩擦因數(shù)。針對這一影響，可在摩擦片中加入石墨和二硫化鉬等成分，以增強(qiáng)摩擦片的耐腐蝕性及保持摩擦因數(shù)在不同溫度下的穩(wěn)定性，并適當(dāng)提升摩擦片耐腐蝕性及摩擦因數(shù)溫度穩(wěn)定性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3 電驅(qū)動汽車對噪聲的要求及應(yīng)對措施

電驅(qū)動汽車雖然沒有了發(fā)動機(jī)噪聲（常規(guī)燃油車最大的噪聲源），但制動噪聲（如刷盤聲、低頻制動噪聲）、電子真空泵/電機(jī)驅(qū)動液壓助力噪聲及ABS/ESP作動噪聲等比較突出而更易被關(guān)注。

1）針對制動噪聲，可通過摩擦片配方的微調(diào)，如減小孔隙率、添加厭水材料及潤滑材料，或通過調(diào)整制動盤的材料配方，如采用高碳盤及適當(dāng)增加石墨等材料的含量，來提升潤滑性能。

2）針對電子真空泵/電機(jī)驅(qū)動液壓助力噪聲和ABS/ESP作動噪聲，可通過布置優(yōu)化和電機(jī)本身性能優(yōu)化來進(jìn)行調(diào)整，如將電子真空泵布置在遠(yuǎn)離駕駛員的汽車右前方、增加隔聲棉等將電子真空泵/電機(jī)驅(qū)動液壓助力器和ABS/ESP等適當(dāng)包裹以隔絕噪聲源以及對電機(jī)齒輪材料和潤滑脂性能進(jìn)行提升等，來降低電機(jī)本身的噪聲。

1.4 電驅(qū)動汽車對拖滯力矩的要求及應(yīng)對措施

基于能耗及行駛里程的要求，電驅(qū)動汽車對拖滯力矩提出更高要求，零拖滯是最終目標(biāo)。在電驅(qū)動汽車上，解決方案如下：

1）在電驅(qū)動汽車摩擦片彈簧上增加回位機(jī)構(gòu)。圖4示出燃油車與電驅(qū)動汽車摩擦片彈簧結(jié)構(gòu)對比，從圖4a和圖4b可以看出，電驅(qū)動汽車在摩擦片彈簧上增加回位機(jī)構(gòu)，通過該回位機(jī)構(gòu)，可以將摩擦片拉回，減小盤片接觸量，進(jìn)而減小拖滯力矩。

圖4 燃油車與電驅(qū)動汽車摩擦片彈簧結(jié)構(gòu)對比圖

2）在電驅(qū)動汽車上進(jìn)行制動卡鉗密封槽倒角優(yōu)化。圖5示出燃油車與電驅(qū)動汽車制動卡鉗密封槽結(jié)構(gòu)對比。從圖5a和圖5b可以看出，通過密封圈倒角優(yōu)化（從單倒角變?yōu)殡p倒角），可以增大盤片間隙，進(jìn)而減小拖滯力矩；但這種方式可能會造成制動踏板感降低，需要額外通過ESP[7]或電機(jī)驅(qū)動液壓助力器等預(yù)建壓。圖6示出電驅(qū)動汽車額外通過ESP或電機(jī)驅(qū)動液壓助力的制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，當(dāng)松開油門踏板時預(yù)先將盤片間隙消除，以抵消由于盤片間隙增大帶來的踏板感損失。隨著電機(jī)驅(qū)動液壓助力器的逐步普及，該方案也是今后的發(fā)展趨勢。在某款緊湊級SUV車上經(jīng)過運(yùn)用及試驗(yàn)，驗(yàn)證了采用該方案拖滯力矩可降低30%（整車?yán)m(xù)航里程提升6%），而制動踏板感及成本并沒有顯著變化。

圖5 燃油車與電驅(qū)動汽車制動卡鉗密封槽結(jié)構(gòu)對比圖

圖6 電驅(qū)動汽車ESP[7]或電機(jī)驅(qū)動液壓助力制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理截圖

2 結(jié)論

文章通過對電驅(qū)動汽車相對傳統(tǒng)燃油車制動系統(tǒng)的要求變更進(jìn)行對比分析，提出電驅(qū)動汽車制動系統(tǒng)的應(yīng)對措施，在提升電驅(qū)動汽車?yán)m(xù)航里程的同時兼顧制動踏板感及成本問題，提升了制動NVH性能。在某款緊湊級SUV車上經(jīng)過運(yùn)用及試驗(yàn)證明，該方案可有效解決替代助力問題，續(xù)航里程可以提升6%，制動NVH性能也有3%以上的提升。該方案可以廣泛推廣，代表著未來的發(fā)展方向。