寶馬X1 PHEV高電壓組件混合制動系統詳解

◆文/山東 劉春暉 何運麗

混動汽車中，大多數的制動能量并非轉換為無用的熱能，而是轉換成電能。這種電能臨時存儲在高壓蓄電池單元中，在后期可以根據需要輸送至驅動系統。因此，寶馬X1（F49）PHEV中的制動作用力可以分為液壓制動、再生制動、液壓及再生組合制動。

一、制動能量回收

制動作用力的分布如圖1所示。判定再生制動等級主要有兩個輸入變量：加速踏板角度及制動踏板角度。如果數字電動機電子裝置（DME）檢測到加速踏板未踩下，則要求電機電子裝置（EME）在滑行模式下啟用電機和高壓啟動電動發電機開始回收能量。

如果駕駛員額外踩下制動踏板，動態穩定控制系統（DSC）通過制動踏板上的制動踏板傳感器檢測到預期的減速度，并將信息傳送至數字電動機電子裝置（DME）。DME計算電機及高壓啟動電動發電機在預期減速度下的能量回收功率。

在可能的情況下，不使用車輪制動，直至達到1.1m/s2的最大可能再生減速度。但是，制動片作用于制動盤可以減少間距（備用快速制動），并保持制動盤的清潔。

二、解耦車輪制動

1.解耦液壓制動功能

動態穩定控制系統（DSC）中的改動用來解耦液壓制動，從而啟用再生制動實現能量回收。MK100高端混動的DSC液壓回路圖如圖2所示，通過F49 PHEV的制動系統可以為再生制動提供更大的制動踏板行程。這種配置通過DSC液壓控制單元中的智能功能序列啟用。通過這種配置在再生制動中會有一種自然踏板的感覺，與常規汽車之間僅存在細微的差別。

圖1 液壓制動和再生制動的分布示意圖

圖2 MK100高端混動的DSC液壓回路圖

若后橋電機離合器打開（＞130km/h），滑行模式或制動過程中不存在通過電機提供的能量回收。在這種駕駛速度（＞130km/h）條件下，制動產生的能量完全被抑制，滑行模式下，只有通過高壓啟動電動發電機提供的能量回收。

能量回收在低速行駛時同樣會降低，因此，時速低于10km時完全通過液壓進行制動。否則電機會出現不規則減速，這種設置可以確保駕駛舒適性不受影響。在過渡階段，再生制動功率降低，液壓制動功率增加，以便確保平穩制動。再生制動的減少通過液壓制動進行無縫補償。

2.DSC液壓功能

如圖3所示，以車輪制動為例描述了DSC液壓控制單元在再生制動過程中的工作流程。紅色箭頭表示在相關制動狀況中的主要功能。

（1）情形A：再生制動（圖3A）

達到特定點前，制動踏板只能用來讀取DSC控制單元發出的減速請求。制動液體積被串聯制動主缸抑制，與DSC單元中的低壓蓄能器集成為一體。排氣閥打開。通過制動踏板行程傳感器讀取駕駛員的制動要求，并通過DSC控制單元計算轉化成制動扭矩。該信息通過FlexRay數據總線傳送至DME。電機電子裝置（EME）將制動扭矩輸送至后橋上的電機和汽油發電機中的高壓啟動電動發電機。制動片和制動盤之間的間隙降至最小，確保制動片的靈巧動作。

（2）情形B：液壓和再生復合制動（圖3B）

如果在再生（交流發電機）模式下達到最大制動功率，并且制動踏板行程持續增加，則排氣閥閉合，并且不對蓄積的液壓進行檢查。電機和液壓制動的效果在這種情況下相互疊加。

（3）情形C：抑制再生制動（圖3C）

圖3 F49 PHEV制動能量再生過程中的DSC功能

再生制動在這種情形下被液壓制動取代。因此，活塞液壓泵將低壓蓄能器中收集的制動液輸送至車輪制動，并確保壓力蓄積與當前的減速要求相對應。該回路通過分離器閥閉合。如果駕駛員可以通過分離器閥上的截止閥增加制動作用力，如果出現故障，再生制動效果立即終止，通過DSC單元中的活塞液壓泵立即產生必要的制動壓力。

如果再生制動系統出現故障，則完全通過液壓操作的車輪制動進行制動。駕駛員可以明顯感覺到制動操作的減損現象。組合儀表將顯示對應的報警信息。

3.真空供給

為了確保制動伺服裝置在制動過程中可以輔助駕駛員，需要配備充足的真空源。B38發動機通過機械真空泵產生必要的真空，其在車上的位置如圖4所示。因為在B38發動機停轉的階段仍需保障真空供給，所以真空系統通過電動真空泵進行增強，真空源示意圖如圖5所示。當真空系統中的真空值降至低于預定閥值時，電動真空泵被啟用，真空數據通過制動伺服裝置中的制動真空傳感器進行記錄。

圖4 真空系統在車上的位置

圖5 真空源示意圖

圖6 制動真空源的信號形式

電機電子裝置（EME）是控制電動真空泵的中央控制單元，其制動真空源的信號形式如圖6所示。該裝置為制動真空傳感器供電并讀取壓力信號。如有必要，EME可以啟用電動真空泵。達到規定的真空等級撤銷電動真空泵啟用。如果電動真空泵提供的真空壓力不足，則通過DSC液壓控制單元進行壓力蓄積，輔助提供制動動力。

如果電動真空源出現故障，則禁止進行純電力駕駛。如果出現這種狀況，EME在踩下制動踏板后發送一個啟動內燃發動機的請求信號。汽油發動機打開后通過機械真空泵保障真空狀態。通過中央數據顯示屏（CID）告知駕駛員故障信息。

三、相關維修說明

1.制動踏板行程傳感器

制動踏板角度傳感器可以通過BMW診斷系統ISTA投入運行。該裝置在執行DSC控制單元編程、更換制動踏板角度傳感器、更換DSC控制單元或DSC單元等任務后必須投入運行。

2.真空系統

BMW診斷系統功能包含各類不同的測試序列對電動真空源進行檢查。應注意真空源是通過電機電子裝置（EME）控制的。因此，故障排除路徑分別為：1級：驅動；2級：混動汽車；3級：電動機電子裝置；4級：真空系統。通過BMW診斷系統還可以讀取電動真空泵的工作時間。

圖7 F49 PHEV中的車輪軸承單元

四、車輪轉速傳感器

車輪轉速傳感器（圖7）啟用后可以采集多極傳感器齒輪的轉速及轉向相關的信息。圖8顯示的是帶有轉向檢測的車輪速度傳感器發出的信號。為了正常發揮各自的功能，各類輔助系統均需提供車輪轉速、車輪靜止及轉向相關的信息。這種信息從帶有轉向檢測的車輪轉速傳感器通過數據記錄（曼徹斯特編碼）傳送至DSC 控制單元。車輪旋轉信息通過28mA電流輸出，轉向相關的信息通過14mA電流輸出。如果車輪靜止，28mA降至14mA。車輪轉速通過“車輪轉動”信號頻率判定。動態穩定控制系統（DSC）根據車輪轉速恒定計算當前的滑移曲線。滑移曲線是再生制動和液壓制動的重要輸入變量。

轉速相關的車輪角度及車輪轉速信號的頻率隨著車輪尺寸而變化。如果前橋和后橋使用的車輪/輪胎組合的差別較大，禁止在極限條件下使用再生制動。為了避免汽車駕駛狀況出現不穩定，存在已保存的滑移曲線的條件下不會執行再生制動。在這種情形中，完全由液壓制動系統提供全部制動動力。

注意：如果使用未經審批的車輪/輪胎組合，禁止使用再生制動系統。

圖8 F49 PHEV中帶有轉向檢測的車輪速度信號