玛莎拉蒂Quattroporte制动系统结构原理与维修

王钟原

玛莎拉蒂Quattroporte制动系统结构原理与维修

王钟原

一、前言

作为标准配置，搭载V8发动机的Quattroporte装备有与专业供应商Brembo联合开发而成的高性能制动系统，以配合双涡轮V8发动机的高性能水平，如图1所示。制动系统采用成对铸造工艺，使用大型一体式制动钳及位于前部的6个活塞和位于后部的4个活塞。该系统不仅具备高能制动功率， 还具有更佳的热交换性，进而可实现运动目的下的高效冷却性和稳定性。系统的声学舒适性得到了特别关注。采用新一代ABS 和电子车辆稳定系统（博世ESP9），此系统具有前一代博世ESP8 系统所经过验证和测试的特性，以及对辅助功能的部分全新改进。电子驻车制动器（EPB）是所有Quattroporte标准配置的组成部分。除功能性之外，制动钳还具有玛莎拉蒂Quattroporte的经典风格元素。制动钳可选用以下配色：

◆经典黑（标配）

◆运动红（选配）

◆优雅深蓝（选配）

◆动感银灰（选配）

◆独特镜面效应抛光铝（选配）

二、车轮制动器

前制动器结构如图2所示，规格如表1所示。后制动器结构如图3所示，规格如表2所示。

图1 制动系统

图2 前制动器

图3 后制动器

制动系统由通风式交叉钻孔环形制动盘和固定式Brembo前后制动钳组成，制动系统参数如表3所示。前制动钳共有6个活塞，即包括三对不等直径的活塞，直径380mm的前制动盘采用成对铸造工艺：即铸铁摩擦环与制动盘的铝制中央毂共同模压而成。由于采用铝材料，这种工艺可显著地减小非悬挂质量并改善热耗散情况，同时还可维持铸铁在制动器的整个温度范围内的出色摩擦特性。后制动钳使用4个活塞，也具有两对不等直径的活塞，直径350mm 的后制动盘由整体铸铁制成。后制动盘的中间部分用作驻车制动器摩擦片的制动鼓。前后制动盘在行驶轮和轮毂之间为夹层结构，装配时使用一个附加小螺钉固定制动盘。制动衬块具有较大的有效表面面积，分别为110cm2（前）和65cm2（后）。它们使用为全新Quattroporte专门开发的特定复合材料制成，具有良好的退化和衬块磨损特性，设计用于在高速行驶时提高制动性能。衬块带有集成式磨损传感器，如果衬块磨损情况到达临界点，传感器将触发组合仪表上的警告灯。制动主缸为串联式并具有X型分离式制动回路。一个半透明的制动液储液罐安装在主缸的顶部，带有MIN和MAX液位指示。如果液位位于较低的危险水平，液位开关将此情况通过警告灯通知驾驶员。作用在主缸上的力通过真空制动助力器进行伺服辅助，如图4所示。一个压力传感器安装在真空助力器上，以便将来应用Stop&Stop（停止和停止）技术。

表1 前制动器规格

表2 后制动器规格

表3 制动系统参数

图4 真空制动助力器

三、电子车辆稳定控制系统

（一）系统概述

博世开发的新一代电子稳定控制（ESC）系统，称为“增强型ESP 9”，应用在全Quattroporte上。ESP9与前一代ESP8 类似，但其提供大量系统改善以及附加功能。ESP9 装置更加紧凑，使其具有更小的排量（1.340L，与ESP8 的1.620L 比较）和更轻的质量（1.6kg，与ESP8 的2.3kg 比较）。ESC 采用优化微处理器设计和基于印刷电路技术的控制单元。它集成有前一代系统（ESP8）的所有功能。新的稀土永磁直流电机工艺，使其功率-重量比得到显著改善。集成的动态惯性传感器和监测主缸压力的专用传感器可实现精确控制，即便在制动压力最低的情况下。ESC 装置连接至CAN-C总线，与其他系统进行数据交换并进行诊断。全新Quattroporte使用博世新一代“增强型ESP9 ”，其横摆率和加速度传感器集成在HU-ECU 内，如图5所示。

图5 HU-ECU控制单元及位置

1.带有附加ECU的液压单元

控制单元根据定义的数学程序（控制算法）处理从传感器接收到的信息。计算结果形成发送到液压调节器的控制信号的基础。液压调节器根据功能要求增加或降低车辆制动器的压力。本ESP9控制单元的一个新特点是集成在控制单元内测量横摆率和横向及纵向加速度的传感器。ESC单元与高速CAN-C网络连接，用于与其他车辆系统进行数据交换以及用于诊断。

2.横摆率和加速度传感器

横摆率传感器和加速度传感器的信号用来计算车辆的实际运动。如果驾驶员选择的目标方向与车辆的实际运动相差较大，ESC功能试图通过选择性的进行制动来更正车辆运动。

3.轮速传感器

车轮转速是控制系统一个重要的输入变量。轮速传感器检测车轮转速并将电气信号传送到控制单元。处理器根据转速信号计算车轮与路面之间的滑度。传感器为有源传感器（带有一体式微处理器），通过两根线、电源和信号与ESC单元相连。每个传感器采用一个集成到车轮轴承的磁圈作为转速脉冲轮。

4.转向角度传感器

转向角度和转向盘转动速度作为确定驾驶员所选预期方向的重要输入。在全新Quattroporte上，该传感器集成在SCCM（转向柱控制模块）内并通过CAN-C 网络与ESC单元进行通信。

5.制动踏板开关

制动踏板开关与ESC单元和BCM连接。所有3个制动灯都由BCM激活。

（二）车速和（VSO）

在车辆的电气系统中，ESC 模块为车速信息的主机。ESC 装置根据来自各个轮速传感器的输入信号和作为车辆配置数据组成部分的轮胎周长计算车速。使用两个后轮的平均速度进行车速计算，而前轮的轮速传感器则作为备用。车速信息由ESC 模块置于CAN-C 线路上，而BCM 用作CAN-I 模块的网关。除了将车速信息置于CAN 总线上， ESC 装置还生成一个模拟信号，称为车速里程表（VSO）。VSO是一个5V 方波信号，其可变频率随着行驶速度而增大。它用于某些无法访问CAN 的模块，例如速度自适应动力转向模块（CSG）和天窗模块。

（三）系统功能

新的ESP9 系统提供与前一系统（ESP8）相同的经过试验和证明的可靠功能，此外还具有某些增强功能。

1.防抱死制动系统（ABS）

ABS的主要作用是在紧急制动期间最大限度地限制轮胎与路面的附着力，不仅使车辆在最短距离停车，还会在整个操纵期间提高车辆的方向稳定性。在制动期间，通过监测轮速传感器信号来检测一个或多个车轮的抱死倾向，必要时系统会降低个别分路的制动压力来防止车轮抱死，直至特定车轮与路面接触区域之间的抓地力最大化。与完全丧失抓地力（打滑）的轮胎相比，滚动的轮胎可以实现车辆转向。

2.电子制动力分配（EBD）

EBD通过综合自学习过程不断地自动调整前后桥之间的制动偏差。确保在不同的路面情况和不同车载情况下都能保持最佳的制动平衡。校准好的EBD可以使制动性能最大化，并减少ABS干预的需求。

3.牵引力控制系统（TCS）

车辆加速期间，在给定抓地力条件下输出过大驱动扭矩时，TCS通过防止被动轮空转来保持车辆稳定。这是通过分别制动空转车轮并减低发动机扭矩来实现的。车辆加速期间，通过监测轮速传感器信号来检测一个或多个被动轮是否空转。ESP单元通过CAN将发动机扭矩降低请求发送给ECM，此请求优先于驾驶员的油门请求。

注释：驾驶员可通过按下“TCS关闭”按钮来关闭TCS。

4.发动机制动-扭矩控制（MSR）

M S R 来 自 德 国 M o t o r Schleppmomenten Regelung 或发动机制动-扭矩控制。该功能可以在抓地力低的情况下，在降挡时通过负发动机扭矩保证车辆的稳定性。降挡待定过程中，当后轮抱死时，MSR将命令发动机ECU（ECM）打开节气门并降低发动机制动扭矩。

5.电子稳定控制系统（ESC）

本系统增强了车辆各种驾驶条件下的方向控制和稳定性。ESC功能在车辆行驶过程检测到与预期值的偏差时激活。ESC功能检测车辆的旋转运动并对行驶偏差进行补偿。这个功能可以通过自动结合合适车轮的制动器矫正车辆的过度转向和不足转向。发动机动力也会降低，帮助抵消不稳定情况并保持正确的方向。ESC模块对转向角传感器和集成式横摆率和加速传感器的信号进行对比。除了行驶车速和节气门位置等其他车辆动态参数，ESC模块还对车辆的动态稳定性状态持续进行评估。当要求的行驶轨迹与实际轨迹之间存在偏差时， ESC系统对合适车轮制动， 抵消过度转向和不足转向状况。

◆转向过度：车辆转弯量大于转向盘输入，对前轮外侧制动

◆转向不足：车辆转弯量小于转向盘输入，对后轮内侧制动

6.坡道起步辅助系统（HSA）

HSA 系统的功能是在车辆坡道起步过程为驾驶员提供辅助。HSA在制动踏板松开后的短时间（2s）内保持制动压力水平。如果在这个短时间内驾驶员没有踩下加速踏板， 该系统将释放制动压力，车辆也会在重力作用下开始溜坡。在施加制动压力的时间段内，系统将按照车辆开始沿选定方向移动时施加的节气门开度/扭矩，以一定的比例释放制动压力。注：这一功能也称作坡道保持功能。

若要启用HSA系统，必须满足以下条件：

◆车辆必须处于静止状态

◆坡度必须大于或等于6%

◆挡位的选择与车辆上坡方向一致（即：车辆面朝上坡，应挂入前进挡；车辆背朝上坡， 应挂入倒挡)

当符合启用条件时，HSA将在倒挡（R）或所有前进挡内工作。如果车辆处于空挡（N）或驻车挡（P），系统不工作。

7.制动辅助系统（BAS）

该系统通过优化紧急制动时的车辆制动性能完善ABS系统。系统通过感应制动踏板施加的速度和力度来检测紧急制动情况，然后在制动器上施加最佳的压力以缩短制动距离。在紧急制动情况下，制动压力会升高到ABS系统制动压力，而不管驾驶员是否增大制动功率。一旦释放制动踏板，BAS将不起作用。注：对于M139型Quattroporte而言，这个功能曾被称作液压制动辅助功能（HBA）。

8.预警式制动系统（RAB）

预警式制动系统可在紧急制动情况时缩短达到完全制动所需的时间。它通过监测驾驶员松开加速踏板的快慢来预测紧急制动情况可能发生的时间。当加速踏板松开非常快，RAB将少量的制动压力施加到液压回路，从而闭合制动衬块与制动盘之间的间隙。从而可缩短制动系统的压力建立时间并同时施加压力到所有车轮上的制动器。驾驶员不会注意到这少许制动压力。如果驾驶员随后踩下制动踏板，制动系统则利用该制动压力实施快速制动响应。

9.液压衰减补偿（HFC）

若驾驶员施加最大制动力但仍然无法达到最大减速度时，HFC将提供附加的制动力支持。例如在制动盘处于高温状态时（热衰减）。这是由于制动盘高温（衰减）所导致的。

10.制动式动态车轮扭矩控制（DWT-B）

DWT-B或称作“扭矩引导”功能通过调节各随行车轮上施加的驱动扭矩减少转向不足状况，并提高驾驶灵活性。车轮扭矩的独立变化会在转向时影响车辆的性能。更为精确的是，在车辆曲线行驶时，如果出现未定的转向不足状况，后轮内侧将制动，而后轮外侧的驱动力矩将增大。这将增大横摆率和保证车辆的正常行驶状态。结构图如图6所示。

对用户来说，DWT-B具有下面几个优点：

◆在出弯加速时增大牵引力

◆通过更好地利用所有随行轮的附着能力，增大了转向速度限制系数

◆通过有效减小惯性力矩，对转向输入的响应情况更佳

通过表4所示可以更好地理解ESC和DWT-B之间的区别：

四、ESC工作模式

图6 动态车轮扭矩控制

横摆力矩

制动

表4 ESC和DWT-B区别

表5 ESC工作模式

ESC 系统具有3 种工作模式，取决于驾驶员选择的驾驶模式，如表5所示。

1.ESC-正常

此模式在点火开关旋至开启（ON）位置后默认为启用。在此模式下，ESC 系统的全部功能均可用。根据美国FMVSS126-Sine-With-Dwell（正弦停滞方法）要求调整ESC。

2.ESC-运动

ESC-运动模式的特点是它具有更加柔和的ESC 干预、更高的启用阈值和更高的牵引力控制系统目标滑移率。根据玛莎拉蒂车辆动力学工程师的要求调整ESC。如果行驶期间车辆处于无法满足FMVSS126-Sine-With-Dwell（正弦停滞方法）要求的状态下，则ESC-关闭指示灯将启用。

3.ESC-关闭

可通过按下靠近选挡杆的ESC-关闭按钮进入ESC-关闭模式。ESC-关闭指示灯将启用。ESC-关闭模式用于获得更加动感的驾乘体验，但也适用于行驶在深雪、沙土或碎石路面上时。

ESC-关闭模式期间，系统设置如下：

◆ESC-关闭停用。例外：踩下制动踏板时允许进行临时ESC 干预，为驾驶员提供协助。但是，这种干预不会通过仪表上的指示灯进行指示

◆TCS 发动机扭矩干预停用

◆TCS 制动干预在ESC-运动模式临界点时启用

◆ESC-关闭模式不受发动机转速或车辆速度的限制

◆FMVSS126-Sine-With-Dwell（正弦停滞方法）要求无法满足

注：ABS、EBD、MSR、HAS、BAS、RAB 和HFC 功能不受所选驾驶模式的影响，即对于ESC 所有三种工作模式，它们均可通过相同方式进行调整。

五、电子驻车制动器

（一）系统概述

作为标准装备，所有车辆均装备一个电子驻车制动器（EPB），如图7所示。EPB 为电子机械装置，可防止车辆在静止状态下移动。它取代传统的机械驻车制动器（手动制动器）的功能并进一步延伸。驻车制动器包括集成在后轮制动盘内的鼓式制动器(“盘中鼓式”结构）并通过拉线进行操纵。它们与EPB装置相连，设计为带集成式ECU的电控拉线操作。EPB 装置安装在后副车架的顶部，后备箱地板下下方。驻车制动器启用开关安装在中控台上。此EPB装置与M139 和M145 车型上使用的装置类型不同，但其操作类似。与前一代车型EPB 系统的另外一个区别是两个鼓式制动器的拉线直接来自于EPB 装置，所以无须使用拉线分线器。

与传统的手动驻车制动器相比，电子驻车制动器可为用户提供多个优点：

◆它提供增强的功能（自动施加、汽车起步、动态制动）

◆它可根据实际路况（道路坡度）始终施加适当数量的制动力

◆它监测驻车制动器的效率，即便是在点火钥匙置于关闭位置后

图7 电子驻车制动器

图8 EPB单元及按键

◆它将手动驻车制动操纵杆从中央通道区域内拆下，因此可提供更大空间并允许更加自由的内饰设计

◆它提供更加高效和安全的紧急制动功能

EPB控制逻辑：

EPB单元与CAN-C线连接，用于与其他车辆模块通信并用于诊断，如图8所示。其工作特别与ESC单元密切相关。ESC单元的作用是评估是否满足驻车制动器接合或断开的正确条件，并通过EPB单元来实现手刹功能。如果EPB系统存在任何可疑故障，其还可以用于检查ESC系统是否正确运行并检查是否存在故障码。

（二）EPB运行逻辑

1.辅助驻车制动

当通过拉动中控台上的EPB激活开关车辆静止时，可接合和断开驻车制动器。为确保EPB系统激活，拉住换挡杆中控台上的开关约2s。可通过踩住制动踏板并拉动开关来关闭系统。当驻车制动器应用时，组合仪表上的警告灯点亮，相关信息显示5s。在接合和断开程序期间，警告灯闪烁，直到达到所请求的状态。

2.自动制动

车辆静止且点火开关关闭（默认条件）时自动进行驻车制动；该功能可通过组合仪表上的车辆设置菜单取消。选择的设置（自动制动开启/自动制动关闭）在点火开关随后关闭时存储，如图9所示。

3.起步

当起步（加速踏板位置传感器检测＞3%）时驻车制动器解除，此功能始终激活。

4.预释放

在发动机运行，驾驶员侧车门关闭，及同时踩下制动踏板并操作换挡杆时，驻车制动器自动断开。

5.动态制动

图9 车辆设置

图10 EPB手动释放

凭借这一功能， 可以使用驻车制动开关进行紧急制动。如果开关按下，车速尚未到零，车辆将制动，直到开关松开，或车辆停下。这个功能由ESC管理。ESC 单元可使用4个制动卡钳，并通过预先设置的减速度（0.5g）使车辆减速。在动态制动过程，所有安全功能（ABS、EBD、ESC）将保持激活状态，停车灯也将继续工作。开关松开后，车辆立即停止制动。如果按下开关并持续到停车，EPB将在车速达到零后接合驻车制动器， 随后，ESC单元将释放制动卡钳。这个功能可以让驾驶员以安全、可控的方式降低车速和停车。分离车辆蓄电池后，需要使用EPB开关执行一个EPB手动接合/分离循环。这样可以让EPB单元学习全部行程，对于自动运行是必要的。

（三）EPB 维修操作

1.EPB 手动释放

在系统出现故障或蓄电池没电时，电动驻车制动器可以通过手动操作释放。为了实现这一点，可使用车辆应急工具箱中的专用工具。拆下行李舱地板保护罩即可对EPB单元进行操作。将专用工具的六方头插入EPB单元左侧的释放机构中并顺时针方向转动，直至完全释放，如图10所示。这样即完成驻车制动器的释放。注：进行这个操作前确认点火开关已关闭。手动释放EPB后，必须使用玛莎拉蒂诊断仪对系统进行校准，并检查是否出现故障码。

2.EPB执行器校准

当拆卸或更换驻车制动系统的制动盘、拉线或EPB单元等部件后，或者执行EPB手动释放程序后，需要使用玛莎拉蒂诊断仪执行EPB执行器校准。校准程序需要设置执行器行程零位并将拉线行程校准到拉线张紧。EPB正确校准需要达到正确的拉线张紧量。如果系统未校准，EPB单元会存储故障码。务必在系统校准后或任何EPB维修操作后检查EPB单元是否存在故障码。