宝马BMWi电动汽车制动系统

王 超，曹砚奎

（禹城市职业教育中心，山东 德州 251200）

宝马BMWi是宝马集团全新的子品牌，代表创新型汽车和机动性服务，通过对高端品质的全新解读，增加个性化车辆方案的机动性方案，以提高整个增值链中产品与品牌的可持续平衡发展。宝马BMWi3为宝马集团第一款纯电动批量生产的车型，已于2013年的第4季度上市。BMWi8（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2种车型都采用了高电压系统和制动能量反馈回收系统。

1 液压制动系统

宝马BMWi电动汽车制动系统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。当一个制动回路失灵时，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1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：当驾驶人员踩下制动踏板时，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BMWi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单元内的工作原理流程，如图2所示，图2中红色箭头表示具体制动时液压系统内的压力增加情况。其工作原理分为ABC 3种情况。

图1 宝马BMWi制动液压系统回路

情况A：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排出的制动液，通过隔离阀、输入阀、输出阀收集在液压控制总成DSC单元的一个低压蓄压器内；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2a所示。

情况B：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2b所示。

情况C：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液压单元内的活塞液压泵将收集在低压蓄压器内的制动液输送至车轮制动器，并产生与当前减速度要求所需要的制动压力。由于隔离阀的单向关闭作用，使驾驶员在操作脚制动时不易觉察，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2c所示。

图2 制动能量回收时液压控制

宝马BMWi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10 km/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10～160 km/h运行区间通过前后2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2.5 m/s2的制动减速度，同时仪表盘上会点亮制动系统能量回收报警灯。

2 制动真空助力系统

宝马BMWi电动汽车制动系统以纯电动方式产生真空来实现真空制动助力。由一个电动真空泵、制动稳态控制系统DSC、真空度传感器、真空管路和制动助力真空气室等组成，如图3所示。其工作原理是，电机控制装置EME为制动真空度传感器供电，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。

图3 制动真空助力系统

电机控制装置EME用一个输出级（半导体继电器）用于接通或关闭电动真空泵的12 V电源，接通电流最高可达30 A。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4所示。

图4 制动真空助力系统的控制逻辑关系

真空助力系统出现故障时，在仪表的制动故障报警灯下面会出现英文字母BRAKE，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2种情况：①当制动真空压力传感器失灵时，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，此时由制动稳态系统DSC通过制动压力传感器和制动开关信号等信息，进行模糊控制真空泵。由于缺少制动真空压力传感器信息，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进行关闭。②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系统DSC的功能补偿缺少的制动助力，实现DSC液压制动助力。

3 主要部件介绍

3.1 制动器

宝马BMWi电动汽车制动器采用內通风型结构制动盘，通过减轻摩擦组件所用材料来减轻制动盘和制动摩擦片的质量，如图5所示。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，可适当减轻减薄尺寸。

图5 制动系统及制动器

3.2 制动总泵

宝马BMWi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，如图6所示。其工作原理是当驾驶员踩制动踏板，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，使活塞前面的油增多使制动力增加。

图6 制动总泵

3.3 电子驻车制动器

宝马BMWi电动汽车带有电子式驻车制动系统，如图7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。

图7 电子驻车制动系统元件位置图

电子驻车制动器的工作如下。

1）停车后驻车：车辆制动静止停车后，拉起驻车制动按钮，电动机械驻车制动器的2个执行机构通过驻车制动器防止车辆溜车。

2）紧急制动：在车辆行驶期间向上拉起驻车制动按钮，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传统机械式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4个车轮制动器上，DSC功能完全启用且制动信号灯点亮，通过4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，电动机械驻车制动器的2个执行机构通过驻车制动器防止车辆溜车。

3）松开电子驻车制动器：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：①所有车门关闭；②驾驶员系上安全带；③接通上电开关建立行驶准备；④挂入行驶挡位；⑤操作加速踏板。

电子驻车制动器的优点：①取消了中控台处的驻车制动拉杆，节省了装备空间；②可随时正确调节制动摩擦片的压紧力；③在起步时自动松开驻车制动器，省去了手动操作步骤；④在脚制动失灵时可通过驻车制动开关，实施平稳的紧急制动。