北京现代新能源汽车再生制动技术解析

◆文/山东 房宏威 贾燕红 李臣华 胡克晓

当前，新能源汽车发展迅猛，在其诸多先进技术中，再生制动相关技术也不断取得突破。本文对北京现代汽车当前先进的AHB主动油压控制系统的工作原理进行分析，对其相关重要部件进行了介绍，详细总结了AHB系统的维护保养过程。

一、再生制动简介

再生制动表示制动能量回收或反馈制动，指纯电动汽车或混合动力汽车在制动或减速时，使用牵引电机把动能转变成电能，以此给高压蓄电池充电。通过动能到电能的转换，使得新能源汽车能量损失最小化，增加续航里程。并且在经常需要停车的城市道路上行驶时，燃油效率特别高。图1、图2展示了纯电动汽车和混合动力汽车在制动过程中的能量流动示意图。

图1 纯电动汽车能量回收路径

图2 混合动力汽车能量回收路径

再生制动的能量取决于车速和蓄电池的电量。如图3所示，制动过程中，驾驶员的需求由液压制动和再生制动两部分组成。车辆从行驶到停止可以分为五个阶段。具体为：

图3 能量回收过程中液压和再生制动分配图

1.第一阶段：制动初始，车速最高，汽车动能最大，此时进行汽车制动能量回收最有效。所以此时制动完全由再生制动起作用，驾驶员的需求也就等于再生制动。

2.第二阶段：此时，液压制动力不断增加，再生制动略有增加。驾驶员的需求也就等于再生制动和液压制动之和。

3.第三阶段：液压制动开始减少，再生制动增速加快。驾驶员的需求仍等于再生制动和液压制动之和。

4.第四阶段：汽车动能转换为电能的速度大幅度减慢，液压制动快速增加。驾驶员的需求还是等于再生制动和液压制动之和。

5.第五阶段：制动终了，车速很低，能量回收意义不大。此时制动完全由液压制动起作用。驾驶员的需求也就等于液压制动。

二、AHB系统组成

当前，各大车企对于制动能量回收的相关技术，不断取得突破。北京现代汽车有限公司旗下的第九代索纳塔、领动混动等部分车型采用主动油压控制系统，又称“AHB”，其技术非常先进。下面，我们对该技术做一下深度解析。

北京现代的AHB系统主要由制动踏板、2个制动踏板行程传感器、组合制动启动模块(又称iBAU)、2个横摆加速度传感器、压力源模块(又称PSU)、4个轮速传感器、制动钳和制动盘等组成。如图4所示，系统总质量7.9kg，位置还是在发动机舱左后方，其将液压制动、再生制动和ESC功能集成在一起。PSU模块由低压蓄电池供电，能产生180bar(1bar=100kPa)的高压制动力，并能在储能器进行存储。iBAU模块集压力控制、踏板感觉模拟器、再生制动控制及制动时车辆具有的ABS、TCS、ESC或AVH等功能于一体，结构简单，性能稳定可靠。

图4 AHB系统结构示意图

1.iBAU模块

iBAU位于汽车驾驶席座椅前方，在发动机前舱内。它主要由ECU、电磁阀、4个压力传感器、踏板模拟器、制动主缸、2个放气螺钉、2个单向阀及壳体等组成，如图5、图6所示。iBAU模块是参与能量回收控制的重要模块，其通过多个阀体和传感器，对车轮进行压力控制，并集成了ABS/ESC等制动辅助功能。并完全颠覆了传统制动踏板的功能，踩下制动踏板，踏板模拟器给驾驶员提供踩踏感觉，通过电脑对相关信号的处理，判断出驾驶员的驾驶意图，从而为之后的能量回收做准备。

图5 iBAU位置示意图

图6 iBAU结构简图

2.PSU模块

PSU和iBAU是一体的，位于汽车驾驶席座椅前方，在发动机前舱内。它主要由活塞泵、电机、蓄能器、滤清器、放气螺钉和壳体等部件组成，如图7、图8所示。其电机为直流永磁同步电机，直接由低压蓄电池供电，所以其启动时便产生并持续维持180bar的压力，即使点火开关OFF时也能持续产生高压，并由蓄能器进行压力维持。在维修与保养放气过程中，需要将其与蓄电池负极连接线断开，以便能够及时释放高压，防止因压力过大而造成危险。

图7 PSU位置示意图

图8 PSU结构简图

3.踏板行程传感器(PTS)

北京现代配备AHB系统工作的车型，均采用双路霍尔传感器作为踏板行程传感器，其位于制动踏板右侧，如图9所示。传感器采用5V供电电压，信号电压呈二倍数值关系。PTS是用来反映驾驶员制动意图的重要信号，在更换PTS和iBAU时，需要使用北京现代GDS专用诊断仪进行零点校准，如果没有进行校准，车辆在行驶时系统会产生故障码。

图9 踏板行程传感器位置图

三、AHB系统工作原理

北京现代汽车AHB系统的工作主要受到电机控制器MCU的控制，MCU通过接收到踏板模拟器的相关信号，做出驾驶员行车制动的判断，通过与iBAU的通讯，对制动油路中的阀体进行控制，以实现能量回收的目的。其中，踏板模拟器中产生踩踏感觉的SIM阀体属于常闭类型，配备1个压力传感器。其在制动时打开，并配备安装2级弹簧，根据弹簧力产生踏板感觉，大大区别与传统制动踩踏原理。系统中所具备的阀体很多，包括2个输入阀和2个输出阀，属于常闭阀，2个切断阀属于常开阀及用于ABS/ESC控制的8个电磁阀，如图10所示。其工作过程可以分为三种状态：初始状态、制动器工作状态和应急制动状态。

图10 AHB系统原理图

1.初始状态

在这一阶段，驾驶员踩下制动踏板，车辆车速相对较快，由于只有2个切断阀打开，液压制动基本不起作用，车辆主要进行再生制动，进行能量回收。此时，输入阀1、2和输出阀1、2处于关闭状态，踏板模拟器SIM阀处于关闭状态，2个切断阀处于打开状态，蓄能器将系统压力稳定维持在180bar的状态。

2.制动器工作状态

制动过程中，液压制动起作用后，制动器的工作状态如图11所示，红色线路表示高压线路，蓝色线路表示低压线路。液压制动时，2个输入阀(IN)打开，2个输出阀(OUT)关闭，2个切断阀(CUT)关闭，高压制动液由PSU模块经iBAU模块控制后流向四轮的制动分泵，产生制动力；踏板模拟器SIM阀打开，低压制动液经低压制动线路与制动主缸形成回路。释放液压制动时，2个输入阀(IN)关闭，2个输出阀(OUT)打开，2个切断阀(CUT)关闭，制动轮缸与制动主缸形成回路，将制动高压释放。踏板模拟器SIM阀依旧打开。

图11 AHB正常工作状态原理图

3.应急制动状态

配备AHB系统的车型都会具备应急制动功能。当液压制动功能失效后，系统将立即进入应急制动状态。如图12所示，此时，2个输入阀(IN)关闭，2个输出阀(OUT)关闭，2个切断阀(CUT)打开，制动液直接由制动主缸经ABS/ESC电磁阀与制动轮缸形成回路。踏板模拟器SIM阀关闭，车辆液压制动力完全由驾驶员脚踩制动踏板产生，制动力不足以完成紧急制动。此时驾驶员应该小心缓慢驾驶车辆，尽早维修。

图12 AHB应急工作状态原理图

四、AHB的维护与保养

1.所需工具

北京现代汽车具备AHB系统的车型，在对系统进行维护和保养时，最重要的一项工作就是对系统进行放气操作。这就需要用到专用制动器放气工具和GDS诊断仪，如图13、14所示。

图13 制动器专用放气工具

2.具体操作

在更换系统部件，如PSU、iBAU或更换制动液后，需要对AHB系统进行放气操作。具体需要使用GDS诊断仪中车辆软件管理菜单按步骤执行4步操作(图15)。

图15 GDS诊断仪

(1)填充步骤1(iBAU ECU OFF)

图14 GDS诊断仪

①分离蓄电池(12V)负极连接线，使iBAU ECU停止工作。通过此操作可以将系统中高油压卸掉。

②正确安装制动器专用放气工具，并对储油箱加压到3～5bar。

③打开放气螺钉排出制动油，直到没有空气。放气螺钉作业顺序从PSU（1处）开始，接着对iBAU (2处)进行排气，最后对车轮（4处）排气，排气口的位置如图16所示，排气时长各15min，完成作业之后关闭放气螺钉。

图16 AHB系统排气口位置图

④踩下制动踏板的状态下打开iBAU(2处)放气螺钉，并排出制动油，然后关闭放气螺钉，之后释放制动踏板。此过程重复进行10次。如果10次之后制动油还带有空气时，则继续进行放气操作，直到没有空气为止。

(2)进入放气模式

①连接蓄电池(12V)负极连接线。

②车辆准备就绪状态下，变速杆挂到P挡，调整方向盘至正中位置。

③按住ESC OFF开关3s后(2级控制装置完全OFF)，制动踏板ON/OFF进行10次，然后IGN OFF。过程中，踩下踏板时要充分踩下40mm以上，释放踏板时要完全释放10mm以下。

④重新进入车辆准备就绪状态之后，按住ESC OFF开关3s以上时(2阶段姿势控制状态完全OFF)。如图17所示，3种警告灯全部亮起，并进入放气模式。过程中，必须在30s内完成上述③、④步骤的全部操作，才可能进入正常的放气模式。

图17 三种警告灯同时亮起

(3)填充步骤2

①在放气模式下使用制动器放气工具对储油箱加压到3～5bar的压力。

②踩下制动踏板一半左右的状态下，打开车轮侧的放气螺钉3s，然后关闭3s。重复此操作5次之后释放制动踏板。对全部轮胎进行此作业。

③IGN OFF或按下ESC OFF开关来解除放气模式。作业过程中，如果排油不顺畅时，释放制动踏板之后重新踩下。即便充分排出制动油,也持续有空气时重复此过程,直到没有空气为止。此过程要区别传统汽车选择管路最长的右后轮最先放气，选择管长度最短的前左车轮最好。

(4)油循环模式

①拆卸制动器放气工具，加注制动油至储油箱最高线之后，盖好储油箱盖。

②P挡状态下,车辆进入READY状态，连接诊断仪。在GDS诊断仪附加功能上执行油循环模式。

③结束油循环模式之后试驾车辆,检查制动踏板感觉、工作性能，及是否有异响。如果踩下制动踏板时有踩下海绵的感觉或制动响应性明显慢时，重新确认放气全过程。

如果性能及踏板感觉良好，但有异响时连接诊断仪之后重新执行油循环模式。

五、总结

当前，新能源汽车再生制动不断取得突破，汽车市场上各种技术日新月异。研究不同车企的最新技术有利于我们掌握再生制动系统的维护与维修。本文通过对北京现代AHB系统功能原理的研究，总结了系统维护与保养的过程，为以后对再生制动系统的维修奠定基础。