Вступ до одно- та двокоробних гальмівних систем

Вступ до одно- та двокоробних гальмівних систем

Нещодавно інший інцидент зіткнення Tesla на великій швидкості викликав резонанс. Чи достатньо безпечне гальмування електромобілів? Це знову викликало суспільну увагу та дискусію. Сьогодні я поясню гальмівну систему електромобілів з двох аспектів: різницю між гальмівними системами електромобілів і традиційних транспортних засобів і технічне застосування гальмівних систем електромобілів, щоб надати читачам технічну довідку для раціонального розгляду проблем. пов'язані з гальмівною системою.

01 Знайомство з гальмівними системами легкових автомобілів

Незалежно від того, чи це транспортний засіб на традиційному паливі, чи на новому, базова гальмівна система складається з таких компонентів:

Шлях передачі гальмівної сили складається з трьох ступенів: механічне зусилля педалі → тиск гальмівної рідини → механічне зусилля супорта:

1)Сила від ноги водія спочатку посилюється передаточним числом важеля педалі гальма, а потім посилюється вторинним посиленням підсилювача. Потім він передається на вхід штовхача головного циліндра.

2)Вхідний штовхач головного циліндра штовхає поршень для перетворення механічної сили в гідравлічний тиск гальмівної рідини. Потім гідравлічний тиск гальмівної рідини передається на гальмівний супорт через трубопровід і штовхає поршень супорта.

3) Поршень гальмівного супорта штовхає фрикційні пластини, щоб вони відповідали обертовому гальмівному диску, створюючи тертя, яке діє на колеса як гальмівний момент.

Немає відмінностей у принципах і застосуванні між електромобілями та транспортними засобами, що працюють на паливі, коли мова йде про гальмівні педалі та гальма. Основні відмінності між різними типами транспортних засобів зосереджені в модулі «бустер + головний циліндр + ESP». Причина, чому "підсилювач + головний циліндр + ESP" об'єднані тут, полягає в тому, що рівні інтеграції цих трьох модулів відрізняються в різних технічних рішеннях.

02 Будова гальмівної системи паливного автомобіля

Структура гальмівної системи транспортного засобу на традиційному паливі показана на малюнку нижче.

«Бустер + головний циліндр» — це збірка, а ESP — окремий модуль. Тут «бустер» — це фактично вакуумний підсилювач. Принцип полягає в тому, що внутрішня частина бустера розділена діафрагмою на дві порожнини: атмосферну порожнину та вакуумну порожнину. Коли не гальмується, і велика камера, і вакуумна камера з’єднані з джерелом вакууму для формування негативного тиску вакууму. Після натискання на педаль гальма вакуумна камера продовжує підтримувати розрідження. Велика атмосферна камера з’єднується із зовнішнім світом і починає забирати повітря. Потім різниця тиску між двома камерами діє на діафрагму, утворюючи вакуумну силу, яка в кінцевому підсумку діє на вхідний штовхач головного циліндра. Величина вакуумної сили знаходиться у фіксованій пропорції до вхідної сили педалі. Джерело вакууму походить від двигуна. Існує два способи забезпечення вакууму від двигуна: один - це вакуум, який утворюється під час процесу всмоктування повітря у впускний колектор двигуна, а інший - це вакуумний насос, що приводиться в рух колінчастим валом двигуна. Специфічна структура головного циліндра з вакуумним підсилювачем складання показано на малюнку нижче.

Для згаданої вище вакуумної допоміжної системи типові режими несправностей такі:

1) Педаль гальма: Злом педалі гальма є дуже рідкісним і незначним видом несправності. Норми також визначають цю деталь як деталь, не схильну до поломки. Основною несправністю, пов'язаною з педаллю, є несправність вимикача стоп-сигналу (BLS). Збій BLS не впливає на базове гідравлічне гальмування, але вплине на електронні функції гальмування, такі як ABS/TCS/VDC, EMS, і логічні рішення, пов’язані з вимикачем стоп-сигналу. Звичайно, це також вплине на освітлення гальмівного ліхтаря;

2)Вакуумний підсилювач: найсерйознішим результатом несправності вакуумного підсилювача є відсутність вакуумного підсилювача, наприклад витік підсилювача, витік вакуумної трубки тощо. Водій інтуїтивно відчуває, що гальма жорсткі. Через відсутність вакуумної допомоги водієві потрібно докладати в кілька разів більше сили, ніж зазвичай, щоб уповільнити автомобіль за звичайних обставин.

3)Головний циліндр: несправність головного циліндра зосереджена в двох формах: витік і застрягання. Перше призведе до того, що хід педалі стане довшим і м’якшим, але транспортний засіб не зможе встановити нормальне уповільнення; останнє безпосередньо призведе до того, що педаль гальма не зможе бути натиснута.

4)Модуль ESP: несправності вимикача стоп-сигналу, трансмісії, датчика швидкості коліс, джерела живлення, мережі CAN тощо, що вплине на пов’язані з ESP функції (ABS/TCS/VDC/HHC/AVH/HDC тощо). Але через ABS/TCS/ Функція VDC втручається лише в екстремальних умовах автомобіля, тому збій функції ESP не вплине на базове гальмування. Тобто легке/помірне гальмування на хорошому дорожньому покритті має невеликий ефект, але ABS не працює під час різкого гальмування, і колеса схильні до блокування. Найбільш небезпечними дорожніми умовами в даному випадку є ожеледь, сніг або гравійні дороги з низьким коефіцієнтом зчеплення. Передні і задні колеса можуть легко пробуксовувати і втрачати контроль при гальмуванні або русі.

5)Гальма: Існує багато несправностей гальм, особливо тих, що пов’язані з гальмуванням NVH, але несправності, які справді серйозно впливають на безпеку водіння, — це в основному витік гальмівної рідини в супортах і зношення фрикційних колодок. Витік гальмівної рідини супорта подібний до вищезгаданого витоку головного циліндра. Погіршення продуктивності фрикційної накладки здебільшого спричинене термічною деградацією. Після погіршення ефективності гальмування знижується, а уповільнення транспортного засобу набагато менше, ніж очікував водій. Водій відчуває, що автомобіль неможливо загальмувати.

6)Інші: несправність трубопроводу (витік), несправність датчика обертів коліс, несправність EPB тощо.

03 Будова гальмівної системи електромобіля

Оскільки вакуумний підсилювач потребує, щоб двигун створював розрідження, нові транспортні засоби не можуть використовувати цю систему, яка покладається на двигун для отримання розрідження під час руху виключно на електриці.

3.1 Рішення електронного вакуумного насоса

Логіка рішення з електронним вакуумним насосом така: оскільки немає двигуна, який би забезпечував джерело вакууму, то передбачені частини, які можна вакуумувати незалежно. Принцип дуже простий, тобто двигун приводить лезо до обертання та вакуумування. Існують також плунжерні види, але вони не мають широкого поширення. Таким чином, електронний вакуумний насос безпосередньо забезпечує вакуум для двигуна на апаратному рівні. Електронні вакуумні насоси поділяються на незалежні насоси (єдине джерело вакууму та підвищені апаратні вимоги) і допоміжні насоси.

Очевидна перевага цього рішення полягає в тому, що кількість модифікацій є невеликою, і воно дуже підходить для спільного використання гальмівних систем транспортних засобів, що працюють на паливі, і транспортних засобів з новою енергією на одній платформі. Недоліки цього рішення також очевидні:

1) Проблеми компонування, викликані шумом і вібрацією електронних вакуумних насосів;

2) Основний ринок електронних вакуумних насосів майже монополізований, ціни високі, а якість продукції інших виробників нестабільна;

3) Звичайний ESP має низьку активну здатність створювати тиск і не може забезпечити потужну підтримку відновлення енергії та інтелектуального водіння;

4)Несправність або необґрунтована стратегія електронного вакуумного насоса призводить до відмови або зменшення вакуумної допомоги. Загалом електронний вакуумний насос є недорогим рішенням. Судячи з тенденції розвитку технологій, це перехідне рішення.

3.2 Електронний бустер (двоблок)

З просуванням транспортних засобів з новою енергією та розвитком технологій інтелектуального водіння взаємодія між гальмівною системою та зовнішнім світом стає все більш важливою. Круїзний діапазон транспортних засобів з новою енергією висуває більш високі вимоги до рекуперації енергії. Відновлення руху накатом у рекуперації енергії пов’язане зі стабільністю низького кріплення автомобіля. Система відновлення гальмування вимагає, щоб гальмівна система домінувала над гідравлічним гальмуванням і гальмуванням двигуном. Розвиток інтелектуального водіння також висуває підвищені вимоги до здатності створювати тиск і відгуку гальмівної системи. У той же час резервна конструкція автономного водіння також вимагає, щоб гальмівна система мала резервну функцію. Тому компанія Bosch запустила рішення електронного підсилювача, який не залежить від вакууму, який зазвичай називають електронним підсилювачем iBooster. Структура електронного підсилювача сильно відрізняється від конструкції вакуумного підсилювача, але, по суті, він все ще призначений для імітації порожнього підсилювача. Відмінність від вакуумного підсилювача полягає в тому, що наддув забезпечується вбудованим двигуном. Наступний малюнок може повністю проілюструвати метод енергопідсилення електронного підсилювача: двигун обертається, щоб приводити в обертання шестерню. Після зменшення швидкості та збільшення крутного моменту обертовий рух остаточно перетворюється на лінійний рух через черв’ячну передачу, і, нарешті, разом із зусиллям, що передається від педалі, він приводить в дію штовхач головного циліндра. Створення гідравлічного тиску. Частина головного циліндра така ж, як у традиційного вакуумного підсилювача, а сідло клапана, яке визначає коефіцієнт наддуву підсилювача, в основному має ту саму структуру та принцип, що й традиційний вакуумний підсилювач. Оскільки бустер і ESP є двома незалежними модулями в цьому рішенні, індустрія називає це двоблоковим рішенням.

Щодо оцінки допомоги iBooster: ECU зберігає всередині один або кілька наборів кривих відчуття педалі, відкаліброваних у процесі розробки автомобіля (наприклад, хід педалі проти уповільнення, хід педалі проти гальмівної допомоги тощо). Коли водій натискає на педаль гальма, внутрішній датчик ходу iBooster робить висновок про намір водія гальмувати на основі зміщення педалі гальма, додатково обчислює цільову кількість допомоги, а потім всебічно враховує кількість відновлення енергії/робочий стан ABS тощо. Отримати максимальне підвищення продуктивності двигуна iBooster. Завдяки потужній системі підсилювача iBooster, методу напівроз’єднаного керування з електронним керуванням і природному подвійному резервуванню Two-Box (iBooster і ESP), це рішення гальмівної системи має великі переваги в рекуперації енергії та інтелектуальному водінні. Це також причина, чому iBooster може швидко просуватися на ринку. До цього часу велика кількість моделей, таких як усі серії Tesla, майже всі автомобілі Volkswagen на новій енергії, усі серії Honda Accord (включаючи транспортні засоби на паливі), усі автомобілі на новій енергії Geely Lynk & Co, Mercedes-Benz S-Class, Weilai, Xpeng використав рішення iBooster.

Звісно, ​​така система має й певні недоліки:

1)Відчуття від педалі гальма буде гіршим, ніж від традиційної системи вакуумного підсилювача. Теоретично принцип координації коефіцієнта посилення між електронним підсилювачем і традиційним вакуумним підсилювачем однаковий (обидва мають гумові дискові структури зворотного зв'язку), але фактично підсилення електронного підсилювача Розмір - це серія процесів розрахунку та виконання. Під час виконання процесу збір сигналу датчика, обчислення контролера та виконання двигуна призведуть до певних помилок і затримок. Крім того, координація між рекуперацією енергії та гідравлічним гальмуванням також ускладнить керування, цей процес «симуляції» не такий «гладкий», як чисто фізичний динамічний баланс сил на традиційних вакуумних підсилювачах.

2) Чим складніші речі, тим більша ймовірність невдачі. IBooster тісно пов’язаний із зовнішнім ESP, інтелектуальним водінням і системами живлення. Пов’язані системні збої та збої мережі CAN можуть вплинути на функцію живлення iBooster.

3.3 рішення в одній коробці

one-box в основному визначається як two-box. Коли Bosch розробив двоблокове рішення iBooster+ESP, материкова компанія також розробляла ще одне більш інтегроване рішення у відповідь на потреби OEM: інтеграція ESP та електронного підсилювача, перетворюючись на модуль, який широко відомий як one-box .

One-box об’єднує функції допомоги при гальмуванні та ESP. Те ж саме, що і двокоробка, полягає в тому, що допомогу при гальмуванні забезпечує двигун. Основна відмінність полягає в тому, що сила, яка передається від двокоробки на штовхач штовхача головного циліндра, є сумою вхідної сили водія та допоміжного двигуна, а пропорційне співвідношення між ними є результатом механічного балансу, тоді як гальмівна сила, що забезпечується одноблоком, вся надходить від двигуна, без накладення гальмівної сили, що забезпечується водієм. Зусилля, яке надає водій через педаль гальма, зрештою перетворюється на гідравлічний тиск і потрапляє у вбудований симулятор відчуття педалі. Симулятор відчуття педалі – це фактично поршневий пружинний механізм, який використовується для імітації відчуття педалі гальма та надання водієві зворотного зв’язку щодо сили та ходу.

Процес одноразової допомоги можна просто описати так:

1) Зсув, створюваний педаллю, отримується датчиком, а потім передається в ECU;

2)ECU розраховує потребу водія в гальмуванні, а потім приводить в дію двигун для встановлення гідравлічного тиску;

3) Гідравлічний тиск надходить у чотири колісні циліндри через впускний клапан ABS і, зрештою, створює гальмівну силу.

Таким чином, за звичайних обставин зусилля на педалі та гальмівне зусилля, які в кінцевому підсумку забезпечуються єдиною коробкою, механічно роз’єднані.

Найбільш очевидною перевагою такої інтеграції є невелика кількість деталей і мала об’ємна вага. Повністю відокремлена конструкція дає змогу теоретично регулювати залежність уповільнення, що відповідає будь-якому бажаному зусиллю або ходу педалі за допомогою програмного забезпечення, тобто відчуття педалі значною мірою визначається програмним забезпеченням. Недоліком є ​​те, що сила зворотного зв’язку на педалі ізольована від колеса, і водій не може відчути стан колеса через педаль. Наприклад, коли ABS працює, водій не відчуває вібрації педалі. Посилаючись на досвід проблеми відчуття педалі з двома коробками, відчуття педалі повністю відокремленого однобокса заслуговує на увагу. Крім того, для інтелектуального водіння рівня L3 і вище в one-box потрібно підключити модуль ESP як резервну резервну копію. Ось де одна коробка марна в розширеному інтелектуальному водінні. Що стосується несправності, після виходу з ладу електронного підсилювача гальмівна система з двома коробками також може активно нарощувати тиск для гальмування за допомогою ESP, але однокоробна система не має резервної системи в частині підсилювача гальм (якщо не підключено ESP з низькою продуктивністю). ).

04 Функції системи One-Box

Гідравлічна гальмівна система One-Box з дротовим керуванням об’єднує традиційні функції гальмування, такі як TCS (система контролю тяги), ESC, ABS і EPB. Крім того, можна інтегрувати програмне забезпечення стороннього виробника, наприклад контроль тиску в шинах, EBD (електронний розподіл гальмівних зусиль), AEB (система автоматичного гальмування), AVH (система автоматичного паркування) та інші функції для досягнення інтегрованого контролю. доменів шасі з дротовим керуванням. Основні функції:

1)Базове керування гальмами (BBC)

Він автоматично визначає потребу водія в гальмуванні, виявляючи вхідний сигнал датчика ходу педалі гальма, встановлює відповідне гідравлічне гальмівне зусилля відповідно до переміщення педалі та контролює гідравлічний тиск гальма для досягнення гальмівної дії.

2) Антиблокувальна система гальм (ABS)

Під час екстреного гальмування тиск гальмування чотирьох коліс контролюється, а гідравлічний тиск колісного циліндра контролюється відповідно до швидкості колеса, щоб запобігти блокуванню коліс, покращити силу гальмування та забезпечити стабільність руху автомобіля.

3)Система контролю тяги (TCS)

Під час інтенсивної їзди, як-от старт або прискорення, крутний момент двигуна регулюється для застосування гальмівного тиску до пробуксовуючих коліс, щоб запобігти надмірному пробуксовуванню ведучих коліс.

4)Електронний контроль стійкості (ESC)

Коли автомобіль повертає, контролюйте надмірну або недостатню поворотність автомобіля.

5)Система рекуперації енергії гальмування (CRBS)

Під час процесу гальмування стан батареї крутного моменту двигуна та стан педалі гальма визначаються в режимі реального часу, а скоординована рекуперація енергії гальмування досягається шляхом регулювання гальмівного тиску та моменту відновлення двигуна для покращення запасу ходу автомобіля.

6)Підтримка запиту на гальмування AEB

Отримує команди модуля ADAS для реалізації таких функцій, як Prefill і Warning Brake Deceleration; швидко підвищує тиск, щоб покращити автоматичне екстрене гальмування AEB і скоротити відстань під час екстреного гальмування AEB. 300+ мс, збережені завдяки швидкому реагуванню, можуть значно зменшити ймовірність помилкового запуску AEB;

7)Підтримка запиту вертикального керування ACC

Відповідно до команд модуля ACC керуйте силовим агрегатом або гальмівною системою для досягнення прискорення та уповільнення;

8)Підтримка запиту вертикального керування APA/RPA

Згідно з командами модуля APA/RPA, трансмісія або гальмівна система керуються для досягнення прискорення та уповільнення. Реагуючи на вказівки траєкторії транспортного засобу, транспортний засіб точно контролюється в поздовжньому напрямку гальмування та руху, і водій може автоматично паркуватися в автомобілі.

9)CST(Comfort-Stop) Комфортна парковка

10) BSW

Завдяки отриманню інформації від датчика дощу на колісний циліндр створюється певний тиск, а водяна плівка на гальмівному диску стирається, щоб покращити ефективність гальмування в дощові дні;

11)D-EPB

EPB з подвійним керуванням вирішує проблему паркування електромобілів;

12) Резервне резервне гальмо EPB-A

Привід заднього/переднього колеса EPB діє як резервне робоче гальмо.

13)Всюдихідність і повзучість

Різні бездоріжжя для підвищення прохідності та безпеки

14)HFC

Забезпечує водієві додатковий тиск у колісному циліндрі, коли водій повністю натискає на педаль гальма, а автомобіль не досягає максимального уповільнення.

05 Порівняння однокоробкових і двокоробкових

Для системи з одним або двома ящиками китайські внутрішні постачальники, такі як Wanxiang, Asia Pacific, Bethel, Grubo, Nason і Tongyu, мають відповідні продукти. Основними зарубіжними постачальниками систем з одним або двома блоками є Bosch, Continental, ZF Friedrichshafen, Nissin, Hitachi (включаючи CBI), Mobis, Advics тощо. Концепції технології продукції цих постачальників схожі, а основні відмінності полягають у у масштабі масового виробництва та зрілості продукту.