Úvod do jednoskříňových a dvouskříňových brzdových systémů

Úvod do jednoskříňových a dvouskříňových brzdových systémů

Nedávno vzbudil rozruch další nehoda srážky ve vysoké rychlosti v Tesle. Je brzdění elektromobilů dostatečně bezpečné? Znovu vyvolalo pozornost veřejnosti a diskusi. Dnes vysvětlím brzdový systém elektrických vozidel ze dvou hledisek: rozdíl mezi brzdovými systémy elektrických vozidel a tradičních vozidel a technické použití brzdových systémů elektrických vozidel, abych čtenářům poskytl technické reference pro racionální pohled na problémy. související s brzdovým systémem.

01 Úvod do brzdových systémů osobních automobilů

Ať už se jedná o tradiční vozidlo na palivo nebo nové energetické vozidlo, základní brzdový systém se skládá z následujících součástí:

Dráha přenosu brzdné síly je třístupňová: mechanická síla pedálu → tlak brzdové kapaliny → mechanická síla třmenu:

1)Síla z nohy řidiče je nejprve zesílena převodem páky brzdového pedálu a poté je zesílena sekundárním zesílením posilovače. Poté je předán do hlavního válce na vstupu tlačné tyče.

2)Vstupní tlačná tyč hlavního válce tlačí na píst, aby přeměnila mechanickou sílu na hydraulický tlak brzdové kapaliny. Hydraulický tlak brzdové kapaliny je pak potrubím přenášen na brzdový třmen a tlačí píst třmenu.

3) Píst brzdového třmenu tlačí na třecí desky, aby se přizpůsobil rotujícímu brzdovému kotouči, aby se vytvořilo tření, které působí na kola jako brzdný moment.

Pokud jde o brzdové pedály a brzdy, neexistují žádné rozdíly v principech a aplikacích mezi elektrickými a palivovými vozidly. Hlavní rozdíly mezi různými typy vozidel jsou soustředěny v modulu „posilovač + hlavní válec + ESP“. Důvod, proč jsou zde „posilovač + hlavní válec + ESP“ spojeny, je ten, že úrovně integrace těchto tří modulů se liší v různých technických řešeních.

02 Struktura brzdového systému palivového vozidla

Struktura brzdového systému tradičního palivového vozidla je znázorněna na obrázku níže.

"Posilovač + hlavní válec" je sestava a ESP je samostatný modul. "Posilovač" je zde ve skutečnosti podtlakový posilovač. Princip spočívá v tom, že vnitřek boosteru je rozdělen membránou na dvě dutiny: atmosférickou a vakuovou. Když se nebrzdí, velká komora i vakuová komora jsou připojeny ke zdroji podtlaku, aby vytvořily podtlak. Po sešlápnutí brzdového pedálu vakuová komora nadále udržuje podtlak. Velká atmosférická komora je propojena s vnějším světem a začíná nasávat vzduch. Potom tlakový rozdíl mezi dvěma komorami působí na membránu a vytváří podtlakem podporovanou sílu, která nakonec působí na vstupní tlačnou tyč hlavního válce. Velikost síly podporované podtlakem je v pevném poměru ke vstupní síle pedálu. Zdroj podtlaku pochází z motoru. Existují dva způsoby zajištění podtlaku z motoru: jedním je podtlak vznikající během procesu nasávání vzduchu do sacího potrubí motoru a druhým je podtlakové čerpadlo poháněné klikovým hřídelem motoru. Specifická konstrukce hlavního válce s podtlakovým posilovačem montáž je znázorněna na obrázku níže.

U výše uvedeného vakuového asistenčního systému jsou typické režimy poruchy následující:

1) Brzdový pedál: Zlomení brzdového pedálu je velmi vzácný a nízký stupeň selhání. Předpisy také definují tento díl jako díl, který není náchylný k poruchám. Hlavní poruchou související s pedálem je porucha spínače brzdových světel (BLS). Porucha BLS nemá žádný vliv na základní hydraulické brzdění, ale ovlivní funkce elektronického brzdění, jako je ABS/TCS/VDC, EMS a logické úsudky související se spínačem brzdových světel. Samozřejmě bude ovlivněno i rozsvícení brzdového koncového světla;

2)Podtlakový posilovač: Nejzávažnějším důsledkem selhání podtlakového posilovače je nedostatečný podtlak, jako je únik podtlaku, podtlaková trubice atd. Intuitivní pocit řidiče je, že brzdy jsou tvrdé. Kvůli chybějícímu podtlaku musí řidič vyvinout několikrát větší sílu než obvykle, aby dosáhl za normálních okolností zpomalení vozidla.

3)Hlavní válec: Selhání hlavního válce se koncentruje ve dvou formách: netěsnost a zaseknutí. První způsobí, že se zdvih pedálu prodlouží a změkčí, ale vozidlo nemůže dosáhnout normálního zpomalení; ten způsobí přímou nemožnost sešlápnutí brzdového pedálu.

4)Modul ESP: Selhání spínače brzdových světel, hnacího ústrojí, snímače rychlosti kola, napájení, sítě CAN atd., které ovlivní funkce související s ESP (ABS/TCS/VDC/HHC/AVH/HDC atd.), Ale díky ABS/TCS/ Funkce VDC zasáhne pouze za extrémních podmínek vozidla, takže selhání funkce ESP neovlivní základní brzdění. To znamená, že lehké/střední brzdění na dobrém povrchu vozovky má malý účinek, ale při prudkém brzdění selhává ABS a kola jsou náchylná k zablokování. Nejnebezpečnější silniční podmínky jsou v tomto případě led, sníh nebo štěrk na vozovkách s nízkým koeficientem adheze. Přední a zadní kola mohou snadno prokluzovat a ztratit kontrolu při brzdění nebo jízdě.

5)Brzdy: Poruch brzd, zejména těch, které souvisejí s brzděním NVH, je mnoho, ale mezi poruchy, které opravdu vážně ovlivňují bezpečnost jízdy, patří především únik brzdové kapaliny do třmenů a zhoršení třecích destiček. Únik brzdové kapaliny třmenu je podobný výše uvedenému úniku hlavního válce. Snížení výkonu třecí podložky je většinou způsobeno tepelnou degradací. Po degradaci se účinnost brzdění snižuje a zpomalení vozidla je mnohem nižší, než řidič očekává. Řidič má pocit, že auto nelze zabrzdit.

6)Ostatní: porucha potrubí (únik), porucha snímače otáček kola, porucha EPB atd.

03 Struktura brzdového systému elektrických vozidel

Vzhledem k tomu, že posilovač podtlaku vyžaduje, aby motor poskytoval podtlak, nová energetická vozidla nemohou používat tento systém, který při čistě elektrické jízdě závisí na motoru, aby získal podtlak.

3.1 Řešení elektronické vývěvy

Logika řešení elektronické vakuové pumpy je následující: protože zde není žádný motor, který by poskytoval zdroj vakua, jsou k dispozici díly, které lze evakuovat nezávisle. Princip je velmi jednoduchý, to znamená, že motor pohání čepel k otáčení a vysávání. Existují také pístové typy, ale nejsou široce používány. Proto řešení elektronické vakuové pumpy přímo zajišťuje podtlak pro motor na hardwarové úrovni. Elektronické vývěvy se dělí na vývěvy nezávislé (jediný zdroj vakua a vyšší hardwarové nároky) a vývěvy pomocné.

Zjevnou výhodou tohoto řešení je, že rozsah úprav je malý a je velmi vhodné pro sdílení brzdových systémů palivových vozidel a nových energetických vozidel na stejné platformě. Nevýhody tohoto řešení jsou také zřejmé:

1) Problémy s uspořádáním způsobené hlukem a vibracemi elektronických vývěv;

2) Běžný trh s elektronickými vakuovými pumpami je téměř monopolizovaný, ceny jsou vysoké a kvalita produktů jiných výrobců je nestabilní;

3) Konvenční ESP má schopnost vytvářet nízký aktivní tlak a nemůže poskytnout silnou podporu pro rekuperaci energie a inteligentní řízení;

4)Selhání nebo nepřiměřená strategie elektronické vakuové pumpy vede k selhání nebo snížení podpory vakua. Celkově je řešení elektronické vakuové pumpy ve skutečnosti levné řešení. Soudě podle trendu technologického vývoje se jedná o přechodné řešení.

3.2 Řešení elektronického posilovače (dvě krabice)

S propagací nových energetických vozidel a rozvojem inteligentních technologií jízdy se interakce mezi brzdovým systémem a vnějším světem stává stále důležitější. Cestovní řada nových energetických vozidel klade vyšší požadavky na rekuperaci energie. Rekuperace volného doběhu při rekuperaci energie souvisí se stabilitou spodního upevnění vozidla. Rekuperace brzd vyžaduje brzdový systém, který dominuje hydraulickému brzdění a rekuperačnímu brzdění motoru. Vývoj inteligentního řízení také kladl vyšší požadavky na schopnost vytvářet tlak a odezvu brzdového systému. Redundantní konstrukce autonomního řízení zároveň vyžaduje, aby brzdový systém měl záložní funkci. Bosch proto uvedl na trh řešení elektronického posilovače, který nespoléhá na vakuum, kterému se běžně říká elektronický posilovač iBooster. Struktura elektronického posilovače je velmi odlišná od konstrukce vakuového posilovače, ale v podstatě je stále navržena tak, aby simulovala prázdný posilovač. Rozdíl oproti vakuovému posilovači je v tom, že boost zajišťuje vestavěný motor. Následující obrázek může plně ilustrovat metodu podpory výkonu elektronického posilovače: motor se otáčí, aby poháněl převod do otáčení. Po snížení otáček a zvýšení točivého momentu je rotační pohyb nakonec převeden na lineární pohyb přes šnekové kolo a nakonec spolu se silou přenášenou z pedálu pohání vstupní tlačnou tyč hlavního válce. Vytvořte hydraulický tlak. Část hlavního válce je stejná jako u tradičního podtlakového posilovače a sedlo ventilu, které určuje posilovací poměr posilovače, má v zásadě stejnou strukturu a princip jako tradiční podtlakový posilovač. Vzhledem k tomu, že booster a ESP jsou dva nezávislé moduly v tomto řešení, průmysl to nazývá dvouboxové řešení.

Pokud jde o posouzení asistenčního systému iBooster: ECU interně uloží jednu nebo více sad křivek citlivosti pedálu kalibrovaných během procesu vývoje vozidla (jako je zdvih pedálu vs. zpomalení, zdvih pedálu vs. brzdový asistent atd.). Když řidič sešlápne brzdový pedál, interní snímač zdvihu iBoosteru odvodí záměr řidiče brzdit na základě vychýlení brzdového pedálu, dále vypočítá cílovou částku asistence a poté komplexně zváží množství rekuperace energie/pracovní stav ABS atd. Získat maximální zvýšení výkonu motoru iBooster. Díky výkonné schopnosti posilovače iBooster, elektronicky řízenému semi-odpojenému způsobu ovládání a přirozenému duálnímu zálohování Two-Box (iBooster a ESP) má toto řešení brzdového systému velké výhody v rekuperaci energie a inteligentním řízení. To je také důvod, proč lze iBooster rychle prosadit na trhu. Doposud existuje velké množství modelů, jako jsou všechny řady Tesla, téměř všechny nové energetické vozy Volkswagen, všechny řady Honda Accord (včetně vozidel na palivo), všechna nová energetická vozidla Geely Lynk & Co, Mercedes-Benz třídy S, Weilai, Xpeng použil řešení iBooster.

Tento typ systému má samozřejmě také určité nedostatky:

1)Pocit brzdového pedálu bude horší než u tradičního systému podtlakového posilovače. Teoreticky je koordinační princip převodového poměru mezi elektronickým posilovačem a tradičním podtlakovým posilovačem stejný (oba mají pryžové zpětnovazební kotoučové struktury), ale ve skutečnosti je boost elektronického posilovače Velikost je řada výpočtů a prováděcích procesů. Během procesu provádění způsobí sběr signálu snímače, výpočet ovladače a provádění motoru určité chyby a zpoždění. Kromě toho bude také koordinace mezi rekuperací energie a hydraulickým brzděním. Dalším zvýšením obtížnosti ovládání není tento „simulační“ proces tak „hladký“ jako čistě fyzikální dynamická rovnováha sil na tradičních podtlakových posilovačích.

2) Čím složitější věci jsou, tím větší je pravděpodobnost selhání. IBooster úzce souvisí s externím ESP, inteligentním řízením a napájecími systémy. Související selhání systému a selhání sítě CAN mohou ovlivnit funkci napájení iBooster.

3.3 jednoboxové řešení

one-box je definován především pro dvoubox. Když společnost Bosch vyvinula dvousložkové řešení iBooster+ESP, vyvíjela pevninská společnost také další integrovanější řešení v reakci na potřeby OEM: integraci ESP a elektronického posilovače, čímž se stal modul, který je běžně známý jako one-box. .

One-box integruje funkce brzdového asistenta a ESP. Totéž jako u dvouboxu je, že brzdový asistent zajišťuje motor. Hlavní rozdíl je v tom, že síla přenášená dvouskříní na vstupní tlačnou tyč hlavního válce je součtem vstupní síly řidiče a podpory motoru a proporcionální vztah mezi nimi je výsledkem mechanické rovnováhy, zatímco brzdná síla poskytovaná jedním boxem pochází z motoru, aniž by překrývala brzdnou sílu poskytovanou řidičem. Síla poskytovaná řidičem prostřednictvím brzdového pedálu se nakonec převede na hydraulický tlak a unikne do vestavěného simulátoru pocitu z pedálu v jednotce. Simulátor pocitu z pedálu je ve skutečnosti pístový pružinový mechanismus používaný k simulaci pocitu z brzdového pedálu a poskytuje řidiči zpětnou vazbu síly a zdvihu.

Proces pomoci v jedné schránce lze jednoduše popsat jako:

1) Výchylka generovaná pedálem je získána snímačem a poté vložena do ECU;

2)ECU vypočítává požadavky řidiče na brzdění a poté pohání motor, aby vytvořil hydraulický tlak;

3) Hydraulický tlak vstupuje do čtyř válců kol přes sací ventil ABS a nakonec vytváří brzdnou sílu.

Za normálních okolností jsou tedy síla na pedál a brzdná síla, kterou nakonec poskytuje jeden box, mechanicky odděleny.

Nejviditelnější výhodou této integrace je malý počet dílů a nízká objemová hmotnost. Zcela oddělená konstrukce umožňuje teoreticky upravit vztah zpomalení odpovídající jakékoli požadované síle pedálu nebo zdvihu prostřednictvím softwaru, to znamená, že pocit z pedálu je z velké části určen softwarem. Nevýhodou je, že silová zpětná vazba na pedál je izolována od kola a řidič nemůže přes pedál vnímat stav kola. Když například funguje ABS, řidič necítí vibrace pedálu. S odkazem na zkušenost s problémem pocitu pedálu u dvouboxu si zaslouží pozornost pocit z pedálu u zcela odpojeného jednoboxu. Kromě toho pro inteligentní řízení L3 a vyšší musí jeden box připojit modul ESP jako redundantní zálohu. Tady je one-box v pokročilém inteligentním řízení k ničemu. Pokud jde o poruchu, po selhání elektronického posilovače může dvouskříňka také aktivně vytvářet tlak pro brzdění pomocí ESP, ale jednoskříňka nemá záložní systém v části posilovače brzd (pokud není zapojen nízkovýkonný ESP ).

04 Vlastnosti systému One-Box

Hydraulický brzdový systém řízený kabelem One-Box integruje tradiční brzdové funkce, jako je TCS (systém kontroly trakce), ESC, ABS a EPB. Kromě toho lze integrovat řídicí software třetích stran, jako je monitorování tlaku v pneumatikách, EBD (Electronic Brake Force Distribution), AEB (Automatic Brake Assist System), AVH (automatický parkovací systém) a další funkce pro dosažení vývoje integrovaného řízení. drátem ovládaných domén podvozku. Hlavní funkce jsou:

1)Základní ovládání brzd (BBC)

Automaticky identifikuje požadavek řidiče na brzdění tím, že detekuje vstup snímače zdvihu brzdového pedálu, stanoví odpovídající hydraulickou brzdnou sílu podle výchylky pedálu a řídí brzdový hydraulický tlak tak, aby bylo dosaženo brzdění po drátě.

2) Protiblokovací brzdový systém (ABS)

Během procesu nouzového brzdění je řízen brzdný tlak čtyř kol a hydraulický tlak válců kol je řízen podle rychlosti kola, aby se zabránilo zablokování kol, zlepšila se brzdná síla a zajistila se jízdní stabilita vozidla.

3)Systém kontroly trakce (TCS)

Během silné jízdy, jako je rozjezd nebo akcelerace, se točivý moment motoru nastavuje tak, aby vyvíjel brzdný tlak na prokluzující kola, aby se zabránilo nadměrnému prokluzu hnacích kol.

4)Elektronické řízení stability (ESC)

Když se vozidlo otočí, ovládejte přetáčivost nebo nedotáčivost vozidla.

5)Systém rekuperace brzdné energie (CRBS)

Během procesu brzdění je v reálném čase detekován stav baterie točivého momentu motoru a stav brzdového pedálu a koordinované rekuperace brzdné energie je dosaženo úpravou brzdného tlaku a rekuperačního točivého momentu motoru, aby se zlepšil dojezd vozidla.

6)Podpora požadavku na brzdění AEB

Přijímá příkazy modulu ADAS pro implementaci funkcí, jako je předplnění a zpomalení varovného brzdění; rychle zvyšuje tlak, aby zlepšil automatické nouzové brzdění AEB a zkrátil vzdálenost při nouzovém brzdění AEB. 300+ms ušetřených rychlou odezvou může významně snížit pravděpodobnost falešného spuštění AEB;

7)Podpora požadavku na vertikální řízení ACC

Podle příkazů modulu ACC ovládejte hnací ústrojí nebo brzdový systém, abyste dosáhli zrychlení a zpomalení;

8)Podpora požadavku na vertikální řízení APA/RPA

Podle příkazů modulu APA/RPA se řídí hnací ústrojí nebo brzdový systém tak, aby bylo dosaženo zrychlení a zpomalení. Reakcí na pokyny trajektorie vozidla je vozidlo přesně řízeno v podélném směru brzdění a jízdy a řidič může automaticky zaparkovat ve voze.

9)CST (Comfort-Stop) Pohodlné parkování

10) BSW

Detekcí informací z dešťového senzoru se vytvoří určitý tlak na válec kola a vodní film na brzdovém kotouči se setře, aby se zlepšil brzdný výkon v deštivých dnech;

11)D-EPB

Dual-control EPB řeší problém redundance parkování u elektrických vozidel;

12) Redundantní záložní brzda EPB-A

Aktuátor EPB zadního/předního kola funguje jako záložní provozní brzda.

13)Terénní a plíživé

Různé terénní povrchy pro zlepšení průchodnosti a bezpečnosti

14)HFC

Poskytuje řidiči dodatečný tlak ve válci kola, když řidič plně sešlápne brzdový pedál a vozidlo nedosáhne maximálního zpomalení.

05 Porovnání jednoboxu a dvouboxu

Pro systém s jednou nebo dvěma krabicemi mají odpovídající produkty čínští domácí dodavatelé, jako je Wanxiang, Asia Pacific, Bethel, Grubo, Nason a Tongyu. Mezi hlavní zahraniční dodavatele jednoskříňového nebo dvouskříňového systému patří Bosch, Continental, ZF Friedrichhshafen, Nissin, Hitachi (včetně CBI), Mobis, Advics atd. Koncepce technologie produktů těchto dodavatelů jsou podobné a hlavní rozdíly spočívají v měřítku hromadné výroby a zralosti produktu.