Въведение в спирачните системи с една и две кутии

Въведение в спирачните системи с една и две кутии

Наскоро друг инцидент с високоскоростен сблъсък на Tesla предизвика фурор. Достатъчно безопасно ли е спирането на електрически превозни средства? Това отново предизвика общественото внимание и дискусия. Днес ще обясня спирачната система на електрическите превозни средства от два аспекта: разликата между спирачните системи на електрическите превозни средства и традиционните превозни средства и техническото приложение на спирачните системи на електрическите превозни средства, така че да предоставя на читателите технически справки за рационално разглеждане на проблемите свързани със спирачната система.

01 Въведение в спирачните системи на леките автомобили

Независимо дали става въпрос за превозно средство с традиционно гориво или превозно средство с нова енергия, основната спирачна система се състои от следните компоненти:

Пътят на предаване на спирачната сила е тристепенен: механична сила на педала → налягане на спирачната течност → механична сила на шублера:

1)Силата от крака на водача първо се усилва от съотношението на педала на спирачката, а след това се усилва от вторичното усилване на усилвателя. След това се предава на входа на главния цилиндър на тласкащия прът.

2)Входящият тласкач на главния цилиндър избутва буталото, за да преобразува механичната сила в хидравлично налягане на спирачната течност. След това хидравличното налягане на спирачната течност се предава към спирачния апарат през тръбопровода и избутва буталото на спирачния апарат.

3) Буталото на спирачния апарат избутва фрикционните плочи, за да приспособи въртящия се спирачен диск, за да създаде триене, което действа върху колелата като спирачен момент.

Няма разлики в принципите и приложенията между електрическите превозни средства и превозните средства с гориво, що се отнася до спирачните педали и спирачките. Основните разлики между различните видове превозни средства са съсредоточени в модула "бустер + главен цилиндър + ESP". Причината, поради която "бустер + главен цилиндър + ESP" са събрани тук е, че нивата на интеграция на тези три модула са различни в различните технически решения.

02 Устройството на спирачната система на автомобила с гориво

Структурата на спирачната система на превозно средство с традиционно гориво е показана на фигурата по-долу.

"Бустер + главен цилиндър" е сборка, а ESP е отделен модул. "Бустерът" тук всъщност е вакуумен усилвател. Принципът е, че вътрешността на бустера е разделена на две кухини чрез диафрагма: атмосферна кухина и вакуумна кухина. Когато не се спира, както голямата камера, така и вакуумната камера са свързани към източника на вакуум, за да образуват вакуумно отрицателно налягане. След натискане на педала на спирачката, вакуумната камера продължава да поддържа вакуума. Голямата атмосферна камера е свързана с външния свят и започва да поема въздух. След това разликата в налягането между двете камери действа върху диафрагмата, за да образува вакуумно подпомагана сила, която в крайна сметка действа върху входящия тласкач на главния цилиндър. Размерът на силата, подпомагана от вакуума, е във фиксирана пропорция на входната сила на педала. Източникът на вакуум идва от двигателя. Има два начина за осигуряване на вакуум от двигателя: единият е вакуумът, образуван по време на процеса на всмукване на въздух от всмукателния колектор на двигателя, а другият е вакуумната помпа, задвижвана от коляновия вал на двигателя. Специфичната структура на главния цилиндър с вакуумен усилвател сглобяването е показано на фигурата по-долу.

За гореспоменатата система за подпомагане на вакуума типичните режими на повреда са както следва:

1) Спирачен педал: Счупването на спирачния педал е много рядък и лек режим на повреда. Регламентите също така определят тази част като част, която не е склонна към повреда. Основната повреда, свързана с педала, е повредата на превключвателя на спирачната светлина (BLS). Повредата на BLS не оказва влияние върху основното хидравлично спиране, но ще засегне електронните спирачни функции като ABS/TCS/VDC, EMS и логически преценки, свързани с превключвателя на спирачната светлина. Разбира се, осветлението на задната спирачна светлина също ще бъде засегнато;

2)Вакуумен усилвател: Най-сериозният резултат от повреда на вакуумния усилвател е липсата на вакуумно усилване, като изтичане на усилвател, изтичане на вакуумна тръба и т.н. Интуитивното усещане на водача е, че спирачките са твърди. Поради липсата на вакуумна помощ водачът трябва да упражнява няколко пъти повече сила от обикновено, за да постигне забавяне на автомобила при нормални обстоятелства.

3)Главен цилиндър: Повредата на главния цилиндър е концентрирана в две форми: теч и блокиране. Първото ще доведе до по-дълъг и по-мек ход на педала, но превозното средство не може да установи нормално отрицателно ускорение; последното директно ще причини спирачния педал да не може да бъде натиснат.

4)ESP модул: Неизправности в превключвателя на спирачните светлини, задвижването, сензора за скорост на колелата, захранването, CAN мрежата и т.н., което ще повлияе на функциите, свързани с ESP (ABS/TCS/VDC/HHC/AVH/HDC и др.), Но благодарение на ABS/TCS/ Функцията VDC ще се намеси само при екстремни условия на превозното средство, така че повредата на функцията ESP няма да повлияе на основното спиране. Тоест, лекото/умерено спиране върху добра пътна настилка има малък ефект, но ABS се проваля при силно спиране и колелата са склонни към блокиране. Най-опасните пътни условия в този случай са лед, сняг или чакълени пътища с нисък коефициент на сцепление. Предните и задните колела могат лесно да се плъзнат и да загубят контрол при спиране или шофиране.

5)Спирачки: Има много неизправности на спирачките, особено тези, свързани със спирачната NVH, но неизправностите, които наистина сериозно засягат безопасността при шофиране, са главно изтичането на спирачна течност в апаратите и влошаването на фрикционните накладки. Течът на спирачна течност от челюст е подобен на гореспоменатия теч от главния цилиндър. Влошаването на производителността на фрикционната подложка се дължи най-вече на термична деградация. След влошаването спирачната ефективност намалява и забавянето на превозното средство е много по-ниско от очакванията на водача. Водачът усеща, че колата не може да спре.

6)Други: повреда на тръбопровода (изтичане), повреда на сензора за скорост на колелото, повреда на EPB и др.

03 Структура на спирачната система на електрически превозни средства

Тъй като вакуумният усилвател изисква двигателят да осигурява вакуум, новите енергийни превозни средства не могат да използват тази система, която разчита на двигателя, за да получи вакуум при шофиране изцяло на електричество.

3.1 Решение за електронна вакуумна помпа

Логиката на електронното решение за вакуумна помпа е: тъй като няма двигател, който да осигури източник на вакуум, тогава са осигурени части, които могат да се евакуират независимо. Принципът е много прост, тоест моторът задвижва острието да се върти и вакуумира. Има и видове бутала, но те не са широко използвани. Следователно решението за електронна вакуумна помпа директно осигурява вакуум за двигателя на хардуерно ниво. Електронните вакуумни помпи се разделят на независими помпи (единствен източник на вакуум и по-високи хардуерни изисквания) и спомагателни помпи.

Очевидното предимство на това решение е, че количеството на модификациите е малко и е много подходящо за споделяне на спирачните системи на превозни средства с гориво и превозни средства с нова енергия на една и съща платформа. Недостатъците на това решение също са очевидни:

1) Проблеми с устройството, причинени от шум и вибрации на електронни вакуумни помпи;

2) Основният пазар на електронни вакуумни помпи е почти монополизиран, цените са високи и качеството на продуктите на други производители е нестабилно;

3) Конвенционалното ESP има ниска способност за изграждане на активно налягане и не може да осигури силна подкрепа за възстановяване на енергията и интелигентно шофиране;

4)Повредата или неразумната стратегия на електронната вакуумна помпа води до повреда или намаляване на вакуумната помощ. Като цяло решението с електронната вакуумна помпа всъщност е евтино решение. Съдейки по тенденцията на технологично развитие, това е преходно решение.

3.2 Решение за електронен бустер (две кутии)

С популяризирането на нови енергийни превозни средства и развитието на технологията за интелигентно шофиране, взаимодействието между спирачната система и външния свят става все по-важно. Круизната гама от нови енергийни превозни средства поставя по-високи изисквания за възстановяване на енергията. Възстановяването по инерция при възстановяване на енергията е свързано със стабилността на ниското закрепване на превозното средство. Възстановяването при спиране изисква спирачна система да доминира над хидравличното спиране и спирането за възстановяване на двигателя. Развитието на интелигентното шофиране също постави по-високи изисквания към способността за изграждане на налягане и реакцията на спирачната система. В същото време излишният дизайн на автономното шофиране също изисква спирачната система да има резервна функция. Затова Bosch пусна решение за електронен усилвател, който не разчита на вакуум, което обикновено се нарича iBooster електронен усилвател. Структурата на електронния усилвател е много различна от тази на вакуумния усилвател, но по същество той все още е проектиран да симулира празен усилвател. Разликата от вакуумния усилвател е, че усилването се осигурява от вграден двигател. Следващата фигура може напълно да илюстрира метода за подпомагане на захранването на електронния усилвател: моторът се върти, за да задвижи предавката да се върти. След намаляване на скоростта и увеличаване на въртящия момент, въртеливото движение най-накрая се преобразува в линейно движение чрез червячната предавка и накрая, заедно със силата, предавана от педала, задвижва главния цилиндър на входния тласкач. Изградете хидравлично налягане. Частта на главния цилиндър е същата като на традиционния вакуумен усилвател, а леглото на клапана, което определя коефициента на усилване на усилвателя, е основно същата структура и принцип като традиционния вакуумен усилвател. Тъй като бустерът и ESP са два независими модула в това решение, индустрията го нарича решение с две кутии.

По отношение на преценката на iBooster assist: ECU ще съхранява вътрешно един или повече комплекта криви на усещане за педала, калибрирани по време на процеса на разработване на автомобила (като например ход на педала срещу забавяне, ход на педала срещу помощ при спиране и т.н.). Когато водачът натисне педала на спирачката, вътрешният сензор за ход на iBooster прави заключение за намерението на водача за спиране въз основа на изместването на педала на спирачката, допълнително изчислява целевата помощна сума и след това изчерпателно отчита количеството за възстановяване на енергията/работното състояние на ABS и т.н. най-добрият тласък на изпълнението на двигателя iBooster. Благодарение на мощната способност за подпомагане на мощността на iBooster, електронно контролирания метод на управление с полуразединение и естественото двойно резервно копие на Two-Box (iBooster и ESP), това решение за спирачна система има големи предимства при възстановяване на енергията и интелигентно шофиране. Това е и причината iBooster да се рекламира бързо на пазара. Досега голям брой модели като всички серии на Tesla, почти всички автомобили с нова енергия на Volkswagen, всички серии на Honda Accord (включително автомобили с гориво), всички автомобили с нова енергия на Geely Lynk & Co, Mercedes-Benz S-класа, Weilai, Xpeng са използвали решението iBooster.

Разбира се, този тип система има и някои недостатъци:

1)Усещането за педала на спирачката ще бъде по-лошо от това на традиционната система за вакуумно усилване. Теоретично принципът на координация на коефициента на усилване между електронния усилвател и традиционния вакуумен усилвател е един и същ (и двата имат гумени дискови структури за обратна връзка), но всъщност усилването на електронния усилвател Размерът е серия от процеси на изчисление и изпълнение. По време на процеса на изпълнение събирането на сигнал от сензора, изчислението на контролера и изпълнението на двигателя ще доведат до определени грешки и закъснения. В допълнение, координацията между възстановяването на енергията и хидравличното спиране също ще увеличи допълнително трудността на управлението, този процес на „симулация“ не е толкова „гладък“, колкото чисто физическия динамичен баланс на силите при традиционните вакуумни усилватели.

2) Колкото по-сложни са нещата, толкова по-голяма е вероятността от провал. IBooster е тясно свързан с външен ESP, интелигентно шофиране и системи за захранване. Свързаните системни повреди и повреди на CAN мрежата могат да повлияят на функцията за захранване на iBooster.

3.3 решение с една кутия

one-box се определя основно за two-box. Когато Bosch разработи решението с две кутии на iBooster+ESP, компанията от континента също разработва друго по-интегрирано решение в отговор на нуждите на OEM: интегриране на ESP и електронен усилвател, превръщайки се в модул, който обикновено е известен като еднокутия .

One-box интегрира спирачни асистенти и ESP функции. Същото нещо като двукутия е, че спирачният помощ се осигурява от двигателя. Основната разлика е, че силата, предавана от двукутия към входящия тласкач на главния цилиндър, е сумата от входящата сила на водача и моторната помощ, а пропорционалната връзка между двете е резултат от механичен баланс, докато спирачната сила, осигурена от one-box, идва изцяло от двигателя, без да се наслагва върху спирачната сила, осигурена от водача. Силата, осигурена от водача през педала на спирачката, в крайна сметка се преобразува в хидравлично налягане и изтича във вградения симулатор за усещане на педала на еднокутия. Симулаторът на усещане на педала всъщност е бутален пружинен механизъм, използван за симулиране на усещането на спирачния педал и предоставяне на водача на обратна връзка за сила и ход.

Процесът на помощ в една кутия може просто да се опише като:

1) Изместването, генерирано от педала, се получава от сензора и след това се въвежда в ECU;

2)ECU изчислява необходимостта от спиране на водача и след това задвижва двигателя, за да установи хидравлично налягане;

3) Хидравличното налягане навлиза в четирите цилиндъра на колелата през входния клапан на ABS и в крайна сметка генерира спирачна сила.

Следователно, при нормални обстоятелства, силата на педала и спирачната сила, в крайна сметка осигурени от еднокутието, са механично отделени.

Най-очевидното предимство на тази интеграция е малкият брой части и ниското обемно тегло. Напълно отделеният дизайн позволява теоретично да се коригира съотношението на забавяне, съответстващо на всяка желана сила на педала или ход чрез софтуер, тоест усещането на педала се определя до голяма степен от софтуера. Недостатъкът е, че обратната сила на педала е изолирана от колелото и водачът не може да усети състоянието на колелото чрез педала. Например, когато ABS работи, водачът не може да усети чрез вибрациите на педала. Позовавайки се на опита от проблема с усещането на педала на двукутия, усещането на педала на напълно отделената еднокутия заслужава внимание. В допълнение, за L3 и по-високо интелигентно шофиране, one-box трябва да включи ESP модул като резервен резерв. Това е мястото, където една кутия е безполезна при усъвършенствано интелигентно шофиране. Що се отнася до повредата, след като електронният усилвател се повреди, двукутия може също така активно да създава натиск за спиране от ESP, но еднокутия няма резервна система в частта на усилвателя на спирачките (освен ако не е включен ESP с ниска производителност ).

04 Функции на системата One-Box

Хидравличната спирачна система One-Box с кабелно управление интегрира традиционни спирачни функции като TCS (система за контрол на сцеплението), ESC, ABS и EPB. Освен това може да се интегрира контролен софтуер на трета страна, като мониторинг на налягането в гумите, EBD (Електронно разпределение на спирачното усилие), AEB (Система за автоматично спиране), AVH (Система за автоматично паркиране) и други функции за постигане на развитието на интегриран контрол на домейни на шасито с кабелно управление. Основните функции са:

1)Базово спирачно управление (BBC)

Той автоматично идентифицира необходимостта от спиране на водача чрез откриване на входа на сензора за ход на спирачния педал, установява съответната хидравлична спирачна сила според изместването на педала и контролира хидравличното налягане на спирачката, за да постигне спирачка по проводник.

2) Антиблокираща спирачна система (ABS)

По време на процеса на аварийно спиране, спирачното налягане на четирите колела се контролира и хидравличното налягане на цилиндъра на колелото се контролира според скоростта на колелото, за да се предотврати блокиране на колелата, да се подобри силата на спиране и да се осигури стабилност при шофиране на превозното средство.

3)Система за контрол на сцеплението (TCS)

По време на интензивно шофиране, като потегляне или ускоряване, въртящият момент на двигателя се регулира, за да приложи спирачен натиск върху плъзгащите се колела, за да се предотврати прекомерното плъзгане на задвижващите колела.

4)Електронен контрол на стабилността (ESC)

Когато автомобилът завива, контролирайте прекомерното или недостатъчното завиване на автомобила.

5)Система за възстановяване на спирачната енергия (CRBS)

По време на спирачния процес състоянието на батерията на въртящия момент на двигателя и състоянието на спирачния педал се откриват в реално време и се постига координирано възстановяване на спирачната енергия чрез регулиране на спирачното налягане и въртящия момент на възстановяване на двигателя, за да се подобри обхватът на движение на автомобила.

6)Поддръжка на AEB спирачна заявка

Получава команди на ADAS модул за изпълнение на функции като Prefill и Warning Brake Deceleration; бързо повишава налягането, за да подобри автоматичното аварийно спиране с AEB и да скъси разстоянието по време на аварийно спиране с AEB. 300+ms, запазени чрез бърза реакция, могат значително да намалят вероятността за фалшиво задействане на AEB;

7)Поддържа заявка за вертикално управление на ACC

Съгласно командите на модула ACC, управлявайте задвижването или спирачната система, за да постигнете ускорение и забавяне;

8)Поддържа заявка за вертикален контрол APA/RPA

Съгласно командите на APA/RPA модула, силовото предаване или спирачната система се управляват за постигане на ускорение и забавяне. Като отговаря на инструкциите за траекторията на превозното средство, превозното средство се контролира точно в надлъжната посока на спиране и шофиране и водачът може автоматично да паркира в колата.

9)CST (Comfort-Stop) Удобно паркиране

10) BSW

Чрез откриване на информацията от сензора за дъжд се установява определено налягане върху цилиндъра на колелото и водният филм върху спирачния диск се изтрива, за да се подобри ефективността на спиране в дъждовни дни;

11)Д-ЕПБ

EPB с двойно управление решава проблема с паркирането на електрически превозни средства;

12) Резервна резервна спирачка EPB-A

EPB задвижващият механизъм на задното/предното колело действа като резервна работна спирачка.

13)Проходимост и пълзене

Различни офроуд настилки за подобряване на проходимостта и безопасността

14)HFC

Осигурява допълнително налягане в цилиндъра на колелото на водача, когато водачът натисне докрай педала на спирачката и превозното средство не достигне максимално отрицателно ускорение.

05 Сравнение на еднокутия и двукутия

За системата с една или две кутии китайски местни доставчици като Wanxiang, Asia Pacific, Bethel, Grubo, Nason и Tongyu имат съответните продукти. Основните чуждестранни доставчици на системи с една или две кутии включват Bosch, Continental, ZF Friedrichhshafen, Nissin, Hitachi (включително CBI), Mobis, Advics и др. Концепциите за продуктова технология на тези доставчици са сходни и основните разлики са в мащаба на масовото производство и зрелостта на продукта.