Introducere în sistemele de frânare cu o cutie și două cutii

Introducere în sistemele de frânare cu o cutie și două cutii

Recent, un alt incident de coliziune de mare viteză Tesla a făcut furori. Este frânarea vehiculelor electrice suficient de sigură? A reaprins atenția și discuțiile publice. Astăzi, voi explica sistemul de frânare al vehiculelor electrice din două aspecte: diferența dintre sistemele de frânare ale vehiculelor electrice și vehiculelor tradiționale și aplicarea tehnică a sistemelor de frânare ale vehiculelor electrice, astfel încât să ofere cititorilor referințe tehnice pentru a analiza rațional problemele. legate de sistemul de frânare.

01 Introducere în sistemele de frânare pentru autoturisme

Indiferent dacă este un vehicul tradițional cu combustibil sau un vehicul cu energie nouă, sistemul de frânare de bază constă din următoarele componente:

Calea de transmisie a forței de frânare este în trei etape: forța mecanică a pedalei → presiunea lichidului de frână → forța mecanică a etrierului:

1)Forța de la piciorul șoferului este mai întâi amplificată de raportul pârghiei pedalei de frână, apoi este amplificată de amplificarea secundară a amplificatorului. Apoi este trecut la cilindrul principal de intrare tija de împingere.

2)Tija de împingere de intrare a cilindrului principal împinge pistonul pentru a converti forța mecanică în presiune hidraulică a lichidului de frână. Presiunea hidraulică a lichidului de frână este apoi transmisă etrierului de frână prin conductă și împinge pistonul etrierului.

3) Pistonul etrierului de frână împinge plăcile de frecare pentru a conforma discul de frână rotativ pentru a produce frecare, care acționează asupra roților ca cuplu de frânare.

Nu există diferențe de principii și aplicații între vehiculele electrice și vehiculele cu combustibil atunci când vine vorba de pedale de frână și frâne. Principalele diferențe dintre diferitele tipuri de vehicule sunt concentrate în modulul „booster + cilindru principal + ESP”. Motivul pentru care „booster + cilindru principal + ESP” sunt adunate aici este că nivelurile de integrare ale acestor trei module sunt diferite în diferite soluții tehnice.

02 Structura sistemului de frânare al vehiculului cu combustibil

Structura sistemului de frânare al unui vehicul tradițional cu combustibil este prezentată în figura de mai jos.

„Booster + cilindru principal” este un ansamblu, iar ESP este un modul separat. „Boosterul” de aici este de fapt un amplificator de vid. Principiul este că interiorul boosterului este împărțit în două cavități printr-o diafragmă: cavitatea atmosferică și cavitatea de vid. Când nu se frânează, atât camera mare, cât și camera de vid sunt conectate la sursa de vid pentru a forma o presiune negativă de vid. După ce pedala de frână este apăsată, camera de vid continuă să mențină vidul. Camera mare a atmosferei este conectată la lumea exterioară și începe să aspire aer. Apoi, diferența de presiune dintre cele două camere acționează asupra diafragmei pentru a forma forța asistată de vid, care în cele din urmă acționează asupra tijei de împingere de intrare a cilindrului principal. Cantitatea de forță asistată de vid este într-o proporție fixă ​​cu forța de intrare a pedalei. Sursa de vid provine de la motor. Există două moduri de a furniza vid de la motor: unul este vidul format în timpul procesului de admisie a aerului galeriei de admisie a motorului, iar celălalt este pompa de vid antrenată de arborele cotit al motorului. Structura specifică a cilindrului principal cu amplificator de vid. asamblarea este prezentată în figura de mai jos.

Pentru sistemul de asistare a vidului menționat mai sus, modurile tipice de defecțiune sunt următoarele:

1) Pedala de frână: Ruptura pedalei de frână este un mod de defecțiune foarte rar și de nivel scăzut. Reglementările definesc, de asemenea, această parte ca fiind o parte care nu este predispusă la eșec. Defecțiunea principală legată de pedală este defectarea comutatorului luminii de frână (BLS). Eșecul BLS nu are impact asupra frânării hidraulice de bază, dar va afecta funcțiile electronice de frânare, cum ar fi ABS/TCS/VDC, EMS și judecățile logice legate de comutatorul luminii de frână. Desigur, va fi afectată și iluminarea lămpii spate;

2)Amplificator de vacuum: Cel mai grav rezultat al defecțiunii amplificatorului de vid este lipsa de amplificare a vidului, cum ar fi scurgerea amplificatorului, scurgerea tubului de vid etc. Sentimentul intuitiv al șoferului este că frânele sunt dure. Din cauza lipsei de asistare a vidului, șoferul trebuie să exercite de câteva ori mai multă forță decât de obicei pentru a obține decelerația vehiculului în circumstanțe normale.

3)Cilindru principal: Defecțiunea cilindrului principal este concentrată în două forme: scurgere și blocare. Primul va face ca cursa pedalei să devină mai lungă și mai moale, dar vehiculul nu poate stabili o decelerare normală; acesta din urmă va determina în mod direct să nu poată fi apăsată pedala de frână.

4)Modul ESP: Defecțiuni la comutatorul luminii de frână, grupul motopropulsor, senzorul de viteză a roții, sursa de alimentare, rețeaua CAN și așa mai departe, care va afecta funcțiile legate de ESP (ABS/TCS/VDC/HHC/AVH/HDC etc.), dar datorită ABS/TCS/ Funcția VDC va interveni doar în condiții extreme ale vehiculului, deci defecțiunea funcției ESP nu va afecta frânarea de bază. Adică, frânarea ușoară/moderată pe o suprafață bună a drumului are un efect redus, dar ABS-ul eșuează în timpul frânărilor puternice, iar roțile sunt predispuse la blocare. Cele mai periculoase condiții de drum în acest caz sunt drumurile cu gheață, zăpadă sau pietriș cu coeficient de aderență scăzut. Roțile din față și din spate pot aluneca cu ușurință și pot pierde controlul la frânare sau la conducere.

5)Frâne: Există multe defecțiuni la frânare, în special cele legate de frânarea NVH, dar defecțiunile care afectează cu adevărat siguranța la conducere sunt în principal scurgerea lichidului de frână în etriere și deteriorarea plăcuțelor de frecare. Scurgerea lichidului de frână la etrier este similară cu scurgerea cilindrului principal menționat mai sus. Degradarea performanței plăcuței de frecare este cauzată în principal de degradarea termică. După degradare, eficiența frânării scade și decelerația vehiculului este mult mai mică decât așteptările șoferului. Șoferul simte că mașina nu poate fi frânată.

6)Altele: defecțiune a conductei (scurgere), defecțiune a senzorului de viteză a roții, defecțiune EPB etc.

03 Structura sistemului de frânare a vehiculului electric

Deoarece amplificatorul de vid necesită ca motorul să ofere vid, vehiculele cu energie noi nu pot folosi acest sistem care se bazează pe motor pentru a obține vid atunci când conduc pur electric.

3.1 Soluție electronică pentru pompă de vid

Logica soluției pompei electronice de vid este: deoarece nu există un motor care să asigure o sursă de vid, atunci sunt prevăzute piese care pot fi evacuate independent. Principiul este foarte simplu, adică motorul antrenează lama să se rotească și să aspire. Există și tipuri de piston, dar nu sunt utilizate pe scară largă. Prin urmare, soluția electronică a pompei de vid oferă direct vid pentru motor la nivel hardware. Pompele electronice de vid sunt împărțite în pompe independente (singura sursă de vid și cerințe hardware mai mari) și pompe auxiliare.

Avantajul evident al acestei soluții este că cantitatea de modificări este mică și este foarte potrivită pentru partajarea sistemelor de frânare ale vehiculelor cu combustibil și ale vehiculelor cu energie nouă pe aceeași platformă. Dezavantajele acestei soluții sunt, de asemenea, evidente:

1) Probleme de aranjare cauzate de zgomotul și vibrațiile pompelor electronice de vid;

2) Piața principală a pompelor electronice de vid este aproape monopolizată, prețurile sunt ridicate, iar calitatea produselor altor producători este instabilă;

3) ESP convențional are o capacitate scăzută de creștere a presiunii active și nu poate oferi un sprijin puternic pentru recuperarea energiei și conducerea inteligentă;

4)Eșecul sau strategia nerezonabilă a pompei electronice de vid duce la defecțiunea sau reducerea asistarii de vid. În general, soluția electronică cu pompă de vid este de fapt o soluție ieftină. Judecând după tendința de dezvoltare tehnologică, este o soluție de tranziție.

3.2 Soluție electronică de amplificare (două cutii)

Odată cu promovarea vehiculelor cu energie noi și dezvoltarea tehnologiei de conducere inteligente, interacțiunea dintre sistemul de frânare și lumea exterioară devine din ce în ce mai importantă. Gama de vehicule de croazieră de energie nouă propune cerințe mai mari pentru recuperarea energiei. Recuperarea în deplasare în timpul recuperării energiei este legată de stabilitatea atașamentului scăzut al vehiculului. Recuperarea frânării necesită un sistem de frânare care să domine frânarea hidraulică și frânarea de recuperare a motorului. Dezvoltarea condusului inteligent a impus, de asemenea, cerințe mai mari pentru capacitatea de creștere a presiunii și răspunsul sistemului de frânare. În același timp, designul redundant al conducerii autonome necesită, de asemenea, ca sistemul de frânare să aibă o funcție de rezervă. Prin urmare, Bosch a lansat o soluție de amplificator electronic care nu se bazează pe vid, care se numește în mod obișnuit iBooster electronic booster. Structura amplificatorului electronic este foarte diferită de cea a amplificatorului de vid, dar în esență este încă proiectat pentru a simula un amplificator gol. Diferența față de un amplificator de vid este că amplificarea este furnizată de un motor încorporat. Următoarea figură poate ilustra pe deplin metoda de asistență electrică a amplificatorului electronic: motorul se rotește pentru a conduce angrenajul să se rotească. După reducerea vitezei și creșterea cuplului, mișcarea de rotație este în cele din urmă transformată în mișcare liniară prin angrenajul melcat și, în final, împreună cu forța transmisă de la pedală, antrenează tija de împingere de intrare a cilindrului principal. Construiți presiunea hidraulică. Partea cilindrului principal este aceeași cu amplificatorul de vid tradițional, iar scaunul supapei care determină raportul de amplificare al amplificatorului este practic aceeași structură și principiu ca și amplificatorul de vid tradițional. Deoarece booster-ul și ESP sunt două module independente în această soluție, industria o numește soluția cu două casete.

În ceea ce privește evaluarea asistenței iBooster: ECU va stoca intern unul sau mai multe seturi de curbe de simțire a pedalei calibrate în timpul procesului de dezvoltare a vehiculului (cum ar fi cursa pedalei vs. decelerare, cursa pedalei vs. asistență la frânare etc.). Când șoferul apasă pedala de frână, senzorul de cursă intern al iBooster-ului deduce intenția de frânare a șoferului pe baza deplasării pedalei de frână, calculează în continuare valoarea țintă a asistenței și apoi ia în considerare în mod cuprinzător cantitatea de recuperare a energiei/starea de funcționare a ABS, etc. impulsul suprem al execuției motorului iBooster. Datorită capacității puternice de asistență a puterii a iBooster, metodei de control semi-decuplată controlată electronic și backup-ului natural dublu Two-Box (iBooster și ESP), această soluție de sistem de frânare are avantaje mari în recuperarea energiei și conducerea inteligentă. Acesta este și motivul pentru care iBooster poate fi promovat rapid pe piață. Până în prezent, un număr mare de modele, cum ar fi toate seriile Tesla, aproape toate vehiculele Volkswagen cu energie nouă, toate seria Honda Accord (inclusiv vehiculele cu combustibil), toate vehiculele cu energie nouă Geely Lynk & Co, Mercedes-Benz S-Class, Weilai, Xpeng a folosit soluția iBooster.

Desigur, acest tip de sistem are și anumite neajunsuri:

1)Simțirea pedalei de frână va fi mai proastă decât cea a sistemului tradițional de amplificare a vidului. Teoretic, principiul de coordonare a raportului de amplificare dintre amplificatorul electronic și amplificatorul de vid tradițional este același (ambele au structuri de disc de feedback din cauciuc), dar de fapt amplificarea amplificatorului electronic Mărimea este o serie de procese de calcul și execuție. În timpul procesului de execuție, colectarea semnalului senzorului, calculul controlerului și execuția motorului vor produce anumite erori și întârzieri. În plus, coordonarea dintre recuperarea energiei și frânarea hidraulică va crește și mai mult dificultatea controlului, acest proces de „simulare” nu este la fel de „liniat” ca echilibrul dinamic al forțelor pur fizice pe amplificatoarele de vid tradiționale.

2) Cu cât lucrurile sunt mai complexe, cu atât este mai mare probabilitatea de eșec. IBooster este strâns legat de ESP extern, de conducere inteligentă și de sistemele de alimentare. Defecțiunile asociate ale sistemului și defecțiunile rețelei CAN pot afecta funcția asistată de putere a iBoosterului.

3.3 soluție cu o singură cutie

one-box este definit în principal pentru două casete. Când Bosch a dezvoltat soluția cu două cutii iBooster+ESP, compania continentală dezvolta și o altă soluție mai integrată, ca răspuns la nevoile OEM: integrarea ESP și amplificator electronic, devenind un modul, care este cunoscut în mod obișnuit ca one-box. .

One-box integrează funcțiile de asistență la frânare și ESP. Același lucru ca și cele două cutii este că asistența la frânare este asigurată de motor. Principala diferență este că forța transmisă de două cutii către tija de împingere de intrare a cilindrului principal este suma forței de intrare a șoferului și asistența motorului, iar relația proporțională dintre cele două este rezultatul unui echilibru mecanic, în timp ce forța de frânare furnizată de cutia one-box provine toate de la motor, fără a suprapune forța de frânare furnizată de șofer. Forța furnizată de șofer prin pedala de frână este în cele din urmă convertită în presiune hidraulică și scursă în simulatorul de simțire a pedalei încorporat al unei casete. Simulatorul de senzație a pedalei este de fapt un mecanism cu arc piston utilizat pentru a simula senzația pedalei de frână și pentru a oferi șoferului feedback privind forța și cursa.

Procesul de asistență cu o singură casetă poate fi descris simplu astfel:

1) Deplasarea generată de pedală este obținută de senzor și apoi introdusă în ECU;

2)ECU calculează cererea de frânare a șoferului și apoi antrenează motorul pentru a stabili presiunea hidraulică;

3) Presiunea hidraulică pătrunde în cei patru cilindri ai roților prin supapa de admisie ABS și în cele din urmă generează forța de frânare.

Prin urmare, în circumstanțe normale, forța pedalei și forța de frânare furnizate în cele din urmă de cutia unică sunt decuplate mecanic.

Cel mai evident beneficiu al acestei integrări este numărul mic de piese și greutatea volumetrică redusă. Designul complet decuplat face posibilă ajustarea teoretică a relației de decelerare corespunzătoare oricărei forțe sau curse dorite a pedalei prin software, adică senzația pedalei este determinată în mare măsură de software. Dezavantajul este că feedback-ul de forță pe pedală este izolat de roată, iar șoferul nu poate simți starea roții prin pedală. De exemplu, când ABS funcționează, șoferul nu poate percepe prin vibrația pedalei. Referindu-ne la experiența problemei de simțire a pedalei a cutiei cu două, senzația de pedală a unei cutii complet decuplate este demnă de atenție. În plus, pentru conducerea inteligentă L3 și mai sus, o cutie trebuie să conecteze un modul ESP ca rezervă redundantă. Aici este locul în care o cutie este inutilă în conducerea inteligentă avansată. În ceea ce privește defecțiunea, după ce amplificatorul electronic se defectează, cutia cu două poate crește în mod activ presiune pentru frânare prin ESP, dar cutia cu o singură cutie nu are un sistem de rezervă în partea de servofrânare (cu excepția cazului în care este conectat un ESP de performanță scăzută). ).

04 Caracteristicile sistemului One-Box

Sistemul de frânare hidraulic controlat prin cablu One-Box integrează funcții tradiționale de frânare, cum ar fi TCS (sistemul de control al tracțiunii), ESC, ABS și EPB. În plus, software-ul de control al terților poate fi integrat, cum ar fi monitorizarea presiunii în anvelope, EBD (Electronic Brake Force Distribution), AEB (Automatic Brake Assist System), AVH (Automatic Parking System) și alte funcții pentru a realiza dezvoltarea controlului integrat. de domenii de șasiu controlate prin cablu. Principalele funcții sunt:

1)Control de bază al frânelor (BBC)

Acesta identifică automat cererea de frânare a șoferului prin detectarea intrării senzorului de cursă a pedalei de frână, stabilește forța de frânare hidraulică corespunzătoare în funcție de deplasarea pedalei și controlează presiunea hidraulică a frânei pentru a obține frână cu fir.

2) Sistem de frânare antiblocare (ABS)

În timpul procesului de frânare de urgență, presiunea de frânare pe patru roți este controlată, iar presiunea hidraulică a cilindrului roții este controlată în funcție de viteza roții pentru a preveni blocarea roților, pentru a îmbunătăți rezistența la frânare și pentru a asigura stabilitatea conducerii vehiculului.

3)Sistem de control al tracțiunii (TCS)

În timpul condusului puternic, cum ar fi pornirea sau accelerarea, cuplul motorului este ajustat pentru a aplica presiune de frânare asupra roților care alunecă pentru a preveni alunecarea excesivă a roților motrice.

4)Control electronic al stabilității (ESC)

Când vehiculul se întoarce, controlați supravirarea sau subvirarea vehiculului.

5)Sistem de recuperare a energiei de frânare (CRBS)

În timpul procesului de frânare, starea bateriei cuplului motorului și starea pedalei de frână sunt detectate în timp real, iar recuperarea coordonată a energiei de frânare este realizată prin ajustarea presiunii de frânare și a cuplului de recuperare a motorului pentru a îmbunătăți intervalul de croazieră al vehiculului.

6)Suportă cererea de frânare AEB

Primește comenzi ale modulului ADAS pentru a implementa funcții precum Pre-umplere și Avertizare Decelerare frână; crește rapid presiunea pentru a îmbunătăți frânarea automată de urgență AEB și pentru a scurta distanța în timpul frânării de urgență AEB. 300+ms salvati printr-un răspuns rapid pot reduce semnificativ probabilitatea de declanșare falsă a AEB;

7)Suportă cererea de control vertical ACC

În conformitate cu comenzile modulului ACC, controlați sistemul de propulsie sau sistemul de frânare pentru a obține accelerație și decelerare;

8)Suportă cererea de control vertical APA/RPA

Conform comenzilor modulului APA/RPA, grupul motopropulsor sau sistemul de frânare este controlat pentru a obține accelerație și decelerare. Răspunzând la instrucțiunile de traiectorie a vehiculului, vehiculul este controlat cu precizie în direcția longitudinală de frânare și conducere, iar șoferul poate parca automat în mașină.

9)CST (Comfort-Stop) Parcare confortabilă

10) BSW

Prin detectarea informațiilor de la senzorul de ploaie se stabilește o anumită presiune pe cilindrul roții și se șterge pelicula de apă de pe discul de frână pentru a îmbunătăți performanța de frânare în zilele ploioase;

11)D-EPB

EPB cu control dublu rezolvă problema redundanței de parcare a vehiculelor electrice;

12) Frână de rezervă redundantă EPB-A

Dispozitivul de acționare EPB al roții din spate/roții din față acționează ca o frână de serviciu de rezervă.

13)All-terrain și creep

Diferite suprafețe de teren pentru a îmbunătăți circulația și siguranța

14)HFC

Oferă șoferului o presiune suplimentară în cilindrul roții atunci când șoferul apasă complet pedala de frână și vehiculul nu atinge decelerația maximă.

05 Comparația dintre o cutie și două cutii

Pentru sistemul cu o cutie sau cu două cutii, furnizorii interni chinezi precum Wanxiang, Asia Pacific, Bethel, Grubo, Nason și Tongyu au toți produse corespunzătoare. Principalii furnizori străini de sisteme cu o cutie sau două cutii includ Bosch, Continental, ZF Friedrichhshafen, Nissin, Hitachi (inclusiv CBI), Mobis, Advics etc. Conceptele de tehnologie de produs ale acestor furnizori sunt similare, iar principalele diferențe constau la scara producției de masă și la maturitatea produsului.