Introduktion til en-boks og to-boks bremsesystemer

Introduktion til en-boks og to-boks bremsesystemer

For nylig har en anden højhastighedskollision med Tesla vakt opsigt. Er bremsning af elbiler sikker nok? Det har genoplivet offentlig opmærksomhed og diskussion. I dag vil jeg forklare elektriske køretøjers bremsesystem ud fra to aspekter: forskellen mellem bremsesystemerne for elektriske køretøjer og traditionelle køretøjer og den tekniske anvendelse af elektriske køretøjers bremsesystemer, for at give læserne teknisk reference til rationelt at se på problemer relateret til bremsesystemet.

01 Introduktion til personbilens bremsesystemer

Uanset om det er et traditionelt brændstofkøretøj eller et nyt energikøretøj, består det grundlæggende bremsesystem af følgende komponenter:

Bremsekraftens transmissionsvej er tre trin: pedal mekanisk kraft → bremsevæsketryk → caliper mekanisk kraft:

1)Kraften fra førerens fod forstærkes først af bremsepedalens håndtagsforhold, og derefter forstærkes af den sekundære forstærkning af boosteren. Derefter føres den til hovedcylinderens input til trykstangen.

2)Hovedcylinderens indgangsstødstang skubber stemplet for at omdanne mekanisk kraft til hydraulisk bremsevæsketryk. Bremsevæskens hydrauliske tryk overføres derefter til bremsekaliberen gennem rørledningen og skubber kaliberstemplet.

3) Bremsekaliberens stempel skubber friktionspladerne for at tilpasse den roterende bremseskive for at producere friktion, som virker på hjulene som bremsemoment.

Der er ingen forskelle i principper og anvendelser mellem elektriske køretøjer og brændstofkøretøjer, når det kommer til bremsepedaler og bremser. De væsentligste forskelle mellem forskellige typer køretøjer er koncentreret i modulet "booster + hovedcylinder + ESP". Grunden til at "booster + master cylinder + ESP" er sat sammen her, er fordi integrationsniveauerne for disse tre moduler er forskellige i forskellige tekniske løsninger.

02 Strukturen af ​​brændstofkøretøjets bremsesystem

Strukturen af ​​bremsesystemet i et traditionelt brændstofkøretøj er vist i figuren nedenfor.

"Booster + master cylinder" er en samling, og ESP er et separat modul. "Boosteren" her er faktisk en vakuumbooster. Princippet er, at indersiden af ​​boosteren er opdelt i to hulrum af en membran: atmosfærisk hulrum og vakuum hulrum. Når der ikke bremses, er både det store kammer og vakuumkammeret forbundet med vakuumkilden for at danne et vakuumundertryk. Efter at bremsepedalen er trådt på, fortsætter vakuumkammeret med at opretholde vakuumet. Det store atmosfærekammer er forbundet med omverdenen og begynder at suge luft ind. Derefter virker trykforskellen mellem de to kamre på membranen for at danne den vakuum-assisterede kraft, som i sidste ende virker på hovedcylinderens input-skubbestang. Mængden af ​​den vakuumstøttede kraft er i et fast forhold til pedalens inputkraft. Vakuumkilden kommer fra motoren. Der er to måder at tilvejebringe vakuum fra motoren på: den ene er det vakuum, der dannes under luftindtagsprocessen i motorens indsugningsmanifold, og den anden er vakuumpumpen drevet af motorens krumtapaksel. Den specifikke struktur af hovedcylinderen med vakuumforstærker montering er vist i figuren nedenfor.

For det ovennævnte vakuumassistentsystem er de typiske fejltilstande som følger:

1) Bremsepedal: Bremsepedalbrud er en meget sjælden fejltilstand på lavt niveau. Forskrifter definerer også denne del som en del, der ikke er tilbøjelig til at fejle. Den vigtigste pedal-relaterede fejl er svigt af bremselyskontakten (BLS). BLS-fejl har ingen indflydelse på grundlæggende hydraulisk bremsning, men det vil påvirke elektroniske bremsefunktioner såsom ABS/TCS/VDC, EMS og logiske vurderinger relateret til bremselyskontakten. Selvfølgelig vil belysningen af ​​bremsebaglygten også blive påvirket;

2)Vakuum booster: Det mest alvorlige resultat af vakuum booster fejl er ingen vakuum booster, såsom booster lækage, vakuum tube lækage osv. Førerens intuitive fornemmelse er, at bremserne er hårde. På grund af manglen på vakuumassistent skal føreren udøve flere gange mere kraft end normalt for at opnå køretøjets deceleration under normale omstændigheder.

3)Hovedcylinder: Hovedcylinderens svigt er koncentreret i to former: lækage og sidder fast. Førstnævnte vil få pedalslaget til at blive længere og blødere, men køretøjet kan ikke etablere normal deceleration; sidstnævnte vil direkte bevirke, at bremsepedalen ikke kan trædes ned.

4)ESP-modul: Fejl i bremselyskontakten, drivaggregatet, hjulhastighedssensoren, strømforsyningen, CAN-netværket og så videre, hvilket vil påvirke ESP-relaterede funktioner (ABS/TCS/VDC/HHC/AVH/HDC osv.),.Men på grund af ABS/TCS/ VDC-funktionen vil kun gribe ind under ekstreme køretøjsforhold, så svigt af ESP-funktionen vil ikke påvirke grundlæggende bremsning. Det vil sige, at let/moderat opbremsning på en god vejbane har ringe effekt, men ABS svigter ved kraftig opbremsning, og hjulene er tilbøjelige til at låse. De farligste vejforhold i dette tilfælde er is-, sne- eller grusveje med lav vedhæftningskoefficient. For- og baghjulene kan let glide og miste kontrollen, når de bremser eller kører.

5)Bremser: Der er mange bremsefejl, især dem, der er relateret til bremsning af NVH, men de fejl, der virkelig påvirker køresikkerheden alvorligt, er hovedsageligt udsivningen af ​​bremsevæske i kaliberne og forringelsen af ​​friktionsklodserne. Kaliberbremsevæskelækage ligner den førnævnte hovedcylinderlækage. Ydeevneforringelsen af ​​friktionspuden er for det meste forårsaget af termisk nedbrydning. Efter nedbrydningen falder bremseeffektiviteten, og køretøjets deceleration er langt lavere end chaufførens forventning. Chaufføren føler, at bilen ikke kan bremses.

6)Andet: rørledningsfejl (lækage), hjulhastighedssensorfejl, EPB-fejl osv.

03 Elbils bremsesystemstruktur

Da vakuumforstærkeren kræver, at motoren giver vakuum, kan nye energikøretøjer ikke bruge dette system, der er afhængigt af, at motoren opnår vakuum, når de kører rent elektrisk.

3.1 Elektronisk vakuumpumpeløsning

Logikken i den elektroniske vakuumpumpeløsning er: da der ikke er nogen motor til at levere en vakuumkilde, så leveres dele, der kan evakueres uafhængigt. Princippet er meget enkelt, det vil sige, at motoren driver bladet til at rotere og støvsuge. Der findes også stempeltyper, men de er ikke meget brugt. Derfor giver den elektroniske vakuumpumpeløsning direkte vakuum til motoren på hardwareniveau. Elektroniske vakuumpumper er opdelt i uafhængige pumper (den eneste kilde til vakuum og højere hardwarekrav) og hjælpepumper.

Den åbenlyse fordel ved denne løsning er, at mængden af ​​modifikation er lille, og den er meget velegnet til at dele bremsesystemerne for brændstofkøretøjer og nye energikøretøjer på samme platform. Ulemperne ved denne løsning er også indlysende:

1) Arrangementsproblemer forårsaget af støj og vibrationer fra elektroniske vakuumpumper;

2) Det almindelige elektroniske vakuumpumpemarked er næsten monopoliseret, priserne er høje, og kvaliteten af ​​andre producenters produkter er ustabil;

3) Den konventionelle ESP har en lav aktiv trykopbygningsevne og kan ikke yde stærk støtte til energigenvinding og intelligent kørsel;

4)Den elektroniske vakuumpumpes fejl eller urimelige strategi fører til svigt eller reduktion af vakuumassistent. Samlet set er den elektroniske vakuumpumpeløsning faktisk en billig løsning. At dømme ud fra tendensen til teknologisk udvikling er det en overgangsløsning.

3.2 Elektronisk booster-løsning (to-boks)

Med fremme af nye energikøretøjer og udvikling af intelligent køreteknologi bliver samspillet mellem bremsesystemet og omverdenen mere og mere vigtigt. Cruising-udvalget af nye energikøretøjer stiller højere krav til energigenvinding. Friløbsgenvindingen ved energigenvinding er relateret til stabiliteten af ​​køretøjets lave fastgørelse. Bremsegenvinding kræver et bremsesystem for at dominere hydraulisk bremsning og motorgenopretningsbremsning. Udviklingen af ​​intelligent kørsel har også stillet højere krav til bremsesystemets trykopbyggende evne og respons. Samtidig kræver det redundante design af autonom kørsel også, at bremsesystemet skal have en backup-funktion. Derfor har Bosch lanceret en løsning af elektronisk booster, der ikke er afhængig af vakuum, som i daglig tale kaldes iBooster elektronisk booster. Strukturen af ​​den elektroniske booster er meget anderledes end vakuumboosterens, men i bund og grund er den stadig designet til at simulere en tom booster. Forskellen fra en vakuumbooster er, at boosten leveres af en indbygget motor. Følgende figur kan fuldt ud illustrere den elektroniske boosters power-assistende metode: motoren roterer for at drive gearet til at rotere. Efter at have reduceret hastigheden og øget drejningsmomentet, omdannes rotationsbevægelsen til sidst til lineær bevægelse gennem snekkegearet, og til sidst, sammen med kraften, der overføres fra pedalen, driver den hovedcylinderens indgangsstødstang. Byg hydraulisk tryk. Hovedcylinderdelen er den samme som den traditionelle vakuumbooster, og ventilsædet, der bestemmer boosterens boosterforhold, er grundlæggende den samme struktur og princip som den traditionelle vakuumbooster. Da boosteren og ESP er to uafhængige moduler i denne løsning, kalder industrien det for to-boks løsningen.

Med hensyn til vurderingen af ​​iBooster assist: ECU'en vil internt gemme et eller flere sæt pedalfølelseskurver kalibreret under køretøjets udviklingsproces (såsom pedalslag vs. deceleration, pedalslag vs. bremseassistent osv.). Når føreren trykker på bremsepedalen, udleder iBooster'ens interne slagsensor førerens bremsehensigt baseret på forskydningen af ​​bremsepedalen, beregner yderligere målhjælpemængden og overvejer derefter energigenvindingsmængden/ABS-arbejdsstatus, osv. det ultimative løft af iBooster-motorudførelse. Takket være iBoosters kraftfulde power assist-funktion, elektronisk styrede semi-afkoblede kontrolmetode og den naturlige dobbelte backup af Two-Box (iBooster og ESP), har denne bremsesystemløsning store fordele inden for energigenvinding og intelligent kørsel. Dette er også grunden til, at iBooster hurtigt kan promoveres på markedet. Indtil nu har et stort antal modeller såsom alle Tesla-serier, næsten alle Volkswagen nye energikøretøjer, alle Honda Accord-serier (inklusive brændstofbiler), alle Geely Lynk & Co nye energikøretøjer, Mercedes-Benz S-Class, Weilai, Xpeng har brugt iBooster-løsningen.

Selvfølgelig har denne type system også visse mangler:

1)Bremsepedalfølelsen vil være værre end for det traditionelle vakuumforstærkersystem. Teoretisk set er koordinationsprincippet for boost-forholdet mellem den elektroniske booster og den traditionelle vakuumbooster det samme (begge har gummi-feedback-skivestrukturer), men faktisk boosten af ​​den elektroniske booster. Størrelsen er en række af beregnings- og udførelsesprocesser. Under udførelsesprocessen vil sensorens signalopsamling, controllerberegning og motorudførelse give visse fejl og forsinkelser. Derudover vil koordinationen mellem energigenvinding og hydraulisk bremsning også. Yderligere øge sværhedsgraden af ​​kontrol, denne "simulerings" proces er ikke så "glat" som den rent fysiske dynamiske balance af kræfter på traditionelle vakuum boostere.

2) Jo mere komplekse ting er, jo større er sandsynligheden for fiasko. IBooster er stærkt relateret til ekstern ESP, intelligent kørsel og strømsystemer. Relaterede systemfejl og CAN-netværksfejl kan påvirke iBoosterens strømassisterede funktion.

3.3 en-boks løsning

en-boks er hovedsageligt defineret for to-boks. Da Bosch udviklede to-boks-løsningen iBooster+ESP, var fastlandsvirksomheden også ved at udvikle en anden mere integreret løsning som svar på OEM'ens behov: integration af ESP og elektronisk booster, der blev et modul, som almindeligvis er kendt som én-boks .

One-boxen integrerer bremseassistent og ESP-funktioner. Det samme som to-boksen er, at bremseassistenten leveres af motoren. Den væsentligste forskel er, at kraften, der overføres af to-boksen til hovedcylinderens indgangsstødstang, er summen af ​​førerens inputkraft og motorassistancen, og det proportionale forhold mellem de to er resultatet af en mekanisk balance, mens bremsekraften leveret af one-boxen kommer alt sammen fra motoren uden at overlejre bremsekraften fra føreren. Den kraft, som føreren leverer gennem bremsepedalen, omdannes til sidst til hydraulisk tryk og lækkes ind i one-boxens indbyggede pedalfølelsessimulator. Pedalfølelsessimulatoren er faktisk en stempelfjedermekanisme, der bruges til at simulere bremsepedalens følelse og give føreren kraft og slagtilbagemelding.

En-boks assistanceprocessen kan enkelt beskrives som:

1) Den forskydning, der genereres af pedalen, opnås af sensoren og indlæses derefter i ECU'en;

2)ECU'en beregner førerens bremsebehov og driver derefter motoren til at etablere hydraulisk tryk;

3) Hydraulisk tryk kommer ind i de fire hjulcylindre gennem ABS-indløbsventilen og genererer i sidste ende bremsekraft.

Derfor er pedalkraften og bremsekraften i sidste ende tilvejebragt af one-boxen mekanisk afkoblet under normale omstændigheder.

Den mest åbenlyse fordel ved denne integration er det lille antal dele og den lave volumetriske vægt. Det fuldstændigt afkoblede design gør det muligt teoretisk at justere decelerationsforholdet svarende til enhver ønsket pedalkraft eller slag gennem software, det vil sige, at pedalfølelsen i høj grad bestemmes af software. Ulempen er, at kraftfeedbacken på pedalen er isoleret fra hjulet, og føreren kan ikke fornemme hjulets status gennem pedalen. For eksempel, når ABS fungerer, kan føreren ikke mærke gennem pedalens vibrationer. Med henvisning til oplevelsen af ​​pedalfølelsesproblemet i to-boksen, er pedalfølelsen af ​​den fuldstændig afkoblede én-boks værd at være opmærksom på. For L3 og derover intelligent kørsel skal one-box desuden tilslutte et ESP-modul som en redundant backup. Det er her, one-box er ubrugelig ved avanceret intelligent kørsel. Med hensyn til fejl, efter at den elektroniske booster fejler, kan to-boksen også aktivt bygge tryk til bremsning af ESP, men en-boksen har ikke et backup-system i bremseforstærker-delen (medmindre en lavtydende ESP er tilsluttet ).

04 One-Box-systemfunktioner

One-Box wire-kontrollerede hydrauliske bremsesystem integrerer traditionelle bremsefunktioner såsom TCS (traction control system), ESC, ABS og EPB. Derudover kan tredjeparts kontrolsoftware integreres, såsom dæktryksovervågning, EBD (Electronic Brake Force Distribution), AEB (Automatic Brake Assist System), AVH (Automatic Parking System) og andre funktioner for at opnå udviklingen af ​​integreret kontrol af ledningskontrollerede chassisdomæner. Hovedfunktionerne er:

1)Basisbremsekontrol (BBC)

Den identificerer automatisk førerens bremsebehov ved at detektere input fra bremsepedalslagsensoren, etablerer den tilsvarende hydrauliske bremsekraft i henhold til pedalforskydningen og styrer det hydrauliske bremsetryk for at opnå bremse-for-wire.

2) Blokeringsfrit bremsesystem (ABS)

Under nødbremseprocessen styres firehjulsbremsetrykket, og hjulcylinderens hydrauliske tryk styres i henhold til hjulhastigheden for at forhindre hjullåsning, forbedre bremsestyrken og sikre køretøjets kørestabilitet.

3)Traction Control System (TCS)

Under kraftig kørsel, såsom start eller acceleration, justeres motorens drejningsmoment for at påføre bremsetryk på de glidende hjul for at forhindre overdreven glidning af drivhjulene.

4)Elektronisk stabilitetskontrol (ESC)

Når køretøjet drejer, skal du kontrollere køretøjets over- eller understyring.

5)Brake Energy Recovery System (CRBS)

Under bremseprocessen detekteres motorens drejningsmomentbatteristatus og bremsepedalstatus i realtid, og koordineret bremseenergigenvinding opnås ved at justere bremsetrykket og motorgenvindingsmomentet for at forbedre køretøjets marchafstand.

6)Understøtte AEB-bremseanmodning

Modtager ADAS-modulkommandoer til at implementere funktioner såsom Prefill og Advarselsbremsedeceleration; øger hurtigt trykket for at forbedre AEB automatisk nødbremsning og forkorte afstanden under AEB nødbremsning. De 300+ms, der er gemt gennem hurtig reaktion, kan reducere sandsynligheden for falsk udløsning af AEB betydeligt;

7)Understøtte ACC vertikal kontrolanmodning

I henhold til kommandoerne fra ACC-modulet skal du kontrollere drivlinjen eller bremsesystemet for at opnå acceleration og deceleration;

8)Understøtte APA/RPA vertikal kontrolanmodning

I henhold til kommandoerne fra APA/RPA-modulet styres drivaggregatet eller bremsesystemet for at opnå acceleration og deceleration. Ved at reagere på køretøjets baneinstruktioner styres køretøjet nøjagtigt i længderetningen af ​​bremsning og kørsel, og føreren kan automatisk parkere i bilen.

9)CST(Comfort-Stop) Komfortabel parkering

10) BSW

Ved at detektere informationen fra regnsensoren etableres et vist tryk på hjulcylinderen og vandfilmen på bremseskiven aftørres for at forbedre bremseevnen i regnfulde dage;

11)D-EPB

Dual-control EPB løser parkeringsredundansproblemet for elektriske køretøjer;

12) Redundant reservebremse EPB-A

EPB-aktuatoren til baghjul/forhjul fungerer som en reservedriftsbremse.

13)Terræn og kryb

Forskellige terrænbelægninger for at forbedre fremkommeligheden og sikkerheden

14)HFC

Giver ekstra hjulcylindertryk til føreren, når føreren træder helt ned på bremsepedalen, og køretøjet ikke når maksimal deceleration.

05 Sammenligning af en-boks og to-boks

Til en-boks- eller to-boks-systemet har kinesiske indenlandske leverandører som Wanxiang, Asia Pacific, Bethel, Grubo, Nason og Tongyu alle tilsvarende produkter. De vigtigste udenlandske leverandører af one-box- eller to-box-systemer omfatter Bosch, Continental, ZF Friedrichhshafen, Nissin, Hitachi (inklusive CBI), Mobis, Advics osv. Disse leverandørers produktteknologiske koncepter er ens, og de væsentligste forskelle ligger i masseproduktionsskala og produktmodenhed.