Введение в одно- и двухкорпусные тормозные системы

Введение в одно- и двухкорпусные тормозные системы

Недавно еще один инцидент с столкновением Tesla на высокой скорости вызвал переполох. Достаточно ли безопасно торможение электромобилей? Это возобновило общественное внимание и дискуссии. Сегодня я объясню тормозную систему электромобилей с двух аспектов: разницу между тормозными системами электромобилей и традиционных транспортных средств и техническое применение тормозных систем электромобилей, чтобы предоставить читателям техническую справку для рационального рассмотрения проблем. что касается тормозной системы.

01 Знакомство с тормозными системами легковых автомобилей

Будь то автомобиль с традиционным топливом или автомобиль с новой энергией, базовая тормозная система состоит из следующих компонентов:

Путь передачи тормозного усилия состоит из трех этапов: механическое усилие на педали → давление тормозной жидкости → механическое усилие на суппорте:

1)Усилие от ноги водителя сначала усиливается за счет передаточного числа рычага педали тормоза, а затем усиливается за счет вторичного усиления усилителя. Затем он передается в главный цилиндр на вход толкателя.

2)Входной толкатель главного цилиндра толкает поршень, преобразуя механическую силу в гидравлическое давление тормозной жидкости. Гидравлическое давление тормозной жидкости затем передается по трубопроводу на тормозной суппорт и толкает поршень суппорта.

3) Поршень тормозного суппорта толкает фрикционные пластины, чтобы они соответствовали вращающемуся тормозному диску, создавая трение, которое действует на колеса как тормозной момент.

Когда дело касается тормозных педалей и тормозов, между электромобилями и автомобилями, работающими на топливе, нет различий в принципах и применении. Основные различия между разными типами автомобилей сосредоточены в модуле «усилитель + главный цилиндр + ESP». Причина, по которой здесь объединены «усилитель + главный цилиндр + ESP», заключается в том, что уровни интеграции этих трех модулей в разных технических решениях различны.

02 Устройство тормозной системы топливного автомобиля

Устройство тормозной системы традиционного топливного автомобиля показано на рисунке ниже.

«Усилитель + главный цилиндр» — это сборка, а ESP — отдельный модуль. «Усилитель» здесь — это фактически вакуумный усилитель. Принцип заключается в том, что внутренняя часть усилителя разделена диафрагмой на две полости: атмосферную и вакуумную. В отсутствие торможения и большая камера, и вакуумная камера подключаются к источнику вакуума, создавая вакуумное отрицательное давление. После нажатия на педаль тормоза вакуумная камера продолжает поддерживать вакуум. Большая атмосферная камера соединяется с внешним миром и начинает всасывать воздух. Затем разница давлений между двумя камерами воздействует на диафрагму, образуя силу вакуума, которая в конечном итоге воздействует на входной толкатель главного цилиндра. Величина вакуумной силы находится в фиксированной пропорции к входному усилию педали. Источник вакуума исходит от двигателя. Существует два способа обеспечения вакуума от двигателя: один - это вакуум, образующийся в процессе впуска воздуха во впускной коллектор двигателя, а другой - вакуумный насос, приводимый в действие коленчатым валом двигателя. Специфическая конструкция главного цилиндра с вакуумным усилителем. сборка показана на рисунке ниже.

Для вышеупомянутой системы вакуумного усилителя типичными видами неисправности являются следующие:

1) Педаль тормоза. Перелом педали тормоза — очень редкий и незначительный вид отказа. Правила также определяют эту деталь как деталь, не подверженную отказам. Основной неисправностью, связанной с педалью, является неисправность выключателя стоп-сигналов (BLS). Отказ BLS не влияет на базовое гидравлическое торможение, но влияет на электронные функции торможения, такие как ABS/TCS/VDC, EMS, а также на логические выводы, связанные с выключателем стоп-сигналов. Разумеется, это повлияет и на освещение заднего стоп-сигнала;

2)Вакуумный усилитель. Самым серьезным последствием отказа вакуумного усилителя является отсутствие вакуумного усилителя, например, утечка вакуумного усилителя, негерметичность вакуумной трубки и т. д. Интуитивное ощущение водителя заключается в том, что тормоза жесткие. Из-за отсутствия вакуумного усилителя водителю приходится прилагать в несколько раз больше усилий, чем обычно, чтобы добиться замедления автомобиля в обычных условиях.

3)Главный цилиндр. Отказ главного цилиндра проявляется в двух формах: утечка и заклинивание. В первом случае ход педали станет длиннее и мягче, но автомобиль не сможет нормально замедлиться; последнее напрямую приведет к невозможности нажатия педали тормоза.

4)Модуль ESP: сбои в выключателе стоп-сигнала, трансмиссии, датчике скорости колеса, источнике питания, сети CAN и т. д., что повлияет на функции, связанные с ESP (ABS/TCS/VDC/HHC/AVH/HDC и т. д.). Но из-за ABS/TCS/функция VDC будет вмешиваться только в экстремальных условиях автомобиля, поэтому отказ функции ESP не повлияет на базовое торможение. То есть легкое/умеренное торможение на хорошем дорожном покрытии малоэффективно, но при резком торможении АБС отказывает, и колеса склонны к блокировке. Наиболее опасными дорожными условиями в данном случае являются ледяные, заснеженные или гравийные дороги с низким коэффициентом сцепления. Передние и задние колеса могут легко проскальзывать и терять управление при торможении или движении.

5)Тормоза: Существует множество неисправностей тормозов, особенно связанных с торможением NVH, но неисправности, которые действительно серьёзно влияют на безопасность вождения, — это, в основном, утечка тормозной жидкости в суппортах и ​​износ фрикционных колодок. Утечка тормозной жидкости из суппорта аналогична вышеупомянутой утечке главного цилиндра. Ухудшение характеристик фрикционной накладки в основном вызвано термической деградацией. После ухудшения эффективности торможения снижается, и замедление автомобиля оказывается намного ниже ожиданий водителя. Водитель чувствует, что машину невозможно затормозить.

6)Прочие: выход из строя трубопровода (протечь), отказ датчика скорости колеса, выход из строя ЭПБ и т. д.

03 Конструкция тормозной системы электромобиля

Поскольку вакуумный усилитель требует, чтобы двигатель создавал вакуум, автомобили на новых источниках энергии не могут использовать эту систему, которая использует двигатель для получения вакуума при движении исключительно на электричестве.

3.1 Решение с электронным вакуумным насосом

Логика решения с электронным вакуумным насосом такова: поскольку нет двигателя, обеспечивающего источник вакуума, то предусмотрены детали, которые можно вакуумировать независимо. Принцип очень прост: двигатель приводит лезвие во вращение и вакуумирование. Существуют также плунжерные типы, но они не получили широкого распространения. Таким образом, решение с электронным вакуумным насосом напрямую обеспечивает вакуум для двигателя на аппаратном уровне. Электронные вакуумные насосы делятся на независимые насосы (единственный источник вакуума и более высокие требования к оборудованию) и вспомогательные насосы.

Очевидным преимуществом этого решения является то, что объем модификаций невелик, и оно очень подходит для совместного использования тормозных систем транспортных средств, работающих на топливе, и транспортных средств на новых источниках энергии на одной платформе. Недостатки такого решения также очевидны:

1) Проблемы с компоновкой, вызванные шумом и вибрацией электронных вакуумных насосов;

2) Основной рынок электронных вакуумных насосов практически монополизирован, цены высоки, а качество продукции других производителей нестабильно;

3) Обычная ESP имеет низкую активную способность создания давления и не может обеспечить надежную поддержку рекуперации энергии и интеллектуального вождения;

4)Неисправность или неразумная стратегия электронного вакуумного насоса приводит к выходу из строя или снижению вакуумного усилителя. В целом решение с электронным вакуумным насосом на самом деле является недорогим решением. Судя по тенденции развития технологий, это переходное решение.

3.2 Решение с электронным усилителем (два блока)

С продвижением новых энергетических транспортных средств и развитием интеллектуальных технологий вождения взаимодействие между тормозной системой и внешним миром становится все более важным. Запас хода новых энергетических транспортных средств предъявляет более высокие требования к рекуперации энергии. Восстановление выбега при рекуперации энергии связано со стабильностью низкого крепления автомобиля. Для восстановления торможения требуется, чтобы тормозная система доминировала над гидравлическим торможением и торможением с восстановлением двигателя. Развитие интеллектуального вождения также выдвинуло более высокие требования к способности создания давления и реакции тормозной системы. В то же время избыточная конструкция автономного вождения также требует, чтобы тормозная система имела резервную функцию. Поэтому компания Bosch представила решение электронного усилителя, не использующее вакуум, которое обычно называют электронным усилителем iBooster. Конструкция электронного усилителя сильно отличается от конструкции вакуумного усилителя, но по сути он все же предназначен для имитации пустого усилителя. Отличие от вакуумного усилителя в том, что наддув обеспечивается встроенным двигателем. Следующий рисунок может полностью проиллюстрировать метод усиления электронного усилителя: двигатель вращается, приводя во вращение шестерню. После снижения скорости и увеличения крутящего момента вращательное движение посредством червячной передачи окончательно преобразуется в поступательное и, наконец, вместе с усилием, передаваемым от педали, приводит в движение входной толкатель главного цилиндра. Создайте гидравлическое давление. Часть главного цилиндра такая же, как у традиционного вакуумного усилителя, а седло клапана, определяющее степень наддува усилителя, в основном имеет ту же структуру и принцип, что и традиционный вакуумный усилитель. Поскольку усилитель и ESP представляют собой два независимых модуля в этом решении, в отрасли его называют двухблочным решением.

Что касается оценки помощи iBooster: ЭБУ сохранит внутри себя один или несколько наборов кривых ощущения педали, откалиброванных в процессе разработки автомобиля (например, ход педали в зависимости от замедления, ход педали в зависимости от усилителя торможения и т. д.). Когда водитель нажимает педаль тормоза, внутренний датчик хода iBooster определяет намерение водителя затормозить на основе смещения педали тормоза, дополнительно рассчитывает целевую величину помощи, а затем всесторонне учитывает величину рекуперации энергии/рабочее состояние ABS и т. д. Получить максимальный прирост производительности двигателя iBooster. Благодаря мощному усилителю мощности iBooster, методу полуразвязанного управления с электронным управлением и естественному дублированию Two-Box (iBooster и ESP) эта тормозная система имеет большие преимущества в области рекуперации энергии и интеллектуального вождения. Это также причина, по которой iBooster можно быстро продвигать на рынке. На сегодняшний день существует большое количество моделей, таких как все серии Tesla, почти все автомобили Volkswagen на новых источниках энергии, все серии Honda Accord (включая автомобили, работающие на топливе), все автомобили Geely Lynk & Co на новых источниках энергии, Mercedes-Benz S-Class, Weilai, Xpeng использовал решение iBooster.

Конечно, у этого типа системы есть и определенные недостатки:

1)Ощущение педали тормоза будет хуже, чем при использовании традиционной системы вакуумного усилителя. Теоретически принцип координации коэффициента наддува между электронным усилителем и традиционным вакуумным усилителем одинаков (оба имеют конструкцию резинового диска обратной связи), но на самом деле наддув электронного усилителя Размер представляет собой серию процессов расчета и выполнения. В процессе выполнения сбор сигнала датчика, расчет контроллера и работа двигателя будут приводить к определенным ошибкам и задержкам. Кроме того, координация между рекуперацией энергии и гидравлическим торможением также еще больше усложнит управление: этот процесс «моделирования» не такой «гладкий», как чисто физический динамический баланс сил в традиционных вакуумных усилителях.

2) Чем сложнее дело, тем больше вероятность неудачи. IBooster тесно связан с внешней системой ESP, интеллектуальным вождением и системами питания. Сопутствующие системные сбои и сбои сети CAN могут повлиять на функцию усиления iBooster.

3.3 универсальное решение

«один ящик» в основном определяется для двух ящиков. Когда компания Bosch разработала двухблочное решение iBooster+ESP, материковая компания также разрабатывала другое, более интегрированное решение в ответ на потребности OEM-производителя: интеграция ESP и электронного усилителя, превращающаяся в модуль, который широко известен как одноблочный. .

One-box объединяет функции системы помощи при торможении и ESP. То же, что и у двухкоробки, заключается в том, что помощь при торможении обеспечивает мотор. Основное отличие состоит в том, что сила, передаваемая двухкоробкой на входной толкатель главного цилиндра, представляет собой сумму входной силы водителя и помощи двигателя, а пропорциональная связь между ними является результатом механического баланса, в то время как Тормозная сила, обеспечиваемая одной коробкой, исходит от двигателя, без наложения тормозной силы, обеспечиваемой водителем. Усилие, создаваемое водителем через педаль тормоза, в конечном итоге преобразуется в гидравлическое давление и передается во встроенный имитатор ощущения педали одноблока. Имитатор ощущения педали на самом деле представляет собой поршневой пружинный механизм, используемый для имитации ощущения педали тормоза и предоставления водителю обратной связи по усилию и ходу.

Процесс оказания единой помощи можно просто описать так:

1) Смещение, создаваемое педалью, определяется датчиком и затем передается в ЭБУ;

2)ЭБУ рассчитывает потребность водителя в торможении, а затем приводит в действие двигатель, чтобы создать гидравлическое давление;

3) Гидравлическое давление поступает в четыре колесных цилиндра через впускной клапан ABS и в конечном итоге создает тормозное усилие.

Таким образом, при нормальных обстоятельствах усилие на педали и тормозное усилие, обеспечиваемое однокоробкой, механически развязаны.

Наиболее очевидным преимуществом такой интеграции является небольшое количество деталей и малый объемный вес. Полностью развязанная конструкция позволяет теоретически регулировать соотношение замедления, соответствующее любому желаемому усилию или ходу педали, с помощью программного обеспечения, то есть ощущение педали в значительной степени определяется программным обеспечением. Недостаток заключается в том, что обратная связь по усилию на педали изолирована от колеса, и водитель не может определить состояние колеса через педаль. Например, когда работает ABS, водитель не может почувствовать вибрацию педали. Ссылаясь на опыт проблемы с ощущением педали двухкоробочного автомобиля, следует отметить, что ощущение педали полностью развязанного однокоробочного автомобиля заслуживает внимания. Кроме того, для интеллектуального вождения уровня L3 и выше в одном блоке необходимо подключить модуль ESP в качестве резервного резерва. Вот тут-то одна коробка бесполезна в продвинутом интеллектуальном вождении. Что касается выхода из строя, то после выхода из строя электронного усилителя тормозов двухкоробка тоже может активно нагнетать давление для торможения за счет ESP, но у однокоробки нет резервной системы в части усилителя тормозов (если только не подключить малопроизводительную ESP ).

04 Возможности системы One-Box

Гидравлическая тормозная система One-Box с проводным управлением объединяет традиционные функции торможения, такие как TCS (система контроля тяги), ESC, ABS и EPB. Кроме того, может быть интегрировано стороннее программное обеспечение управления, такое как контроль давления в шинах, EBD (электронное распределение тормозных усилий), AEB (автоматическая система помощи при торможении), AVH (автоматическая система парковки) и другие функции для достижения разработки интегрированного управления. доменов шасси с проводным управлением. Основные функции:

1)Базовое управление тормозом (BBC)

Он автоматически определяет потребность водителя в торможении, определяя входной сигнал датчика хода педали тормоза, устанавливает соответствующую гидравлическую тормозную силу в зависимости от смещения педали и контролирует гидравлическое давление в тормозной системе для обеспечения торможения по проводам.

2) Антиблокировочная тормозная система (АБС)

Во время процесса экстренного торможения контролируется тормозное давление всех четырех колес, а гидравлическое давление в колесных цилиндрах регулируется в зависимости от скорости колеса, чтобы предотвратить блокировку колес, улучшить силу торможения и обеспечить устойчивость движения автомобиля.

3)Система контроля тяги (TCS)

Во время резкого движения, например, при трогании с места или ускорении, крутящий момент двигателя регулируется таким образом, чтобы оказывать тормозное давление на буксующие колеса и предотвращать чрезмерное проскальзывание ведущих колес.

4)Электронный контроль устойчивости (ESC)

Когда автомобиль поворачивает, контролируйте избыточную или недостаточную поворачиваемость автомобиля.

5)Система рекуперации энергии торможения (CRBS)

Во время процесса торможения состояние батареи крутящего момента двигателя и состояние педали тормоза определяются в режиме реального времени, а скоординированная рекуперация энергии торможения достигается за счет регулировки тормозного давления и момента восстановления двигателя для увеличения запаса хода автомобиля.

6)Поддержка запроса на торможение AEB

Получает команды модуля ADAS для реализации таких функций, как предварительное заполнение и предупреждение о замедлении тормоза; быстро повышает давление, чтобы улучшить автоматическое экстренное торможение AEB и сократить расстояние во время экстренного торможения AEB. 300+мс, сэкономленные за счет быстрого реагирования, могут значительно снизить вероятность ложного срабатывания AEB;

7)Поддержка запроса вертикального управления ACC

По командам модуля АСС управлять силовым агрегатом или тормозной системой для достижения ускорения и замедления;

8)Поддержка запроса вертикального управления APA/RPA

По командам модуля APA/RPA осуществляется управление силовым агрегатом или тормозной системой для достижения ускорения и замедления. Реагируя на инструкции по траектории автомобиля, автомобиль точно управляется в продольном направлении торможения и движения, и водитель может автоматически припарковаться в автомобиле.

9)CST(Comfort-Stop) Удобная парковка

10)БМЗ

При получении информации от датчика дождя на колесном цилиндре создается определенное давление и стирается водная пленка на тормозном диске, чтобы улучшить эффективность торможения в дождливые дни;

11)Д-ЭПБ

EPB с двойным управлением решает проблему резервирования электромобилей при парковке;

12) Резервный резервный тормоз EPB-A

Привод заднего/переднего колеса EPB действует как резервный рабочий тормоз.

13)Вездеходность и ползучесть

Различные внедорожные покрытия для улучшения проходимости и безопасности.

14)ГФУ

Обеспечивает водителю дополнительное давление в колесных цилиндрах, когда водитель полностью нажимает педаль тормоза и автомобиль не достигает максимального замедления.

05 Сравнение однокоробочного и двухбоксового

Для системы с одним или двумя ящиками у китайских отечественных поставщиков, таких как Wanxiang, Asia Pacific, Bethel, Grubo, Nason и Tongyu, есть соответствующие продукты. К основным зарубежным поставщикам одно- и двухкорпусной системы относятся Bosch, Continental, ZF Friedrichhshafen, Nissin, Hitachi (включая CBI), Mobis, Advics и др. Технологические концепции продукции этих поставщиков схожи, а основные различия заключаются в в масштабах массового производства и зрелости продукта.