Introducció als sistemes de frenada d'una caixa i de dues caixes

Introducció als sistemes de frenada d'una caixa i de dues caixes

Recentment, un altre incident de col·lisió d'alta velocitat de Tesla ha causat enrenou. La frenada dels vehicles elèctrics és prou segura? Ha reactivat l'atenció i la discussió del públic. Avui explicaré el sistema de frenada dels vehicles elèctrics des de dos aspectes: la diferència entre els sistemes de frenada dels vehicles elèctrics i dels vehicles tradicionals i l'aplicació tècnica dels sistemes de frens dels vehicles elèctrics, per tal de proporcionar als lectors una referència tècnica per analitzar els problemes de manera racional. relacionat amb el sistema de frenada.

01 Introducció als sistemes de frenada dels turismes

Tant si es tracta d'un vehicle de combustible tradicional com d'un vehicle d'energia nova, el sistema de frenada bàsic consta dels components següents:

La trajectòria de transmissió de la força de frenada és de tres etapes: força mecànica del pedal → pressió del líquid de fre → força mecànica de la pinça:

1)La força del peu del conductor s'amplifica primer per la relació de la palanca del pedal de fre, i després s'amplifica amb l'amplificació secundària del reforç. Després es passa al cilindre mestre d'entrada la barra d'empenta.

2)La vareta d'entrada del cilindre mestre empeny el pistó per convertir la força mecànica en pressió hidràulica del líquid de fre. Aleshores, la pressió hidràulica del líquid de fre es transmet a la pinça de fre a través de la canonada i empeny el pistó de la pinça.

3) El pistó de la pinça de fre empeny les plaques de fricció per conformar el disc de fre giratori per produir fricció, que actua sobre les rodes com a parell de frenada.

No hi ha diferències de principis i aplicacions entre els vehicles elèctrics i els de combustible quan es tracta de pedals i frens. Les principals diferències entre els diferents tipus de vehicles es concentren en el mòdul "booster + cilindre mestre + ESP". El motiu pel qual s'ajunten aquí "booster + cilindre mestre + ESP" és perquè els nivells d'integració d'aquests tres mòduls són diferents en diferents solucions tècniques.

02 L'estructura del sistema de frenada del vehicle de combustible

L'estructura del sistema de frenada d'un vehicle de combustible tradicional es mostra a la figura següent.

"Booster + cilindre mestre" és un conjunt, i ESP és un mòdul independent. El "booster" aquí és en realitat un reforç de buit. El principi és que l'interior del booster està dividit en dues cavitats per un diafragma: la cavitat atmosfèrica i la cavitat de buit. Quan no es frena, tant la cambra gran com la cambra de buit estan connectades a la font de buit per formar una pressió negativa de buit. Després de trepitjar el pedal del fre, la cambra de buit continua mantenint el buit. La gran cambra d'atmosfera està connectada amb el món exterior i comença a absorbir aire. Aleshores, la diferència de pressió entre les dues cambres actua sobre el diafragma per formar la força assistida pel buit, que finalment actua sobre la barra d'empenta d'entrada del cilindre mestre. La quantitat de la força assistida pel buit està en una proporció fixa a la força d'entrada del pedal. La font de buit prové del motor. Hi ha dues maneres de proporcionar buit del motor: una és el buit format durant el procés d'admissió d'aire del col·lector d'admissió del motor i l'altra és la bomba de buit impulsada pel cigonyal del motor. L'estructura específica del cilindre mestre amb reforç de buit. el muntatge es mostra a la figura següent.

Per al sistema d'assistència al buit esmentat anteriorment, els modes de fallada típics són els següents:

1) Pedal de fre: la fractura del pedal de fre és un mode de fallada molt rar i de baix nivell. La normativa també defineix aquesta part com una part que no és susceptible de fallar. La fallada principal relacionada amb el pedal és la fallada de l'interruptor de la llum de fre (BLS). La fallada del BLS no té cap impacte en la frenada hidràulica bàsica, però afectarà les funcions de frenada electrònica com ABS/TCS/VDC, EMS i judicis lògics relacionats amb l'interruptor de la llum de fre. Per descomptat, també es veurà afectada la il·luminació de la llum de la cua de fre;

2)Potenciador de buit: el resultat més greu de la fallada de l'amplificador de buit és que no hi hagi un impuls de buit, com ara fuites de reforç, fuites de tubs de buit, etc. La sensació intuïtiva del conductor és que els frens són durs. A causa de la manca d'assistència al buit, el conductor ha d'exercir diverses vegades més força de l'habitual per aconseguir la desacceleració del vehicle en circumstàncies normals.

3)Cilindre mestre: La fallada del cilindre mestre es concentra en dues formes: fuga i enganxada. El primer farà que la pedalada sigui més llarga i suau, però el vehicle no pot establir una desacceleració normal; aquest últim farà directament que el pedal del fre no es pugui prémer.

4)Mòdul ESP: fallades a l'interruptor de la llum de fre, tren motriu, sensor de velocitat de la roda, font d'alimentació, xarxa CAN, etc., que afectaran les funcions relacionades amb l'ESP (ABS/TCS/VDC/HHC/AVH/HDC, etc.), però a causa de l'ABS/TCS/ La funció VDC només intervindrà en condicions extremes del vehicle, de manera que la fallada de la funció ESP no afectarà la frenada bàsica. És a dir, una frenada lleugera/moderada en una bona superfície de la carretera té poc efecte, però l'ABS falla durant una frenada intensa i les rodes són propenses a bloquejar-se. Les condicions de carretera més perilloses en aquest cas són les carreteres de gel, neu o grava amb baix coeficient d'adherència. Les rodes davanteres i posteriors poden lliscar fàcilment i perdre el control en frenar o conduir.

5)Frens: Hi ha moltes avaries de frens, especialment les relacionades amb la frenada NVH, però les avaries que realment afecten seriosament la seguretat de la conducció són principalment la fuita de líquid de frens a les pinces i el deteriorament de les pastilles de fricció. La fuita de líquid de fre de la pinça és similar a la fuita del cilindre mestre esmentada anteriorment. La degradació del rendiment del coixinet de fricció és causada principalment per la degradació tèrmica. Després de la degradació, l'eficiència de frenada disminueix i la desacceleració del vehicle és molt inferior a l'expectativa del conductor. El conductor sent que el cotxe no es pot frenar.

6)Altres: fallada de la canonada (fuites), fallada del sensor de velocitat de la roda, fallada de l'EPB, etc.

03 Estructura del sistema de frenada del vehicle elèctric

Atès que l'amplificador de buit requereix que el motor proporcioni buit, els vehicles d'energia nova no poden utilitzar aquest sistema que es basa en el motor per obtenir el buit quan es condueix de manera purament elèctrica.

3.1 Solució de bomba de buit electrònica

La lògica de la solució de la bomba de buit electrònica és: com que no hi ha cap motor que proporcioni una font de buit, es proporcionen peces que es poden evacuar de manera independent. El principi és molt senzill, és a dir, el motor impulsa la fulla per girar i aspirar. També hi ha tipus d'èmbol, però no s'utilitzen molt. Per tant, la solució de bomba de buit electrònica proporciona directament buit per al motor a nivell de maquinari. Les bombes de buit electròniques es divideixen en bombes independents (l'única font de buit i majors requisits de maquinari) i bombes auxiliars.

L'avantatge evident d'aquesta solució és que la quantitat de modificació és petita, i és molt adequada per compartir els sistemes de frenada de vehicles de combustible i vehicles de nova energia a la mateixa plataforma. Els inconvenients d'aquesta solució també són evidents:

1) Problemes d'arranjament causats pel soroll i la vibració de les bombes de buit electròniques;

2) El mercat principal de bombes de buit electròniques està gairebé monopolitzat, els preus són alts i la qualitat dels productes d'altres fabricants és inestable;

3) L'ESP convencional té una capacitat de generació de pressió activa baixa i no pot proporcionar un suport fort per a la recuperació d'energia i la conducció intel·ligent;

4)La fallada o l'estratègia no raonable de la bomba de buit electrònica condueix a la fallada o la reducció de l'assistència al buit. En general, la solució de bomba de buit electrònica és en realitat una solució de baix cost. A jutjar per la tendència del desenvolupament tecnològic, és una solució de transició.

3.2 Solució de reforç electrònic (de dues caixes)

Amb la promoció de vehicles de nova energia i el desenvolupament de la tecnologia de conducció intel·ligent, la interacció entre el sistema de frenada i el món exterior és cada cop més important. La gamma de creuer de vehicles d'energia nova planteja requisits més elevats per a la recuperació d'energia. La recuperació per inercia en la recuperació d'energia està relacionada amb l'estabilitat de la fixació baixa del vehicle. La recuperació de frenada requereix un sistema de frenada per dominar la frenada hidràulica i la frenada de recuperació del motor. El desenvolupament de la conducció intel·ligent també ha plantejat requisits més elevats per a la capacitat d'augment de pressió i la resposta del sistema de frenada. Al mateix temps, el disseny redundant de la conducció autònoma també requereix que el sistema de frenada tingui una funció de seguretat. Per això, Bosch ha llançat una solució de booster electrònic que no es basa en el buit, que comunament s'anomena booster electrònic iBooster. L'estructura del booster electrònic és molt diferent de la del booster de buit, però en essència encara està dissenyat per simular un booster buit. La diferència amb un reforç de buit és que l'impuls el proporciona un motor integrat. La figura següent pot il·lustrar completament el mètode d'assistència elèctrica del reforç electrònic: el motor gira per fer girar l'engranatge. Després de reduir la velocitat i augmentar el parell, el moviment de rotació finalment es converteix en moviment lineal a través de l'engranatge de cuc i, finalment, juntament amb la força transmesa des del pedal, acciona la barra d'entrada del cilindre mestre. Construir pressió hidràulica. La peça del cilindre mestre és la mateixa que l'amplificador de buit tradicional, i el seient de la vàlvula que determina la relació d'impuls de l'amplificador és bàsicament la mateixa estructura i principi que l'amplificador de buit tradicional. Com que el reforç i l'ESP són dos mòduls independents d'aquesta solució, la indústria l'anomena solució de dues caixes.

Pel que fa al criteri de l'assistència iBooster: l'ECU emmagatzemarà internament un o més conjunts de corbes de sensació del pedal calibrades durant el procés de desenvolupament del vehicle (com ara la carrera del pedal contra la desacceleració, la carrera del pedal contra l'assistència al fre, etc.). Quan el conductor prem el pedal de fre, el sensor de carrera intern de l'iBooster dedueix la intenció de frenada del conductor en funció del desplaçament del pedal de fre, calcula encara més la quantitat d'assistència objectiu i, a continuació, considera exhaustivament la quantitat de recuperació d'energia/estat de funcionament de l'ABS, etc. l'impuls definitiu de l'execució del motor iBooster. Gràcies a la potent capacitat d'assistència elèctrica d'iBooster, el mètode de control semidesacoblat controlat electrònicament i la còpia de seguretat dual natural de Two-Box (iBooster i ESP), aquesta solució de sistema de frenada té grans avantatges en la recuperació d'energia i la conducció intel·ligent. Aquesta és també la raó per la qual iBooster es pot promocionar ràpidament al mercat. Fins ara, un gran nombre de models com totes les sèries Tesla, gairebé tots els vehicles d'energia nova de Volkswagen, totes les sèries Honda Accord (inclosos els vehicles de combustible), tots els vehicles d'energia nova de Geely Lynk & Co, Mercedes-Benz S-Class, Weilai, Xpeng ha utilitzat la solució iBooster.

Per descomptat, aquest tipus de sistema també té certes mancances:

1)La sensació del pedal del fre serà pitjor que la del sistema de reforç de buit tradicional. Teòricament, el principi de coordinació de la relació d'impuls entre el reforç electrònic i el reforç de buit tradicional és el mateix (tots dos tenen estructures de disc de retroalimentació de goma), però de fet l'impuls del reforç electrònic La mida és una sèrie de processos de càlcul i execució. Durant el procés d'execució, la recollida de senyals del sensor, el càlcul del controlador i l'execució del motor produiran certs errors i retards. A més, la coordinació entre la recuperació d'energia i la frenada hidràulica també augmentarà encara més la dificultat de control, aquest procés de "simulació" no és tan "suau" com l'equilibri de forces dinàmics purament físic en els boosters de buit tradicionals.

2) Com més complexes són les coses, més gran és la probabilitat de fracàs. IBooster està fortament relacionat amb l'ESP extern, la conducció intel·ligent i els sistemes d'alimentació. Els errors relacionats amb el sistema i els errors de la xarxa CAN poden afectar la funció d'assistència elèctrica de l'iBooster.

3.3 solució d'una caixa

una caixa es defineix principalment per a dues caixes. Quan Bosch va desenvolupar la solució de dues caixes d'iBooster+ESP, l'empresa continental també estava desenvolupant una altra solució més integrada en resposta a les necessitats de l'OEM: integrar ESP i amplificador electrònic, convertint-se en un mòdul, que comunament es coneix com a caixa única. .

El One-box integra funcions d'assistència a la frenada i ESP. El mateix que la caixa de dues caixes és que l'assistència a la frenada la proporciona el motor. La diferència principal és que la força transmesa per les dues caixes a la barra d'empenta del cilindre mestre és la suma de la força d'entrada del conductor i l'assistència del motor, i la relació proporcional entre ambdues és el resultat d'un equilibri mecànic, mentre que el La força de frenada proporcionada per la caixa única prové tot del motor, sense sobreposar la força de frenada proporcionada pel conductor. La força proporcionada pel conductor a través del pedal de fre es converteix finalment en pressió hidràulica i es filtra al simulador de sensació del pedal integrat a la caixa. El simulador de sensació del pedal és en realitat un mecanisme de molla de pistó que s'utilitza per simular la sensació del pedal del fre i proporcionar al conductor retroalimentació de força i carrera.

El procés d'assistència d'una caixa es pot descriure simplement com:

1) El desplaçament generat pel pedal s'obté pel sensor i després s'introdueix a la ECU;

2)L'ECU calcula la demanda de frenada del conductor i després acciona el motor per establir la pressió hidràulica;

3) La pressió hidràulica entra als quatre cilindres de les rodes a través de la vàlvula d'entrada de l'ABS i, finalment, genera força de frenada.

Per tant, en circumstàncies normals, la força del pedal i la força de frenada proporcionada en última instància per la caixa única es desacobla mecànicament.

El benefici més evident d'aquesta integració és el petit nombre de peces i el baix pes volumètric. El disseny completament desacoblat permet ajustar teòricament la relació de desacceleració corresponent a qualsevol força del pedal o moviment desitjat mitjançant el programari, és a dir, la sensació del pedal està determinada en gran mesura pel programari. El desavantatge és que la retroalimentació de força al pedal està aïllada de la roda i el conductor no pot detectar l'estat de la roda a través del pedal. Per exemple, quan l'ABS funciona, el conductor no pot detectar la vibració del pedal. En referència a l'experiència del problema de la sensació del pedal de la caixa de dues caixes, la sensació del pedal de la caixa d'una caixa completament desacoblada mereix atenció. A més, per a la conducció intel·ligent L3 i superior, una caixa ha de connectar un mòdul ESP com a còpia de seguretat redundant. Aquí és on una caixa és inútil en la conducció intel·ligent avançada. Pel que fa a la fallada, després de fallar el reforç electrònic, la caixa de dues caixes també pot generar pressió activament per frenar mitjançant l'ESP, però la caixa única no té un sistema de seguretat a la part del reforç de fre (tret que estigui connectat un ESP de baix rendiment). ).

04 Característiques del sistema One-Box

El sistema de frenada hidràulica controlada per cable One-Box integra funcions de frenada tradicionals com ara TCS (sistema de control de tracció), ESC, ABS i EPB. A més, es pot integrar programari de control de tercers, com ara el control de la pressió dels pneumàtics, EBD (distribució electrònica de la força de frenada), AEB (sistema d'assistència al frenat automàtic), AVH (sistema d'estacionament automàtic) i altres funcions per aconseguir el desenvolupament del control integrat. de dominis de xassís controlats per cable. Les funcions principals són:

1)Control de fre de base (BBC)

Identifica automàticament la demanda de frenada del conductor detectant l'entrada del sensor de carrera del pedal del fre, estableix la força de frenada hidràulica corresponent segons el desplaçament del pedal i controla la pressió hidràulica del fre per aconseguir frenada per cable.

2) Sistema de frens antibloqueig (ABS)

Durant el procés de frenada d'emergència, es controla la pressió de frenada de les quatre rodes i la pressió hidràulica del cilindre de la roda es controla segons la velocitat de la roda per evitar el bloqueig de les rodes, millorar la força de frenada i garantir l'estabilitat de la conducció del vehicle.

3)Sistema de control de tracció (TCS)

Durant una conducció intensa, com ara l'arrencada o l'acceleració, el parell motor s'ajusta per aplicar pressió de frenada a les rodes que llisquen per evitar un lliscament excessiu de les rodes motrius.

4)Control electrònic d'estabilitat (ESC)

Quan el vehicle giri, controleu el sobreviratge o el subviratge del vehicle.

5)Sistema de recuperació d'energia de fre (CRBS)

Durant el procés de frenada, l'estat de la bateria del parell del motor i l'estat del pedal de fre es detecten en temps real i s'aconsegueix una recuperació coordinada d'energia de frenada ajustant la pressió de frenada i el parell de recuperació del motor per millorar l'autonomia de creuer del vehicle.

6)Suport a la sol·licitud de frenada AEB

Rep ordres del mòdul ADAS per implementar funcions com ara l'ompliment previ i la desacceleració del fre d'avís; augmenta ràpidament la pressió per millorar la frenada d'emergència automàtica AEB i escurçar la distància durant la frenada d'emergència AEB. Els 300+ms estalviats mitjançant una resposta ràpida poden reduir significativament la probabilitat d'activació falsa de l'AEB;

7)Admet la sol·licitud de control vertical ACC

D'acord amb les ordres del mòdul ACC, controleu el sistema de propulsió o de frenada per aconseguir acceleració i desacceleració;

8)Admet la sol·licitud de control vertical APA/RPA

D'acord amb les ordres del mòdul APA/RPA, el sistema de propulsió o de frenada es controla per aconseguir acceleració i desacceleració. En respondre a les instruccions de la trajectòria del vehicle, el vehicle es controla amb precisió en la direcció longitudinal de frenada i conducció, i el conductor pot aparcar automàticament al cotxe.

9)CST (Comfort-Stop) Aparcament còmode

10) BSW

En detectar la informació del sensor de pluja, s'estableix una certa pressió al cilindre de la roda i s'esborra la pel·lícula d'aigua del disc de fre per millorar el rendiment de frenada en dies de pluja;

11)D-EPB

L'EPB de doble control resol el problema de redundància d'aparcament dels vehicles elèctrics;

12) Fre de reserva redundant EPB-A

L'actuador EPB de la roda posterior/de la roda davantera actua com a fre de servei de seguretat.

13)Tot terreny i creep

Diverses superfícies tot terreny per millorar la transitabilitat i la seguretat

14)HFC

Proporciona pressió addicional del cilindre de les rodes al conductor quan el conductor premeu completament el pedal de fre i el vehicle no arriba a la desacceleració màxima.

05 Comparació d'una caixa i dues caixes

Per al sistema d'una o dues caixes, els proveïdors nacionals xinesos com Wanxiang, Àsia Pacífic, Bethel, Grubo, Nason i Tongyu tenen tots els productes corresponents. Els principals proveïdors estrangers de sistemes d'una o dues caixes inclouen Bosch, Continental, ZF Friedrichhshafen, Nissin, Hitachi (inclòs CBI), Mobis, Advics, etc. Els conceptes de tecnologia de producte d'aquests proveïdors són similars, i les principals diferències es troben a escala de producció massiva i maduresa del producte.