Introduktion till bromssystem med en- och tvålåda

Introduktion till bromssystem med en- och tvålåda

Nyligen har en annan höghastighetskollision med Tesla orsakat uppståndelse. Är bromsning av elfordon tillräckligt säker? Det har återuppväckt allmänhetens uppmärksamhet och diskussion. Idag kommer jag att förklara elfordons bromssystem från två aspekter: skillnaden mellan bromssystem för elfordon och traditionella fordon och den tekniska tillämpningen av elfordons bromssystem, för att ge läsare teknisk referens för att rationellt titta på frågor relaterat till bromssystemet.

01 Introduktion till personbilars bromssystem

Oavsett om det är ett traditionellt bränslefordon eller ett nytt energifordon, består det grundläggande bromssystemet av följande komponenter:

Bromskraftens överföringsväg är tre steg: pedalens mekaniska kraft → bromsvätsketrycket → bromsokets mekaniska kraft:

1)Kraften från förarens fot förstärks först av bromspedalens spakförhållande och förstärks sedan av den sekundära förstärkningen av boostern. Sedan skickas den till huvudcylindern som matar in tryckstången.

2)Huvudcylinderns ingångstryckstång trycker på kolven för att omvandla mekanisk kraft till bromsvätskans hydrauliska tryck. Bromsvätskans hydrauliska tryck överförs sedan till bromsoket genom rörledningen och tryck på bromsokkolven.

3) Bromsokets kolv trycker på friktionsplattorna för att anpassa den roterande bromsskivan för att producera friktion, som verkar på hjulen som bromsmoment.

Det finns inga skillnader i principer och tillämpningar mellan elfordon och bränslefordon när det kommer till bromspedaler och bromsar. Huvudskillnaderna mellan olika typer av fordon är koncentrerade till modulen "booster + huvudcylinder + ESP". Anledningen till att "booster + master cylinder + ESP" sätts ihop här är för att integrationsnivåerna för dessa tre moduler är olika i olika tekniska lösningar.

02 Strukturen hos bränslefordonets bromssystem

Strukturen för bromssystemet i ett traditionellt bränslefordon visas i figuren nedan.

"Booster + huvudcylinder" är en sammansättning, och ESP är en separat modul. "Boostern" här är faktiskt en vakuumförstärkare. Principen är att boosterns insida är uppdelad i två hålrum av ett membran: atmosfärshålrummet och vakuumhålrummet. När man inte bromsar är både den stora kammaren och vakuumkammaren anslutna till vakuumkällan för att bilda ett vakuumundertryck. Efter att bromspedalen trampats på fortsätter vakuumkammaren att upprätthålla vakuumet. Den stora atmosfärskammaren är kopplad till omvärlden och börjar suga in luft. Sedan verkar tryckskillnaden mellan de två kamrarna på membranet för att bilda den vakuumassisterade kraften, som slutligen verkar på huvudcylinderns ingående tryckstång. Mängden av den vakuumassisterade kraften är i en fast proportion till pedalens ingångskraft. Vakuumkällan kommer från motorn. Det finns två sätt att ge vakuum från motorn: det ena är det vakuum som bildas under luftintagsprocessen i motorns insugningsrör, och det andra är vakuumpumpen som drivs av motorns vevaxel. Den specifika strukturen hos huvudcylindern med vakuumförstärkare montering visas i figuren nedan.

För det ovan nämnda vakuumassistanssystemet är de typiska fellägena följande:

1) Bromspedal: Bromspedalbrott är ett mycket sällsynt och lågnivåfelsläge. Regelverk definierar också denna del som en del som inte är benägen att misslyckas. Det huvudsakliga pedalrelaterade felet är felet i bromsljusomkopplaren (BLS). BLS-fel har ingen inverkan på grundläggande hydraulisk bromsning, men det kommer att påverka elektroniska bromsfunktioner som ABS/TCS/VDC, EMS och logiska bedömningar relaterade till bromsljusomkopplaren. Naturligtvis kommer belysningen av bromsbakljuset också att påverkas;

2)Vakuumförstärkare: Det allvarligaste resultatet av fel på vakuumförstärkaren är ingen vakuumförstärkning, såsom boosterläckage, vakuumrörsläckage, etc. Förarens intuitiva känsla är att bromsarna är hårda. På grund av bristen på vakuumassistans måste föraren utöva flera gånger mer kraft än vanligt för att uppnå fordonets retardation under normala omständigheter.

3)Huvudcylinder: Felet i huvudcylindern är koncentrerat till två former: läckage och fast. Den förra kommer att göra att pedalslaget blir längre och mjukare, men fordonet kan inte etablera normal retardation; det senare kommer direkt att göra att bromspedalen inte kan trampas ned.

4)ESP-modul: Fel i bromsljusomkopplaren, drivlinan, hjulhastighetssensorn, strömförsörjningen, CAN-nätverket och så vidare, vilket kommer att påverka ESP-relaterade funktioner (ABS/TCS/VDC/HHC/AVH/HDC, etc.),.Men på grund av ABS/TCS/ VDC-funktionen kommer endast att ingripa under extrema fordonsförhållanden, så ett fel på ESP-funktionen kommer inte att påverka grundläggande bromsning. Det vill säga lätt/måttlig inbromsning på bra vägbana har liten effekt, men ABS sviker vid kraftig inbromsning och hjulen är benägna att låsa sig. De farligaste vägförhållandena i detta fall är is-, snö- eller grusvägar med låg vidhäftningskoefficient. Fram- och bakhjulen kan lätt slira och tappa kontrollen vid bromsning eller körning.

5)Bromsar: Det finns många bromsfel, särskilt de som är relaterade till bromsning av NVH, men de fel som verkligen påverkar körsäkerheten på allvar är främst läckage av bromsvätska i bromsoken och försämring av friktionsbeläggen. Bromsvätskeläckaget av bromsok liknar det tidigare nämnda huvudcylinderläckaget. Friktionsdynans prestandaförsämring orsakas mestadels av termisk försämring. Efter nedbrytningen minskar bromseffektiviteten och fordonets retardation är mycket lägre än förarens förväntan. Föraren upplever att bilen inte går att bromsa.

6)Andra: rörledningsfel (läckage), fel på hjulhastighetssensorn, EPB-fel, etc.

03 Elfordons bromssystemstruktur

Eftersom vakuumförstärkaren kräver att motorn ger vakuum, kan nya energifordon inte använda detta system som förlitar sig på att motorn ska få vakuum när de kör rent elektriskt.

3.1 Elektronisk vakuumpumplösning

Logiken i den elektroniska vakuumpumpslösningen är: eftersom det inte finns någon motor som tillhandahåller en vakuumkälla, tillhandahålls delar som kan evakueras oberoende. Principen är mycket enkel, det vill säga motorn driver bladet att rotera och vakuum. Det finns också kolvtyper, men de används inte i stor utsträckning. Därför ger den elektroniska vakuumpumpslösningen direkt vakuum för motorn på hårdvarunivå. Elektroniska vakuumpumpar är uppdelade i oberoende pumpar (den enda källan till vakuum och högre hårdvarukrav) och hjälppumpar.

Den uppenbara fördelen med denna lösning är att mängden modifiering är liten, och den är mycket lämplig för att dela bromssystem för bränslefordon och nya energifordon på samma plattform. Nackdelarna med denna lösning är också uppenbara:

1) Arrangemangsproblem orsakade av buller och vibrationer från elektroniska vakuumpumpar;

2) Den vanliga elektroniska vakuumpumpmarknaden är nästan monopoliserad, priserna är höga och kvaliteten på andra tillverkares produkter är instabil;

3) Den konventionella ESP har en låg aktiv tryckbyggande förmåga och kan inte ge starkt stöd för energiåtervinning och intelligent körning;

4)Felet eller den orimliga strategin för den elektroniska vakuumpumpen leder till fel eller minskning av vakuumhjälpen. Sammantaget är den elektroniska vakuumpumpslösningen faktiskt en lågkostnadslösning. Att döma av trenden med teknisk utveckling är det en övergångslösning.

3.2 Elektronisk boosterlösning (tvåboxar)

Med främjandet av nya energifordon och utvecklingen av intelligent körteknik blir samspelet mellan bromssystemet och omvärlden allt viktigare. Utbudet av nya energifordon ställer högre krav på energiåtervinning. Frirullningsåtervinningen vid energiåtervinning är relaterad till stabiliteten hos fordonets låga fäste. Bromsåterställning kräver ett bromssystem för att dominera hydraulisk bromsning och motoråterställningsbromsning. Utvecklingen av intelligent körning har också ställt högre krav på bromssystemets tryckuppbyggande förmåga och respons. Samtidigt kräver den redundanta utformningen av autonom körning också att bromssystemet måste ha en reservfunktion. Därför har Bosch lanserat en lösning av elektronisk booster som inte förlitar sig på vakuum, vilket vanligtvis kallas iBooster electronic booster. Strukturen på den elektroniska boostern skiljer sig mycket från vakuumförstärkaren, men i huvudsak är den fortfarande utformad för att simulera en tom booster. Skillnaden mot en vakuumbooster är att boosten tillhandahålls av en inbyggd motor. Följande figur kan till fullo illustrera den elektroniska boosterns kraftunderstödjande metod: motorn roterar för att driva växeln att rotera. Efter att ha minskat hastigheten och ökat vridmomentet, omvandlas den roterande rörelsen slutligen till linjär rörelse genom snäckväxeln, och slutligen, tillsammans med kraften som överförs från pedalen, driver den huvudcylinderns ingångstryckstång. Bygg hydraultryck. Huvudcylinderdelen är densamma som den traditionella vakuumförstärkaren, och ventilsätet som bestämmer boosterförhållandet är i princip samma struktur och princip som den traditionella vakuumförstärkaren. Eftersom boostern och ESP är två oberoende moduler i denna lösning, kallar branschen det för tvåboxlösningen.

Angående bedömningen av iBooster assist: ECU:n kommer internt att lagra en eller flera uppsättningar av pedalkänslaskurvor kalibrerade under fordonsutvecklingsprocessen (såsom pedalslag kontra retardation, pedalslag kontra bromsassistans, etc.). När föraren trampar ned bromspedalen, härleder iBoosterns interna slagsensor förarens bromsavsikt baserat på bromspedalens förskjutning, beräknar ytterligare målhjälpbeloppet och överväger sedan energiåtervinningsmängden/ABS-arbetsstatus, etc. Få den ultimata ökningen av iBooster-motorutförande. Tack vare iBoosters kraftfulla kraftassistanskapacitet, elektroniskt styrda semi-frikopplade kontrollmetod och den naturliga dubbla backupen av Two-Box (iBooster och ESP) har denna bromssystemlösning stora fördelar inom energiåtervinning och intelligent körning. Detta är också anledningen till att iBooster snabbt kan marknadsföras på marknaden. Hittills har ett stort antal modeller såsom alla Tesla-serier, nästan alla Volkswagen nya energifordon, alla Honda Accord-serier (inklusive bränslefordon), alla Geely Lynk & Co nya energifordon, Mercedes-Benz S-Class, Weilai, Xpeng har använt iBooster-lösningen.

Naturligtvis har denna typ av system också vissa brister:

1)Bromspedalkänslan kommer att vara sämre än för det traditionella vakuumförstärkarsystemet. Teoretiskt sett är koordinationsprincipen för boosterförhållandet mellan den elektroniska boostern och den traditionella vakuumboostern densamma (båda har gummiåterkopplingsskivor), men i själva verket är boosten för den elektroniska boostern. Storleken är en serie beräknings- och exekveringsprocesser. Under exekveringsprocessen kommer sensorns signalinsamling, styrenhetsberäkning och motorexekvering att ge vissa fel och fördröjningar. Dessutom kommer koordinationen mellan energiåtervinning och hydraulisk bromsning också att ytterligare öka svårigheten att kontrollera, denna "simulerings"-process är inte lika "smidig" som den rent fysiska dynamiska balansen av krafter på traditionella vakuumförstärkare.

2) Ju mer komplexa saker är, desto större är sannolikheten för misslyckande. IBooster är starkt relaterat till extern ESP, intelligent körning och kraftsystem. Relaterade systemfel och CAN-nätverksfel kan påverka iBoosterns strömassisterade funktion.

3.3 en-box-lösning

en-box definieras huvudsakligen för två-box. När Bosch utvecklade två-box-lösningen av iBooster+ESP utvecklade fastlandsföretaget också en annan mer integrerad lösning som svar på OEM:s behov: att integrera ESP och elektronisk booster, som blev en modul, som vanligtvis är känd som en-box .

One-boxen integrerar bromsassistans och ESP-funktioner. Samma sak som tvåboxen är att bromshjälpen tillhandahålls av motorn. Den största skillnaden är att kraften som överförs av tvåboxen till huvudcylinderns ingångstryckstång är summan av förarens ingående kraft och motorassistansen, och det proportionella förhållandet mellan de två är resultatet av en mekanisk balans, medan bromskraften som tillhandahålls av one-boxen kommer allt från motorn, utan att överlagra bromskraften som tillhandahålls av föraren. Kraften som föraren tillhandahåller genom bromspedalen omvandlas så småningom till hydrauliskt tryck och läcker in i one-boxens inbyggda pedalkänslasimulator. Pedalkänslassimulatorn är faktiskt en kolvfjädermekanism som används för att simulera bromspedalkänslan och ge föraren kraft- och slagåterkoppling.

En-box assistansprocessen kan enkelt beskrivas som:

1) Förskjutningen som genereras av pedalen erhålls av sensorn och matas sedan in i ECU:n;

2)ECU:n beräknar förarens bromsbehov och driver sedan motorn för att etablera hydraultryck;

3) Hydraultrycket kommer in i de fyra hjulcylindrarna genom ABS-inloppsventilen och genererar slutligen bromskraft.

Därför, under normala omständigheter, är pedalkraften och bromskraften som slutligen tillhandahålls av enlådan mekaniskt frånkopplade.

Den mest uppenbara fördelen med denna integration är det lilla antalet delar och den låga volymetriska vikten. Den helt frikopplade designen gör det möjligt att teoretiskt justera retardationsförhållandet motsvarande vilken önskad pedalkraft eller slag genom mjukvara som helst, det vill säga att pedalkänslan till stor del bestäms av mjukvara. Nackdelen är att kraftåterkopplingen på pedalen är isolerad från hjulet, och föraren kan inte känna av hjulets status genom pedalen. Till exempel, när ABS fungerar kan föraren inte känna av pedalens vibrationer. Med hänvisning till upplevelsen av problem med pedalkänslan i tvåboxen, är pedalkänslan hos den helt frikopplade enboxen värd att uppmärksammas. Dessutom, för L3 och uppåt intelligent körning, behöver one-box koppla in en ESP-modul som en redundant backup. Det är här one-box är värdelös vid avancerad intelligent körning. När det gäller fel, efter att den elektroniska boostern misslyckas, kan tvåboxen också aktivt bygga tryck för bromsning av ESP, men enboxen har inget reservsystem i bromsförstärkardelen (såvida inte en lågpresterande ESP är inkopplad ).

04 One-Box-systemets funktioner

One-Box trådstyrda hydrauliska bromssystem integrerar traditionella bromsfunktioner som TCS (traktionskontrollsystem), ESC, ABS och EPB. Dessutom kan kontrollmjukvara från tredje part integreras, såsom däcktrycksövervakning, EBD (Electronic Brake Force Distribution), AEB (Automatic Brake Assist System), AVH (Automatic Parking System) och andra funktioner för att uppnå utvecklingen av integrerad kontroll av trådstyrda chassidomäner. Huvudfunktionerna är:

1)Basbromskontroll (BBC)

Den identifierar automatiskt förarens bromsbehov genom att detektera ingången från bromspedalslagsensorn, fastställer motsvarande hydrauliska bromskraft enligt pedalförskjutningen och styr bromshydrauliktrycket för att uppnå broms-by-wire.

2) Låsningsfritt bromssystem (ABS)

Under nödbromsningsprocessen kontrolleras det fyrhjuliga bromstrycket, och hjulcylinderns hydraultryck styrs enligt hjulhastigheten för att förhindra hjullåsning, förbättra bromsstyrkan och säkerställa fordonets körstabilitet.

3)Traction Control System (TCS)

Vid kraftig körning, såsom start eller acceleration, justeras motorns vridmoment för att anbringa bromstryck på de glidande hjulen för att förhindra överdriven slirning av drivhjulen.

4)Elektronisk stabilitetskontroll (ESC)

När fordonet svänger, kontrollera överstyrningen eller understyrningen av fordonet.

5)Bromsenergiåtervinningssystem (CRBS)

Under bromsprocessen detekteras motorns vridmomentbatteristatus och bromspedalens status i realtid, och koordinerad återvinning av bromsenergi uppnås genom att justera bromstrycket och motorns återhämtningsmoment för att förbättra fordonets marschintervall.

6)Stöd AEB-bromsningsförfrågan

Tar emot ADAS-modulkommandon för att implementera funktioner som Prefill och Warning Brake Deceleration; ökar snabbt trycket för att förbättra AEB automatisk nödbromsning och förkorta sträckan under AEB nödbromsning. De 300+ms som sparas genom snabba svar kan avsevärt minska sannolikheten för att AEB utlöser falskt;

7)Stöd ACC vertikal kontrollbegäran

Styr drivlinan eller bromssystemet enligt ACC-modulens kommandon för att uppnå acceleration och retardation;

8)Stöd APA/RPA vertikal kontrollbegäran

Enligt APA/RPA-modulens kommandon styrs drivlinan eller bromssystemet för att uppnå acceleration och retardation. Genom att svara på instruktionerna för fordonets bana styrs fordonet noggrant i längdriktningen för inbromsning och körning, och föraren kan automatiskt parkera i bilen.

9)CST(Comfort-Stop) Bekväm parkering

10) BSW

Genom att detektera informationen från regnsensorn etableras ett visst tryck på hjulcylindern och vattenfilmen på bromsskivan torkas för att förbättra bromsprestandan under regniga dagar;

11)D-EPB

Dual-control EPB löser problemet med parkeringsredundans för elfordon;

12) Redundant reservbroms EPB-A

Bakhjulet/framhjulets EPB-ställdon fungerar som en reservdriftsbroms.

13)All terräng och krypning

Olika terrängytor för att förbättra framkomligheten och säkerheten

14)Fluorkolväten

Ger ytterligare hjulcylindertryck till föraren när föraren trampar ner bromspedalen helt och fordonet inte når maximal retardation.

05 Jämförelse av en-box och två-box

För en-box- eller två-box-systemet har kinesiska inhemska leverantörer som Wanxiang, Asia Pacific, Bethel, Grubo, Nason och Tongyu alla motsvarande produkter. De främsta utländska leverantörerna av enbox- eller tvåboxsystem inkluderar Bosch, Continental, ZF Friedrichhshafen, Nissin, Hitachi (inklusive CBI), Mobis, Advics, etc. Produktteknikkoncepten hos dessa leverantörer är likartade, och de huvudsakliga skillnaderna ligger i massproduktionsskala och produktmognad.