Uvod u kočione sustave s jednom i dvije kutije

Uvod u kočione sustave s jednom i dvije kutije

Nedavno je još jedan nezgoda sudara Tesle pri velikoj brzini izazvala pomutnju. Je li kočenje električnih vozila dovoljno sigurno? Ponovno je potaknuo pozornost javnosti i raspravu. Danas ću objasniti kočni sustav električnih vozila s dva aspekta: razliku između kočionih sustava električnih vozila i tradicionalnih vozila i tehničku primjenu kočionih sustava električnih vozila, kako bih čitateljima pružio tehničku referencu za racionalno sagledavanje pitanja vezano uz kočioni sustav.

01 Uvod u kočione sustave osobnih vozila

Bilo da se radi o vozilu na tradicionalno gorivo ili vozilu s novom energijom, osnovni sustav kočenja sastoji se od sljedećih komponenti:

Put prijenosa sile kočenja sastoji se od tri stupnja: mehanička sila na papučici → tlak kočione tekućine → mehanička sila čeljusti:

1)Sila iz vozačeve noge prvo se pojačava omjerom poluge papučice kočnice, a zatim se pojačava sekundarnim pojačanjem pojačivača. Zatim se prenosi do glavnog cilindra na ulazu potisne šipke.

2)Ulazna potisna poluga glavnog cilindra gura klip kako bi se mehanička sila pretvorila u hidraulički tlak kočione tekućine. Hidraulički tlak kočione tekućine zatim se prenosi na čeljust kočnice kroz cjevovod i gura klip čeljusti.

3) Klip kočione čeljusti gura tarne ploče kako bi se prilagodio rotirajućem kočionom disku i proizveo trenje, koje djeluje na kotače kao moment kočenja.

Ne postoje razlike u principima i primjeni između električnih vozila i vozila na gorivo kada su u pitanju papučice kočnice i kočnice. Glavne razlike između različitih tipova vozila koncentrirane su u modulu "pojačivač motora + glavni cilindar + ESP". Razlog zašto su "pojačivač + glavni cilindar + ESP" ovdje spojeni je taj što su razine integracije ova tri modula različite u različitim tehničkim rješenjima.

02 Struktura kočnog sustava vozila s pogonskim gorivom

Struktura kočionog sustava vozila na tradicionalno gorivo prikazana je na donjoj slici.

"Pojačivač + glavni cilindar" je sklop, a ESP je zaseban modul. Ovdje je "pojačivač" zapravo vakuumski pojačivač. Načelo je da je unutrašnjost pojačivača dijafragmom podijeljena u dvije šupljine: atmosfersku šupljinu i vakuumsku šupljinu. Kada ne koče, i velika komora i vakuumska komora spojene su na izvor vakuuma kako bi stvorile vakuumski negativni tlak. Nakon što se pritisne papučica kočnice, vakuumska komora nastavlja održavati vakuum. Velika atmosferska komora povezana je s vanjskim svijetom i počinje uzimati zrak. Tada razlika tlaka između dviju komora djeluje na dijafragmu i stvara silu potpomognutu vakuumom, koja u konačnici djeluje na ulaznu potisnu polugu glavnog cilindra. Količina potpomognute sile vakuumom je u fiksnom omjeru s ulaznom silom pedale. Izvor vakuuma dolazi iz motora. Dva su načina osiguravanja vakuuma iz motora: jedan je vakuum koji nastaje tijekom procesa usisavanja zraka u usisnu granu motora, a drugi je vakuum pumpa koju pokreće radilica motora. Specifična struktura glavnog cilindra s vakuumskim pojačivačem sklop je prikazan na slici ispod.

Za gore spomenuti vakuumski pomoćni sustav, tipični načini kvara su sljedeći:

1) Papučica kočnice: Lom papučice kočnice vrlo je rijedak i slab način kvara. Propisi također definiraju ovaj dio kao dio koji nije sklon kvaru. Glavni kvar povezan s papučicom je kvar prekidača svjetla kočnice (BLS). Kvar BLS-a nema utjecaja na osnovno hidrauličko kočenje, ali će utjecati na funkcije elektroničkog kočenja kao što su ABS/TCS/VDC, EMS i logičke prosudbe povezane s prekidačem svjetla kočnice. Naravno, to će također utjecati na osvjetljenje stražnjeg svjetla kočnice;

2)Vakuumski pojačivač: Najozbiljnija posljedica kvara vakuumskog pojačivača je izostanak vakuumskog pojačanja, kao što je curenje pojačivača, curenje vakuumske cijevi itd. Intuitivni osjećaj vozača je da su kočnice teške. Zbog nedostatka vakuumske pomoći, vozač mora djelovati nekoliko puta više nego inače kako bi postigao usporavanje vozila u normalnim okolnostima.

3)Glavni cilindar: Kvar glavnog cilindra koncentriran je u dva oblika: curenje i zaglavljivanje. Prvo će uzrokovati dulji i mekši hod papučice, ali vozilo ne može uspostaviti normalno usporavanje; potonje će izravno uzrokovati da se papučica kočnice ne može pritisnuti.

4)ESP modul: Kvarovi na prekidaču kočionog svjetla, pogonskom sklopu, senzoru brzine kotača, napajanju, CAN mreži i tako dalje, što će utjecati na funkcije povezane s ESP-om (ABS/TCS/VDC/HHC/AVH/HDC, itd.), Ali zbog ABS/TCS/ VDC funkcija će intervenirati samo u ekstremnim uvjetima vozila, tako da kvar ESP funkcije neće utjecati na osnovno kočenje. Odnosno, lagano/umjereno kočenje na dobroj podlozi ima mali učinak, ali ABS otkazuje prilikom jakog kočenja i kotači su skloni blokiranju. Najopasniji uvjeti na cesti u ovom slučaju su poledica, snijeg ili makadam s niskim koeficijentom prianjanja. Prednji i stražnji kotači mogu lako proklizati i izgubiti kontrolu prilikom kočenja ili vožnje.

5)Kočnice: Postoje mnogi kvarovi na kočnicama, posebno oni koji se odnose na NVH kočenje, ali kvarovi koji zaista ozbiljno utječu na sigurnost vožnje uglavnom su curenje kočione tekućine u čeljustima i propadanje tarnih pločica. Curenje kočione tekućine iz čeljusti slično je gore spomenutom curenju glavnog cilindra. Smanjenje performansi tarne podloge uglavnom je uzrokovano toplinskom degradacijom. Nakon degradacije, učinkovitost kočenja se smanjuje, a usporenje vozila daleko je manje od očekivanja vozača. Vozač osjeća da automobil ne može zakočiti.

6)Ostalo: kvar cjevovoda (curenje), kvar senzora brzine kotača, kvar EPB-a itd.

03 Struktura kočnog sustava električnih vozila

Budući da pojačivač podtlaka zahtijeva da motor osigurava podtlak, vozila s novom energijom ne mogu koristiti ovaj sustav koji se oslanja na motor za postizanje podtlaka kada se vozi isključivo na električni pogon.

3.1 Rješenje elektroničke vakuumske pumpe

Logika rješenja elektroničke vakuumske pumpe je: budući da ne postoji motor koji bi osigurao izvor vakuuma, tada su osigurani dijelovi koji se mogu samostalno prazniti. Princip je vrlo jednostavan, odnosno motor pokreće oštricu na rotaciju i vakuum. Postoje i vrste klipova, ali nisu u širokoj upotrebi. Stoga rješenje elektroničke vakuumske pumpe izravno osigurava vakuum za motor na hardverskoj razini. Elektroničke vakuumske pumpe dijele se na samostalne pumpe (jedini izvor vakuuma i veći hardverski zahtjevi) i pomoćne pumpe.

Očita prednost ovog rješenja je u tome što je količina modifikacije mala i vrlo je prikladno za dijeljenje kočionih sustava vozila na gorivo i vozila na novu energiju na istoj platformi. Nedostaci ovog rješenja također su očiti:

1) Problemi s rasporedom uzrokovani bukom i vibracijama elektroničkih vakuumskih pumpi;

2) Glavno tržište elektroničkih vakuumskih pumpi gotovo je monopolizirano, cijene su visoke, a kvaliteta proizvoda drugih proizvođača nestabilna;

3) Konvencionalni ESP ima nisku sposobnost izgradnje aktivnog tlaka i ne može pružiti snažnu podršku za obnovu energije i inteligentnu vožnju;

4)Kvar ili nerazumna strategija elektroničke vakuumske pumpe dovodi do kvara ili smanjenja vakuumske pomoći. Općenito, rješenje elektroničke vakuumske pumpe zapravo je jeftino rješenje. Sudeći prema trendu tehnološkog razvoja, riječ je o prijelaznom rješenju.

3.2 Rješenje elektroničkog pojačivača (dvije kutije)

S promicanjem novih energetskih vozila i razvojem tehnologije inteligentne vožnje, interakcija između kočionog sustava i vanjskog svijeta postaje sve važnija. Ponuda novih energetskih vozila za krstarenje postavlja veće zahtjeve za obnovu energije. Oporavak pri vožnji uz pomoć obnove energije povezan je sa stabilnošću niskog priključka vozila. Oporavak kočenja zahtijeva da kočioni sustav dominira hidrauličkim kočenjem i kočenjem za oporavak motora. Razvoj inteligentne vožnje također je postavio veće zahtjeve za sposobnost stvaranja pritiska i odziv kočionog sustava. U isto vrijeme, redundantni dizajn autonomne vožnje također zahtijeva da sustav kočenja mora imati rezervnu funkciju. Stoga je Bosch lansirao rješenje elektroničkog pojačivača koji se ne oslanja na vakuum, a koji se obično naziva iBooster elektronički pojačivač. Struktura elektroničkog pojačivača jako se razlikuje od strukture vakuumskog pojačivača, ali u biti je još uvijek dizajnirana da simulira prazan pojačivač. Razlika od vakuumskog pojačivača je u tome što pojačanje daje ugrađeni motor. Sljedeća slika može u potpunosti ilustrirati metodu pomoćne snage elektroničkog pojačivača: motor se okreće kako bi se zupčanik okretao. Nakon smanjenja broja okretaja i povećanja zakretnog momenta, rotacijsko gibanje se konačno pretvara u pravocrtno kroz pužni prijenosnik, te konačno, zajedno sa silom koja se prenosi s papučice, pokreće potisnu polugu glavnog cilindra. Izgradite hidraulički tlak. Dio glavnog cilindra isti je kao kod tradicionalnog vakuumskog pojačivača, a sjedište ventila koje određuje omjer prednabijanja u osnovi je iste strukture i principa kao i kod tradicionalnog vakuumskog pojačivača. Budući da su pojačivač i ESP dva neovisna modula u ovom rješenju, industrija ga naziva rješenjem s dvije kutije.

U vezi s procjenom iBooster asistencije: ECU će interno pohraniti jedan ili više skupova krivulja osjećaja papučice kalibriranih tijekom procesa razvoja vozila (kao što je hod papučice u odnosu na usporavanje, hod papučice u odnosu na pomoć pri kočenju, itd.). Kada vozač pritisne papučicu kočnice, iBoosterov interni senzor hoda zaključuje o vozačevoj namjeri kočenja na temelju pomaka papučice kočnice, dalje izračunava ciljnu pomoćnu količinu, a zatim sveobuhvatno razmatra količinu povrata energije/radni status ABS-a, itd. Dobiti krajnje pojačanje izvedbe iBooster motora. Zahvaljujući iBooster-ovoj snažnoj mogućnosti servopomoći, elektronički kontroliranoj polu-odvojnoj metodi upravljanja i prirodnoj dvostrukoj rezervi Two-Box-a (iBooster i ESP), ovo rješenje kočionog sustava ima velike prednosti u obnovi energije i inteligentnoj vožnji. To je i razlog zašto se iBooster može brzo plasirati na tržište. Do sada je velik broj modela kao što su sve serije Tesla, gotovo sva Volkswagen nova energetska vozila, sve Honda Accord serije (uključujući vozila na gorivo), sva Geely Lynk & Co nova energetska vozila, Mercedes-Benz S-klasa, Weilai, Xpeng je koristio iBooster rješenje.

Naravno, ova vrsta sustava ima i određene nedostatke:

1)Osjećaj papučice kočnice bit će lošiji nego kod tradicionalnog sustava vakuumskog pojačanja. Teoretski, princip koordinacije omjera pojačanja između elektroničkog pojačivača i tradicionalnog vakuumskog pojačivača isti je (oba imaju strukturu gumenih povratnih diskova), ali zapravo je pojačanje elektroničkog pojačivača veličine niz postupaka izračuna i izvođenja. Tijekom procesa izvođenja, prikupljanje signala senzora, izračun kontrolera i izvođenje motora proizvest će određene pogreške i kašnjenja. Osim toga, koordinacija između povrata energije i hidrauličkog kočenja također će dodatno povećati poteškoće upravljanja, ovaj proces "simulacije" nije tako "gladak" kao čisto fizička dinamička ravnoteža sila na tradicionalnim vakuumskim pojačivačima.

2) Što su stvari složenije, to je veća vjerojatnost neuspjeha. IBooster je snažno povezan s vanjskim ESP-om, inteligentnom vožnjom i sustavima napajanja. Povezani kvarovi sustava i kvarovi CAN mreže mogu utjecati na funkciju napajanja iBoostera.

3.3 jednokutijsko rješenje

one-box je uglavnom definiran za two-box. Kada je Bosch razvio rješenje s dvije kutije iBooster+ESP, tvrtka s kopna također je razvijala još jedno integriranije rješenje kao odgovor na potrebe OEM-a: integriranje ESP-a i elektroničkog pojačivača, postajući modul, koji je općenito poznat kao one-box .

One-box integrira funkcije pomoći pri kočenju i ESP. Ista stvar kao kod dvije kutije je da pomoć pri kočenju osigurava motor. Glavna je razlika u tome što je sila koju prenosi dvo-kutija na potisnu polugu glavnog cilindra zbroj ulazne sile vozača i pomoćnog motora, a proporcionalni odnos između njih dvoje rezultat je mehaničke ravnoteže, dok je sila kočenja koju pruža one-box dolazi iz motora, bez superponiranja sile kočenja koju daje vozač. Sila koju daje vozač kroz papučicu kočnice na kraju se pretvara u hidraulički tlak i ispušta u simulator osjećaja papučice ugrađen u one-box. Simulator osjećaja papučice zapravo je klipni opružni mehanizam koji se koristi za simulaciju osjećaja papučice kočnice i pruža vozaču povratnu informaciju o sili i hodu.

Proces pomoći u jednoj kutiji može se jednostavno opisati kao:

1) Senzor dobiva pomak koji stvara papučica i zatim ga unosi u ECU;

2)ECU izračunava vozačev zahtjev za kočenjem i zatim pokreće motor da uspostavi hidraulički tlak;

3) Hidraulički tlak ulazi u četiri cilindra kotača kroz ulazni ventil ABS-a i na kraju stvara silu kočenja.

Prema tome, u normalnim okolnostima, sila na papučici i sila kočenja koje u konačnici osigurava one-box mehanički su odvojene.

Najočitija prednost ove integracije je mali broj dijelova i mala volumetrijska težina. Potpuno odvojeni dizajn omogućuje teoretsku prilagodbu odnosa usporavanja koji odgovara bilo kojoj željenoj sili ili hodu papučice putem softvera, to jest, osjećaj papučice je u velikoj mjeri određen softverom. Nedostatak je što je povratna sila na papučicu izolirana od kotača, pa vozač ne može osjetiti status kotača preko papučice. Na primjer, kada ABS radi, vozač ne može osjetiti vibraciju papučice. Pozivajući se na iskustvo s problemom osjećaja pedale kod dvije kutije, osjećaj pedale kod potpuno odvojene jednokutije je vrijedan pažnje. Osim toga, za L3 i iznad inteligentne vožnje, one-box treba priključiti ESP modul kao suvišnu rezervu. Ovdje je one-box beskoristan u naprednoj inteligentnoj vožnji. Što se kvara tiče, nakon kvara elektroničkog pojačivača snage, dvokutija također može aktivno stvarati pritisak za kočenje putem ESP-a, ali jednokutija nema pomoćni sustav u dijelu pojačivača kočnice (osim ako je priključen ESP niskih performansi ).

04 Značajke sustava One-Box

Žičano kontrolirani hidraulički kočioni sustav One-Box integrira tradicionalne funkcije kočenja kao što su TCS (sustav kontrole proklizavanja), ESC, ABS i EPB. Osim toga, može se integrirati upravljački softver treće strane, kao što je nadzor tlaka u gumama, EBD (Electronic Brake Force Distribution), AEB (Automatic Brake Assist System), AVH (Automatic Parking System) i druge funkcije za postizanje razvoja integrirane kontrole žičano kontroliranih domena šasije. Glavne funkcije su:

1)Kontrola osnovne kočnice (BBC)

Automatski prepoznaje zahtjeve vozača za kočenjem otkrivajući ulaz senzora hoda papučice kočnice, uspostavlja odgovarajuću hidrauličku silu kočenja prema pomaku papučice i kontrolira hidraulički tlak kočnice kako bi se postigla kočnica putem žice.

2) Sustav protiv blokiranja kotača (ABS)

Tijekom procesa kočenja u nuždi, kontrolira se tlak kočenja četiri kotača, a hidraulički tlak cilindra kotača kontrolira se prema brzini kotača kako bi se spriječilo blokiranje kotača, poboljšala snaga kočenja i osigurala stabilnost vožnje vozila.

3)Sustav kontrole proklizavanja (TCS)

Tijekom snažne vožnje, kao što je pokretanje ili ubrzavanje, okretni moment motora se prilagođava za primjenu kočionog pritiska na proklizavajuće kotače kako bi se spriječilo pretjerano proklizavanje pogonskih kotača.

4)Elektronička kontrola stabilnosti (ESC)

Kada vozilo skreće, kontrolirajte preupravljanje ili podupravljanje vozila.

5)Sustav povrata energije kočenja (CRBS)

Tijekom procesa kočenja, status baterije okretnog momenta motora i status papučice kočnice otkrivaju se u stvarnom vremenu, a koordinirana obnova energije kočenja postiže se prilagodbom tlaka kočenja i momenta oporavka motora kako bi se poboljšao domet krstarenja vozila.

6)Podržava zahtjev za AEB kočenjem

Prima naredbe ADAS modula za implementaciju funkcija kao što su Prefill i Warning Brake Deceleration; brzo povećava pritisak kako bi poboljšao AEB automatsko kočenje u nuždi i skratio udaljenost tijekom AEB kočenja u nuždi. 300+ms spremljene brzim odgovorom mogu značajno smanjiti vjerojatnost lažnog aktiviranja AEB-a;

7)Podrška ACC zahtjev za vertikalnu kontrolu

U skladu s naredbama modula ACC, upravljajte pogonskim sklopom ili sustavom kočenja za postizanje ubrzanja i usporavanja;

8)Podržava APA/RPA zahtjev za vertikalnu kontrolu

Prema naredbama APA/RPA modula, pogonski sklop ili kočioni sustav se kontroliraju kako bi se postiglo ubrzanje i usporavanje. Odgovarajući na upute putanje vozila, vozilo se točno kontrolira u uzdužnom smjeru kočenja i vožnje, a vozač može automatski parkirati u automobilu.

9)CST (Comfort-Stop) Udobno parkiranje

10) BSW

Detektiranjem informacija sa senzora za kišu, uspostavlja se određeni pritisak na cilindar kotača, a vodeni film na kočionom disku se briše kako bi se poboljšala učinkovitost kočenja u kišnim danima;

11)D-EPB

EPB s dvostrukom kontrolom rješava problem suvišnosti parkiranja električnih vozila;

12) Redundantna pomoćna kočnica EPB-A

EPB pokretač stražnjeg/prednjeg kotača djeluje kao pomoćna radna kočnica.

13)Sve terene i puzanje

Razne terenske površine za poboljšanje prohodnosti i sigurnosti

14)HFC

Omogućuje vozaču dodatni pritisak u cilindru kotača kada vozač potpuno pritisne papučicu kočnice, a vozilo ne postigne maksimalno usporavanje.

05 Usporedba jednokutije i dvije kutije

Za sustav s jednom ili dvije kutije, kineski domaći dobavljači kao što su Wanxiang, Asia Pacific, Bethel, Grubo, Nason i Tongyu imaju odgovarajuće proizvode. Glavni inozemni dobavljači sustava s jednom ili dvije kutije uključuju Bosch, Continental, ZF Friedrichhshafen, Nissin, Hitachi (uključujući CBI), Mobis, Advics itd. Koncepti tehnologije proizvoda ovih dobavljača su slični, a glavne razlike leže u u opsegu masovne proizvodnje i zrelosti proizvoda.