Zavorni sistemi: zadnja varnostna plast v inteligentnih vozilih

Avtomobilska industrija danes posveča pozornost varnosti baterij, krmilnikom domene avtonomne vožnje in računalniški moči. To so glavne tehnologije-"zgornje plasti", ki pritegnejo pozornost in naložbe.

Toda z vidika varnostne arhitekture vozila resnična meja varnosti ni opredeljena s temi zgornjimi plastmi. Opredeljuje gaizvedbeni sloj-fizični sistemi, zaradi katerih avto dejansko naredi, kar mu je naročeno.

V središču tega izvršilnega sloja je zavorni sistem.

Ne glede na to, ali gre za L2+ pomoč vozniku ali popolnoma avtonomno vožnjo, sta vsaka upočasnitev in zaustavitev na koncu odvisna od enega sistema. Ne glede na to, kako pametno postane odločanje-, končno fizično dejanje-upočasnitev vozila-še vedno zahteva zavorne komponente, ki vedno delujejo zanesljivo.

Ta članek razčlenjuje inženirsko realnost, ki stoji za sodobnimi zavornimi sistemi: zakaj so postali bolj zapleteni, kje so resnična tveganja in kako jih proizvajalci obravnavajo.

Tradicionalni zavorni sistemi so bili relativno enostavni. Hidravlična pot je bila jasna: od pedala do glavnega valja do zavornih čeljusti. Prenos sile je bil neposreden. Načini napak so bili predvidljivi in ​​dobro razumljeni.

Sodobna vozila, zlasti hibridi in polna električna vozila, so to sliko popolnoma spremenila.

Današnji zavorni sistemi vključujejo tri različne vire pojemka:

1. Regenerativno zaviranje
Pogonski motor zagotavlja povratni navor, upočasnjuje vozilo in hkrati obnavlja energijo. Je odziven,-brez obrabe in učinkovit-vendar je tudi podvržen omejitvam. Ko je baterija skoraj popolnoma napolnjena, ko temperature padejo ali ko motor ali baterija preide v toplotno zaščito, se zmogljivost regenerativnega zaviranja zmanjša ali popolnoma izgine.

2. Mehansko torno zaviranje
To je tradicionalni hidravlični sistem. Še vedno služi kot ultimativna varnostna rezerva, ki lahko ustavi vozilo ne glede na stanje baterije ali temperaturo. Njegove prednosti so v široki prilagodljivosti, vendar upravljanje toplote ostaja kritičen dejavnik.

3. Zavore--Wire Systems
Elektronsko nadzorovano zaviranje omogoča natančno porazdelitev sile in se neposredno integrira z zankami za nadzor avtonomne vožnje. Pedal ni več mehansko povezan s čeljustmi na enak način-namesto tega sistem interpretira vnos voznika ali ADAS in ustrezno uporabi zavorno silo.

Ti trije elementi se združijo v tisto, kar inženirji imenujejo amešana zavorna arhitektura. Kompleksnost prinaša pomembne prednosti pri učinkovitosti in nadzoru, uvaja pa tudi nove inženirske izzive, ki niso bili prisotni v čisto hidravličnih sistemih.

V mešanem sistemu je glavno inženirsko vprašanje preprosto: kako zagotoviti gladko, predvidljivo zaviranje v vseh pogojih delovanja?

Nadzor mešanja zavor

V normalnih pogojih sistem daje prednost regenerativnemu zaviranju in uporablja torno zaviranje samo kot dopolnitev, ko je to potrebno. Toda ko regenerativna zmogljivost upade-zaradi visokega SOC, hladnega vremena ali posega ABS-mora sistem neopazno preklopiti na mehansko zaviranje. Če ta prehod ni natančno nastavljen, voznik doživi nenadno spremembo pojemka. To ni samo vprašanje udobja. Neskladni prehodi lahko vplivajo na zavorno pot in voznikovo zaupanje.

Pedal Feel Ločevanje

Pri zavornem-z-žico tisto, kar voznik čuti skozi pedal, ni neposredno povezano z zavorno silo. Simulator pedala ustvari lastnosti upora in vožnje. Če želite to narediti, je potrebna obsežna kalibracija v temperaturnih območjih, obremenitvah vozil in hitrostih. Slaba kalibracija vodi do pogostih pritožb: mrtvo območje pri začetnem hodu pedala, ne-linearni odziv ali zakasnitev povratne informacije med zaustavitvami v sili.

Odzivni čas

Za funkcije ADAS, kot je samodejno zaviranje v sili, so pomembne milisekunde. Odzivni čas zavornega sistema neposredno vpliva na to, ali do trka pride ali se mu izognemo. Sodobni sistemi morajo hitro in ponovljivo ustvarjati pritisk, kar postavlja zahtevne zahteve za strojno opremo za aktiviranje in krmilne algoritme.

Toplota, masa in meje trenja

• Med vsemi tveganji pri zaviranju ostaja bledenje zavor eno najbolj kritičnih. Pri dolgotrajnem močnem zaviranju se torne površine segrejejo, koeficient trenja pade in zavorna pot se znatno poveča. V hudih primerih voznik občuti opazno podaljšanje hoda pedala, preden vozilo upočasni.
• Za električna vozila in hibride so razmere bolj zahtevne kot za običajna vozila. Če dodate baterijo, se masa vozila poveča-pogosto za nekaj sto kilogramov-, kar poveča skupno kinetično energijo, ki se mora razpršiti med zaviranjem. Medtem lahko regenerativno zaviranje nenadoma prekine v ekstremnih pogojih, kar prisili mehanske zavore, da obvladajo polno obremenitev brez opozorila.

To pomeni, da toplotna zmogljivost in odvajanje toplote nista več drugotnega pomena. Zasnova rotorja, optimizacija hladilne poti in izbira materiala neposredno vplivajo na to, ali sistem varno deluje pri dolgih spustih ali ponavljajočih se -postankih pri visoki hitrosti.

 

Ko elektronika prevzame oblast: premik k funkcionalni varnosti

 

Ker postaja zavora-z-žico pogostejša, se narava zanesljivosti spreminja. Načini mehanskih okvar so ena stvar. Druge so okvare elektronike in programske opreme.

Funkcionalni varnostni pristop zahteva predvidevanje, kako se sistem obnaša, ko gredo stvari narobe.

Tipični načini okvar, ki jih je treba obravnavati, vključujejo:

• Okvara krmilnika
• Prekinitev napajanja
• Izguba komunikacije med komponentami
• Napake senzorjev

 

Redundanca je standardni odgovor. Običajne strategije vključujejo arhitekture dvojnih-krmilnikov, neodvisne napajalnike (12 V plus 48 V ali izolirane rezerve) in ločena hidravlična vezja. Cilj je odpraviti posamezne točke okvare.

Za zavorne sisteme so cilji funkcionalne varnosti običajno usklajeni zASIL-D, najvišja raven, opredeljena v standardu ISO 26262. To pomeni, da mora sistem zaznati napake in vzdrževati varno delovanje-, kot je ohranjanje osnovne zavorne sposobnosti, tudi če napredne funkcije niso na voljo.

Temeljni kompromis-

V praksi ni enotnega "pravilnega" pristopa k oblikovanju zavornega sistema. Različni proizvajalci se različno odločajo glede na položaj vozila in pričakovanja trga.

En pristop se nagiba kvarnost-na prvem mestu: povečajte mehanske zavore, ustvarite dodatno toplotno rezervo in sprejmite nekoliko nižjo regenerativno učinkovitost. To se običajno pojavi pri premium modelih in vozilih,-ki so usmerjena v zmogljivost.

Drug pristop daje prednostenergetska učinkovitost: povečajte uporabo regenerativnega zaviranja, zmanjšajte mehanske posege zavor in sprejmite manjše meje zmogljivosti v ekstremnih pogojih. To zagotavlja boljši doseg in manjšo obrabo zavor, vendar zahteva skrbno upravljanje z omejitvami zmogljivosti.

Gre za klasičen inženirski kompromis-medvarnostni rob in učinkovitost sistema. Pravo ravnovesje je v celoti odvisno od predvidene uporabe vozila in ciljev glede zmogljivosti.

Kam so namenjeni zavorni sistemi

Naslednjo generacijo zavornih sistemov oblikuje več trendov.

• Polna zavora-z-žico

Popolna ločitev med pedalom in aktuatorji postaja standard. To odpravlja mehanske omejitve in odpira nove možnosti za nadzor in integracijo.

• Integracija z avtonomno vožnjo

Zaviranje postaja osrednja izvedbena plast znotraj širše arhitekture avtonomne vožnje. Zakasnitev ukazov, doslednost aktiviranja in obravnavanje napak so zdaj opredeljeni kot del celotnega varnostnega primera ADAS.

• Programsko{0}}določene lastnosti

Zavornega občutka in odziva ni več treba popravljati v proizvodnji. Posodobitve kalibracije je mogoče dostaviti po zraku, kar proizvajalcem omogoča izboljšanje lastnosti, ko so vozila že na cesti.

• Toplotni menedžment kot primarna disciplina

Ker postajajo vozila vse težja in regenerativno zaviranje ustvarja spremenljive toplotne obremenitve, se upravljanje temperatur zavor premika od naknadne domislice k osrednji konstrukcijski zahtevi-zlasti pri težjih vozilih in aplikacijah za povečanje zmogljivosti.

Z vsemi temi spremembami ostaja temeljna vloga zavornega sistema nespremenjena.

V najbolj ekstremnih razmerah-naj gre za nenadno oviro, sistemsko napako ali izgubo drugega nadzora-morajo zavore še vedno nadzorovano zaustaviti vozilo. To je zadnja varnostna zanka. Nobena količina inteligence v zgornjih plasteh ne more nadomestiti neuspeha na tej ravni.

Ko postajajo vozila pametnejša in bolj elektrificirana, se zavorni sistem razvija iz zrele, dobro-razumljene komponente v zapleten podsistem,-odvisen od programske opreme. Inženirski vložki so višji. Izzivi integracije so večji. Toda osnovna zahteva se ni spremenila: ko voznik ali sistem zahteva ustavitev, se mora vozilo vsakič zanesljivo ustaviti.

O SY{0}}PARTS
SY-PARTS je specializirano za dele hidravličnih zavor za svetovni avtomobilski poprodajni trg. Osredotočeni smo na glavne cilindre, kolesne valje, čeljusti in sorodne sklope-temeljne komponente, ki tvorijo mehansko hrbtenico katerega koli zavornega sistema, ne glede na to, kako inteligentno vozilo postane. Izdelujemo po doslednih standardih kakovosti