Uvod v zavorne sisteme z eno in dvema zavorama

Uvod v zavorne sisteme z eno in dvema zavorama

Nedavno je še en incident pri visoki hitrosti Tesle povzročil razburjenje. Je zaviranje električnih vozil dovolj varno? Ponovno je vzbudil pozornost javnosti in razpravo. Danes bom razložil zavorni sistem električnih vozil z dveh vidikov: razliko med zavornimi sistemi električnih vozil in tradicionalnih vozil ter tehnično uporabo zavornih sistemov električnih vozil, da bi bralcem zagotovil tehnično referenco za racionalen pogled na vprašanja povezanih z zavornim sistemom.

01 Uvod v zavorne sisteme osebnih vozil

Ne glede na to, ali gre za vozilo na tradicionalno gorivo ali vozilo z novo energijo, je osnovni zavorni sistem sestavljen iz naslednjih komponent:

Pot prenosa zavorne sile je tristopenjska: mehanska sila na stopalki → tlak zavorne tekočine → mehanska sila čeljusti:

1)Sila voznikovega stopala se najprej poveča z razmerjem ročice zavornega pedala, nato pa se poveča s sekundarnim ojačanjem ojačevalnika. Nato se prenese na vhod glavnega valja potisne palice.

2)Vhodna potisna palica glavnega valja potiska bat, da se mehanska sila pretvori v hidravlični tlak zavorne tekočine. Hidravlični tlak zavorne tekočine se nato prenese na zavorno čeljust skozi cevovod in potisne bat čeljusti.

3) Bat zavorne čeljusti potiska torne plošče, da se prilagodijo vrtečemu se zavornemu kolutu, da ustvarijo trenje, ki deluje na kolesa kot zavorni moment.

Pri zavornih pedalih in zavorah med električnimi vozili in vozili na gorivo ni razlik v načelih in aplikacijah. Glavne razlike med različnimi tipi vozil so koncentrirane v modulu "ojačevalnik + glavni valj + ESP". Razlog, zakaj so tukaj združeni "ojačevalnik + glavni zavorni cilinder + ESP", je v tem, da so stopnje integracije teh treh modulov različne v različnih tehničnih rešitvah.

02 Zgradba zavornega sistema vozila z gorivom

Struktura zavornega sistema vozila na tradicionalno gorivo je prikazana na spodnji sliki.

"Ojačevalnik + glavni valj" je sklop, ESP pa je ločen modul. "Ojačevalnik" je pravzaprav vakuumski ojačevalnik. Načelo je, da je notranjost ojačevalnika razdeljena na dve votlini z diafragmo: atmosfersko votlino in vakuumsko votlino. Ko ne zavirata, sta velika komora in vakuumska komora povezani z virom vakuuma, da tvorita vakuumski podtlak. Ko pohodite zavorni pedal, vakuumska komora še naprej vzdržuje vakuum. Velika atmosferska komora je povezana z zunanjim svetom in začne zajemati zrak. Nato razlika v tlaku med obema komorama deluje na diafragmo, da se oblikuje vakuumsko podprta sila, ki na koncu deluje na vhodni potisni drog glavnega valja. Količina vakuumsko podprte sile je v fiksnem razmerju z vhodno silo pedala. Vir vakuuma prihaja iz motorja. Obstajata dva načina zagotavljanja podtlaka iz motorja: prvi je podtlak, ki nastane med postopkom dovoda zraka v sesalni razdelilnik motorja, drugi pa je vakuumska črpalka, ki jo poganja ročična gred motorja. Posebna zgradba glavnega cilindra z vakuumskim ojačevalnikom sestavljanje je prikazano na spodnji sliki.

Za zgoraj omenjeni sistem vakuumske pomoči so tipični načini napak naslednji:

1) Zavorni pedal: Zlom zavornega pedala je zelo redek in nizek način okvare. Predpisi tudi ta del opredeljujejo kot del, ki ni nagnjen k okvaram. Glavna okvara, povezana s pedalom, je okvara stikala zavorne luči (BLS). Okvara BLS ne vpliva na osnovno hidravlično zaviranje, vpliva pa na elektronske zavorne funkcije, kot so ABS/TCS/VDC, EMS in logične presoje, povezane s stikalom zavorne luči. Seveda bo to vplivalo tudi na osvetlitev zadnje zavorne luči;

2)Vakuumski ojačevalnik: Najresnejša posledica okvare vakuumskega ojačevalnika je pomanjkanje vakuumskega ojačevalnika, kot je puščanje ojačevalnika, puščanje vakuumske cevi itd. Voznikov intuitivni občutek je, da so zavore trde. Zaradi pomanjkanja vakuumske pomoči mora voznik uporabiti nekajkrat večjo silo kot običajno, da v normalnih okoliščinah doseže pojemek vozila.

3)Glavni valj: Okvara glavnega valja je koncentrirana v dveh oblikah: puščanje in zagozditev. Prvo bo povzročilo, da bo hod pedala postal daljši in mehkejši, vendar vozilo ne more vzpostaviti običajnega pojemka; slednje bo neposredno povzročilo, da zavornega pedala ni mogoče pritisniti.

4)Modul ESP: Napake v stikalu zavorne luči, pogonskem sistemu, senzorju hitrosti koles, napajalniku, omrežju CAN in tako naprej, kar bo vplivalo na funkcije, povezane z ESP (ABS/TCS/VDC/HHC/AVH/HDC itd.), vendar zaradi ABS/TCS/ Funkcija VDC bo posredovala le v ekstremnih pogojih vozila, zato okvara funkcije ESP ne bo vplivala na osnovno zaviranje. Se pravi, da rahlo/zmerno zaviranje na dobri cestišču malo vpliva, ABS pa pri močnem zaviranju odpove in kolesa so nagnjena k blokiranju. Najnevarnejše cestne razmere so v tem primeru poledica, sneg ali makadam z nizkim koeficientom oprijema. Sprednja in zadnja kolesa lahko zlahka zdrsnejo in izgubijo nadzor pri zaviranju ali vožnji.

5)Zavore: Okvar zavor je veliko, predvsem tistih, ki so povezane z zaviranjem NVH, vendar so okvare, ki res resno vplivajo na varnost vožnje, predvsem puščanje zavorne tekočine v čeljustih in dotrajanost tornih ploščic. Puščanje zavorne tekočine iz čeljusti je podobno zgoraj omenjenemu puščanju glavnega valja. Poslabšanje zmogljivosti torne ploščice je večinoma posledica toplotne degradacije. Po poslabšanju se učinkovitost zaviranja zmanjša in pojemek vozila je veliko nižji od pričakovanj voznika. Voznik čuti, da avtomobila ni mogoče zavirati.

6)Drugo: okvara cevovoda (puščanje), okvara senzorja hitrosti kolesa, okvara EPB itd.

03 Struktura zavornega sistema električnega vozila

Ker vakuumski ojačevalnik zahteva, da motor zagotavlja podtlak, nova energetska vozila ne morejo uporabljati tega sistema, ki se zanaša na motor za doseganje podtlaka pri izključno električni vožnji.

3.1 Rešitev elektronske vakuumske črpalke

Logika rešitve elektronske vakuumske črpalke je: ker ni motorja, ki bi zagotavljal vir vakuuma, so zagotovljeni deli, ki jih je mogoče neodvisno izprazniti. Princip je zelo preprost, to pomeni, da motor poganja rezilo, da se vrti in vakuumira. Obstajajo tudi vrste bata, vendar se ne uporabljajo široko. Zato rešitev elektronske vakuumske črpalke neposredno zagotavlja vakuum za motor na ravni strojne opreme. Elektronske vakuumske črpalke delimo na samostojne črpalke (edini vir vakuuma in višje strojne zahteve) in pomožne črpalke.

Očitna prednost te rešitve je, da je obseg sprememb majhen in je zelo primerna za souporabo zavornih sistemov vozil na gorivo in vozil na novo energijo na isti platformi. Očitne so tudi slabosti te rešitve:

1) Težave z razporeditvijo zaradi hrupa in tresljajev elektronskih vakuumskih črpalk;

2) Glavni trg elektronskih vakuumskih črpalk je skoraj monopoliziran, cene so visoke, kakovost izdelkov drugih proizvajalcev pa nestabilna;

3) Običajni ESP ima nizko zmožnost ustvarjanja aktivnega tlaka in ne more zagotoviti močne podpore za obnavljanje energije in inteligentno vožnjo;

4)Okvara ali nerazumna strategija elektronske vakuumske črpalke povzroči odpoved ali zmanjšanje vakuumske pomoči. Na splošno je rešitev elektronske vakuumske črpalke dejansko poceni rešitev. Glede na trend tehnološkega razvoja gre za prehodno rešitev.

3.2 Rešitev elektronskega pospeševalnika (dve škatli)

S promocijo novih energijskih vozil in razvojem tehnologije inteligentne vožnje postaja interakcija med zavornim sistemom in zunanjim svetom vse pomembnejša. Ponudba potovalnih vozil z novo energijo postavlja višje zahteve glede rekuperacije energije. Obnovitev pri iztekanju pri obnovitvi energije je povezana s stabilnostjo nizkega priključka vozila. Pri obnovitvi zaviranja je potreben zavorni sistem, ki prevladuje nad hidravličnim zaviranjem in zaviranjem obnove motorja. Razvoj inteligentne vožnje je postavil tudi višje zahteve glede zmožnosti ustvarjanja pritiska in odzivnosti zavornega sistema. Hkrati redundantna zasnova avtonomne vožnje zahteva tudi, da mora imeti zavorni sistem rezervno funkcijo. Zato je Bosch lansiral rešitev elektronskega pospeševalnika, ki se ne zanaša na vakuum, ki se običajno imenuje elektronski pospeševalnik iBooster. Struktura elektronskega ojačevalnika se zelo razlikuje od strukture vakuumskega ojačevalnika, vendar je v bistvu še vedno zasnovana tako, da simulira prazen ojačevalnik. Razlika od vakuumskega ojačevalnika je v tem, da za pospeševanje skrbi vgrajen motor. Naslednja slika lahko v celoti ponazori metodo za pomoč pri električni energiji elektronskega ojačevalnika: motor se vrti, da poganja prestavo, da se vrti. Po zmanjšanju hitrosti in povečanju navora se rotacijsko gibanje končno pretvori v linearno skozi polžasto gonilo in končno skupaj s silo, ki se prenaša s pedala, poganja vhodno potisno palico glavnega valja. Zgradite hidravlični tlak. Del glavnega cilindra je enak tradicionalnemu vakuumskemu ojačevalniku, sedež ventila, ki določa razmerje ojačevalnika, pa je v bistvu enak strukturi in principu kot pri tradicionalnem vakuumskem ojačevalniku. Ker sta ojačevalnik in ESP dva neodvisna modula v tej rešitvi, jo industrija imenuje rešitev z dvema škatlama.

Glede presoje pomoči iBooster: ECU bo interno shranil enega ali več nizov krivulj občutka pedala, umerjenih med postopkom razvoja vozila (kot je hod pedala v primerjavi z zaviranjem, hod pedala v primerjavi s pomočjo pri zaviranju itd.). Ko voznik pritisne na zavorni pedal, notranji senzor giba iBooster sklepa o voznikovem zaviranju na podlagi premika zavornega pedala, nadalje izračuna ciljno količino pomoči in nato celovito upošteva količino rekuperacije energije/delovni status ABS itd. ultimativna izboljšava delovanja motorja iBooster. Zahvaljujoč zmogljivi zmogljivosti iBoosterja za pomoč pri napajanju, elektronsko nadzorovani metodi polločenega krmiljenja in naravni dvojni podpori Two-Box (iBooster in ESP) ima ta rešitev zavornega sistema velike prednosti pri obnavljanju energije in inteligentni vožnji. To je tudi razlog, da se iBooster hitro uveljavi na trgu. Do sedaj je bilo veliko število modelov, kot so vse serije Tesla, skoraj vsa vozila Volkswagen z novo energijo, vse serije Honda Accord (vključno z vozili na gorivo), vsa vozila z novo energijo Geely Lynk & Co, Mercedes-Benz razreda S, Weilai, Xpeng je uporabil rešitev iBooster.

Seveda ima tovrstni sistem tudi določene pomanjkljivosti:

1)Občutek zavornega pedala bo slabši kot pri tradicionalnem vakuumskem ojačevalniku. Teoretično je načelo usklajevanja razmerja ojačevalnika med elektronskim ojačevalnikom in tradicionalnim vakuumskim ojačevalnikom enako (oba imata strukturo gumijastega povratnega diska), v resnici pa je ojačevalnik elektronskega ojačevalnika Velikost niz procesov izračuna in izvedbe. Med postopkom izvajanja bodo zbiranje signala senzorja, izračun krmilnika in izvajanje motorja povzročili določene napake in zamude. Poleg tega bo usklajevanje med rekuperacijo energije in hidravličnim zaviranjem tudi dodatno povečalo težave pri nadzoru, ta proces "simulacije" ni tako "gladek" kot čisto fizično dinamično ravnovesje sil pri tradicionalnih vakuumskih ojačevalnikih.

2) Bolj kot so stvari kompleksne, večja je verjetnost neuspeha. IBooster je močno povezan z zunanjim ESP, inteligentno vožnjo in sistemi napajanja. Povezane sistemske okvare in okvare omrežja CAN lahko vplivajo na funkcijo napajanja iBoosterja.

3.3 enodelna rešitev

one-box je v glavnem definiran za two-box. Ko je Bosch razvil rešitev z dvema škatlama iBooster+ESP, je celinsko podjetje razvijalo tudi drugo bolj integrirano rešitev kot odgovor na potrebe OEM: integracija ESP in elektronskega ojačevalnika, ki je postal modul, ki je splošno znan kot enodelni .

One-box vključuje funkcije za pomoč pri zaviranju in ESP. Podobno kot pri dveh zabojih je, da pomoč pri zaviranju zagotavlja motor. Glavna razlika je v tem, da je sila, ki jo prenaša dvojni pogon na vhodno potisno palico glavnega valja, vsota voznikove vhodne sile in motorne pomoči, sorazmerno razmerje med obema pa je rezultat mehanskega ravnotežja, medtem ko je zavorna sila, ki jo zagotavlja enota, vsa izvira iz motorja, ne da bi prekrivala zavorno silo, ki jo zagotavlja voznik. Sila, ki jo zagotovi voznik prek zavornega pedala, se sčasoma pretvori v hidravlični tlak in uhaja v simulator občutka pedala, ki je vgrajen v enoto. Simulator občutka pedala je pravzaprav batni vzmetni mehanizem, ki se uporablja za simulacijo občutka zavornega pedala in zagotavlja vozniku povratno informacijo o sili in hodu.

Postopek enodelne pomoči lahko preprosto opišemo kot:

1) Premik, ki ga ustvari pedal, pridobi senzor in ga nato vnese v ECU;

2)ECU izračuna voznikovo zaviranje in nato poganja motor, da vzpostavi hidravlični tlak;

3) Hidravlični tlak vstopi v štiri kolesne valje skozi vstopni ventil ABS in na koncu ustvari zavorno silo.

Zato sta v normalnih okoliščinah sila na pedalu in zavorna sila, ki ju končno zagotavlja enodelni motor, mehansko ločeni.

Najbolj očitna prednost te integracije je majhno število delov in nizka volumetrična teža. Popolnoma ločena zasnova omogoča teoretično prilagoditev razmerja pojemka, ki ustreza kateri koli želeni sili na pedalu ali hodu s programsko opremo, kar pomeni, da je občutek na pedalu v veliki meri določen s programsko opremo. Pomanjkljivost je, da je povratna informacija o sili na pedalu izolirana od kolesa in voznik prek pedala ne more zaznati statusa kolesa. Na primer, ko ABS deluje, voznik ne more zaznati vibriranja pedala. Glede na izkušnjo s težavo z občutkom pedala pri dvo-boxu je občutek pedala popolnoma ločenega eno-boxa vreden pozornosti. Poleg tega mora za inteligentno vožnjo L3 in višje v one-box priključiti modul ESP kot redundantno rezervo. Tukaj je ena škatla neuporabna pri napredni inteligentni vožnji. Kar se tiče okvare, potem ko odpove elektronski ojačevalnik, lahko dvo-box aktivno ustvarja pritisk za zaviranje z ESP, vendar eno-box nima rezervnega sistema v delu ojačevalnika zavor (razen če je priključen nizko zmogljiv ESP ).

04 Lastnosti sistema One-Box

Žično krmiljeni hidravlični zavorni sistem One-Box združuje tradicionalne zavorne funkcije, kot so TCS (sistem za nadzor zdrsa), ESC, ABS in EPB. Poleg tega je mogoče integrirati nadzorno programsko opremo drugih proizvajalcev, kot je nadzor tlaka v pnevmatikah, EBD (elektronska porazdelitev zavorne sile), AEB (sistem za samodejno pomoč pri zaviranju), AVH (sistem za samodejno parkiranje) in druge funkcije za doseganje razvoja integriranega nadzora žično krmiljenih domen podvozja. Glavne funkcije so:

1)Nadzor osnovne zavore (BBC)

Samodejno prepozna voznikovo zaviranje tako, da zazna vhod senzorja giba zavornega pedala, vzpostavi ustrezno hidravlično zavorno silo glede na premik pedala in nadzoruje zavorni hidravlični tlak, da doseže zavoro po žici.

2) Protiblokirni zavorni sistem (ABS)

Med postopkom zaviranja v sili se nadzoruje štirikolesni zavorni tlak, hidravlični tlak kolesnega valja pa se krmili glede na hitrost kolesa, da se prepreči blokiranje koles, izboljša zavorna moč in zagotovi stabilnost vožnje vozila.

3)Sistem za nadzor zdrsa koles (TCS)

Med močno vožnjo, na primer pri speljevanju ali pospeševanju, se navor motorja prilagodi tako, da se na drseča kolesa izvaja zavorni pritisk, da se prepreči čezmerno zdrsavanje pogonskih koles.

4)Elektronski nadzor stabilnosti (ESC)

Ko vozilo zavije, nadzorujte prekrmiljenje ali podkrmiljenje vozila.

5)Sistem za rekuperacijo zavorne energije (CRBS)

Med postopkom zaviranja se stanje akumulatorja navora motorja in stanje zavornega pedala zaznata v realnem času, usklajena rekuperacija zavorne energije pa se doseže s prilagoditvijo zavornega tlaka in rekuperacijskega navora motorja, da se izboljša doseg vozila.

6)Podpira zahtevo za zaviranje AEB

Prejema ukaze modula ADAS za izvajanje funkcij, kot sta predhodno polnjenje in opozorilni pojemek pri zaviranju; hitro poveča pritisk, da izboljša samodejno zaviranje v sili AEB in skrajša razdaljo med zaviranjem v sili AEB. 300+ms, shranjene s hitrim odzivom, lahko znatno zmanjšajo verjetnost lažnega sprožitve AEB;

7)Podpora zahtevi za vertikalni nadzor ACC

V skladu z ukazi modula ACC krmilite pogonski sklop ali zavorni sistem, da dosežete pospeševanje in zaviranje;

8)Podpira zahtevo za vertikalni nadzor APA/RPA

V skladu z ukazi modula APA/RPA se pogonski sklop ali zavorni sistem krmili za pospeševanje in zaviranje. Z odzivanjem na navodila tirnice vozila je vozilo natančno nadzorovano v vzdolžni smeri zaviranja in vožnje, voznik pa lahko samodejno parkira v avtomobilu.

9)CST (Comfort-Stop) Udobno parkiranje

10) BSW

Z zaznavanjem informacij iz senzorja za dež se na kolesni valj vzpostavi določen pritisk in vodni film na zavornem kolutu se izbriše, da se izboljša zavorna zmogljivost v deževnih dneh;

11)D-EPB

EPB z dvojnim nadzorom rešuje problem redundance parkiranja električnih vozil;

12) Redundantna rezervna zavora EPB-A

Aktivator zadnjega/sprednjega kolesa EPB deluje kot rezervna delovna zavora.

13)Vse terene in lezenje

Različne terenske podlage za izboljšanje prehodnosti in varnosti

14)HFC

Zagotavlja dodaten pritisk v kolesni valj vozniku, ko voznik do konca pritisne na zavorni pedal in vozilo ne doseže največjega pojemka.

05 Primerjava enoboxa in dvoboxa

Za sistem z eno ali dvema škatlama imajo kitajski domači dobavitelji, kot so Wanxiang, Asia Pacific, Bethel, Grubo, Nason in Tongyu, vsi ustrezne izdelke. Glavni tuji dobavitelji sistemov z eno ali dvema škatlama so Bosch, Continental, ZF Friedrichhshafen, Nissin, Hitachi (vključno s CBI), Mobis, Advics itd. Tehnološki koncepti izdelkov teh dobaviteljev so podobni, glavne razlike pa so v v obsegu množične proizvodnje in zrelosti izdelka.