Einführung in Ein-Box- und Zwei-Box-Bremssysteme

Einführung in Ein-Box- und Zwei-Box-Bremssysteme

Kürzlich hat ein weiterer Hochgeschwindigkeitsunfall mit Tesla für Aufsehen gesorgt. Ist das Bremsen von Elektrofahrzeugen sicher genug? Es hat die öffentliche Aufmerksamkeit und Diskussion neu entfacht. Heute werde ich das Bremssystem von Elektrofahrzeugen unter zwei Aspekten erläutern: den Unterschied zwischen den Bremssystemen von Elektrofahrzeugen und herkömmlichen Fahrzeugen und die technische Anwendung von Bremssystemen für Elektrofahrzeuge, um den Lesern technische Referenzen für eine rationale Betrachtung von Problemen zu bieten hängt mit dem Bremssystem zusammen.

01 Einführung in die Pkw-Bremssysteme

Unabhängig davon, ob es sich um ein herkömmliches Kraftstofffahrzeug oder ein Fahrzeug mit neuer Energie handelt, besteht das grundlegende Bremssystem aus den folgenden Komponenten:

Der Übertragungsweg der Bremskraft besteht aus drei Stufen: mechanische Pedalkraft → Bremsflüssigkeitsdruck → mechanische Bremssattelkraft:

1)Die vom Fuß des Fahrers ausgehende Kraft wird zunächst durch das Bremspedalhebelverhältnis und dann durch die sekundäre Verstärkung des Verstärkers verstärkt. Anschließend wird die Schubstange zum Eingang des Hauptzylinders weitergeleitet.

2)Die Eingangsstößelstange des Hauptzylinders drückt auf den Kolben, um mechanische Kraft in hydraulischen Bremsflüssigkeitsdruck umzuwandeln. Der hydraulische Bremsflüssigkeitsdruck wird dann über die Rohrleitung auf den Bremssattel übertragen und drückt auf den Bremssattelkolben.

3) Der Kolben des Bremssattels drückt die Reibplatten, um sie an die rotierende Bremsscheibe anzupassen und so Reibung zu erzeugen, die als Bremsmoment auf die Räder wirkt.

Hinsichtlich der Bremspedale und Bremsen gibt es zwischen Elektrofahrzeugen und Kraftstofffahrzeugen keine prinzipiellen und anwendungstechnischen Unterschiede. Die Hauptunterschiede zwischen verschiedenen Fahrzeugtypen konzentrieren sich auf das Modul „Booster + Hauptzylinder + ESP“. Der Grund, warum hier „Booster + Hauptzylinder + ESP“ zusammengefasst wird, liegt darin, dass die Integrationsstufen dieser drei Module in verschiedenen technischen Lösungen unterschiedlich sind.

02 Der Aufbau des Bremssystems des Kraftstofffahrzeugs

Der Aufbau des Bremssystems eines herkömmlichen Kraftstofffahrzeugs ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

„Booster + Hauptzylinder“ ist eine Baugruppe und ESP ist ein separates Modul. Der „Booster“ ist hier eigentlich ein Unterdruckverstärker. Das Prinzip besteht darin, dass das Innere des Boosters durch eine Membran in zwei Hohlräume unterteilt ist: den Atmosphärenhohlraum und den Vakuumhohlraum. Wenn nicht gebremst wird, sind sowohl die große Kammer als auch die Vakuumkammer mit der Vakuumquelle verbunden, um einen Vakuumunterdruck zu erzeugen. Nachdem das Bremspedal betätigt wurde, hält die Vakuumkammer weiterhin das Vakuum aufrecht. Die große Atmosphärenkammer ist mit der Außenwelt verbunden und beginnt, Luft anzusaugen. Dann wirkt der Druckunterschied zwischen den beiden Kammern auf die Membran und bildet die vakuumunterstützte Kraft, die letztendlich auf die Eingangsstößelstange des Hauptzylinders wirkt. Die Größe der durch Unterdruck unterstützten Kraft steht in einem festen Verhältnis zur Eingangskraft des Pedals. Die Unterdruckquelle kommt vom Motor. Es gibt zwei Möglichkeiten, Vakuum vom Motor bereitzustellen: Zum einen das Vakuum, das während des Luftansaugvorgangs des Motoransaugkrümmers entsteht, und zum anderen die Vakuumpumpe, die von der Motorkurbelwelle angetrieben wird. Die spezifische Struktur des Hauptzylinders mit Vakuumverstärker Der Zusammenbau ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Für das oben genannte Vakuumunterstützungssystem sind die typischen Fehlermodi wie folgt:

1) Bremspedal: Der Bruch des Bremspedals ist ein sehr seltener und geringfügiger Fehlermodus. Vorschriften definieren diesen Teil auch als einen Teil, der nicht störanfällig ist. Der Hauptpedalfehler ist der Ausfall des Bremslichtschalters (BLS). Ein BLS-Ausfall hat keinen Einfluss auf die grundlegende hydraulische Bremsung, beeinträchtigt jedoch elektronische Bremsfunktionen wie ABS/TCS/VDC, EMS und logische Beurteilungen im Zusammenhang mit dem Bremslichtschalter. Natürlich wird auch die Beleuchtung des Bremsrücklichts beeinträchtigt;

2)Unterdruckverstärker: Die schwerwiegendste Folge eines Ausfalls des Unterdruckverstärkers ist kein Unterdruck, z. B. ein Leck im Verstärker, ein Leck in der Vakuumröhre usw. Das intuitive Gefühl des Fahrers ist, dass die Bremsen hart sind. Aufgrund der fehlenden Unterdruckunterstützung muss der Fahrer ein Vielfaches mehr Kraft aufwenden als üblich, um die Verzögerung des Fahrzeugs unter normalen Umständen zu erreichen.

3)Hauptzylinder: Der Ausfall des Hauptzylinders tritt in zwei Formen auf: Undichtigkeit und Festsitzen. Ersteres führt dazu, dass der Pedalweg länger und weicher wird, das Fahrzeug jedoch keine normale Verzögerung aufbauen kann; Letzteres führt direkt dazu, dass das Bremspedal nicht betätigt werden kann.

4)ESP-Modul: Fehler im Bremslichtschalter, Antriebsstrang, Raddrehzahlsensor, Stromversorgung, CAN-Netzwerk usw., die sich auf ESP-bezogene Funktionen (ABS/TCS/VDC/HHC/AVH/HDC usw.) auswirken.Aber Aufgrund der ABS/TCS/ VDC-Funktion greift die Funktion nur unter extremen Fahrzeugbedingungen ein, sodass der Ausfall der ESP-Funktion keine Auswirkungen auf die Grundbremsung hat. Das heißt, dass leichtes/mäßiges Bremsen auf einer guten Fahrbahnoberfläche wenig Wirkung hat, aber bei starkem Bremsen versagt das ABS und die Räder neigen zum Blockieren. Die gefährlichsten Straßenverhältnisse sind in diesem Fall Eis, Schnee oder Schotterstraßen mit niedrigem Kraftschlussbeiwert. Beim Bremsen oder Fahren können die Vorder- und Hinterräder leicht durchrutschen und die Kontrolle verlieren.

5)Bremsen: Es gibt viele Bremsausfälle, insbesondere im Zusammenhang mit der NVH-Bremsung, aber die Ausfälle, die die Fahrsicherheit wirklich ernsthaft beeinträchtigen, sind hauptsächlich das Austreten von Bremsflüssigkeit in den Bremssätteln und der Verschleiß der Reibbeläge. Das Austreten von Bremsflüssigkeit im Bremssattel ähnelt dem oben erwähnten Austreten im Hauptzylinder. Der Leistungsabfall des Reibbelags wird hauptsächlich durch thermischen Abbau verursacht. Nach der Verschlechterung nimmt die Bremswirkung ab und die Fahrzeugverzögerung liegt weit unter den Erwartungen des Fahrers. Der Fahrer hat das Gefühl, dass das Auto nicht gebremst werden kann.

6)Andere: Rohrleitungsfehler (Leckage), Radgeschwindigkeitssensorfehler, EPB-Fehler usw.

03 Aufbau des Bremssystems eines Elektrofahrzeugs

Da der Unterdruckverstärker die Bereitstellung von Unterdruck durch den Motor erfordert, können New-Energy-Fahrzeuge dieses System, das beim rein elektrischen Fahren auf den Unterdruck des Motors angewiesen ist, nicht nutzen.

3.1 Elektronische Vakuumpumpenlösung

Die Logik der elektronischen Vakuumpumpenlösung lautet: Da es keinen Motor gibt, der eine Vakuumquelle bereitstellt, werden Teile bereitgestellt, die unabhängig voneinander evakuiert werden können. Das Prinzip ist sehr einfach: Der Motor treibt die Klinge zum Rotieren und Saugen an. Es gibt auch Kolbentypen, die jedoch nicht weit verbreitet sind. Daher stellt die elektronische Vakuumpumpenlösung direkt auf Hardwareebene Vakuum für den Motor bereit. Elektronische Vakuumpumpen werden in unabhängige Pumpen (die einzige Vakuumquelle und höhere Hardwareanforderungen) und Hilfspumpen unterteilt.

Der offensichtliche Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass der Änderungsaufwand gering ist und sie sich sehr gut für die gemeinsame Nutzung der Bremssysteme von Kraftstofffahrzeugen und Fahrzeugen mit neuer Energie auf derselben Plattform eignet. Auch die Nachteile dieser Lösung liegen auf der Hand:

1) Anordnungsprobleme durch Lärm und Vibration elektronischer Vakuumpumpen;

2) Der Mainstream-Markt für elektronische Vakuumpumpen ist nahezu monopolisiert, die Preise sind hoch und die Qualität der Produkte anderer Hersteller ist instabil;

3) Das herkömmliche ESP verfügt über ein geringes aktives Druckaufbauvermögen und kann die Energierückgewinnung und intelligentes Fahren nicht stark unterstützen;

4)Der Ausfall oder eine unangemessene Strategie der elektronischen Vakuumpumpe führt zum Ausfall oder zur Reduzierung der Vakuumunterstützung. Insgesamt handelt es sich bei der elektronischen Vakuumpumpenlösung tatsächlich um eine kostengünstige Lösung. Dem Trend der technologischen Entwicklung nach zu urteilen handelt es sich um eine Übergangslösung.

3.2 Elektronische Booster-Lösung (Zwei-Box)

Mit der Förderung neuer Energiefahrzeuge und der Entwicklung intelligenter Fahrtechnik wird die Interaktion zwischen dem Bremssystem und der Außenwelt immer wichtiger. Die Reichweite neuer Energiefahrzeuge stellt höhere Anforderungen an die Energierückgewinnung. Die Schubrückgewinnung bei der Energierückgewinnung hängt mit der Stabilität der Tiefanbindung des Fahrzeugs zusammen. Für die Bremsrückgewinnung ist ein Bremssystem erforderlich, das die hydraulische Bremsung und die motorische Rückgewinnungsbremsung dominiert. Mit der Entwicklung des intelligenten Fahrens werden auch höhere Anforderungen an die Druckaufbaufähigkeit und das Ansprechverhalten des Bremssystems gestellt. Gleichzeitig erfordert die redundante Auslegung des autonomen Fahrens auch, dass das Bremssystem über eine Backup-Funktion verfügen muss. Aus diesem Grund hat Bosch eine Lösung für elektronische Booster auf den Markt gebracht, die nicht auf Vakuum basiert und allgemein als elektronischer Booster iBooster bezeichnet wird. Der Aufbau des elektronischen Boosters unterscheidet sich stark von dem des Vakuum-Boosters, im Wesentlichen ist er aber dennoch darauf ausgelegt, einen leeren Booster zu simulieren. Der Unterschied zu einem Vakuum-Booster besteht darin, dass der Boost durch einen eingebauten Motor erfolgt. Die folgende Abbildung kann die Kraftunterstützungsmethode des elektronischen Boosters vollständig veranschaulichen: Der Motor dreht sich, um das Zahnrad in Drehung zu versetzen. Nach Reduzierung der Geschwindigkeit und Erhöhung des Drehmoments wird die Drehbewegung schließlich über das Schneckengetriebe in eine lineare Bewegung umgewandelt und treibt schließlich zusammen mit der vom Pedal übertragenen Kraft die Eingangsstößelstange des Hauptzylinders an. Hydraulikdruck aufbauen. Der Teil des Hauptzylinders ist derselbe wie beim herkömmlichen Vakuumverstärker, und der Ventilsitz, der das Verstärkungsverhältnis des Verstärkers bestimmt, hat im Wesentlichen die gleiche Struktur und das gleiche Prinzip wie beim herkömmlichen Vakuumverstärker. Da der Booster und das ESP bei dieser Lösung zwei unabhängige Module sind, spricht die Industrie von der Two-Box-Lösung.

Zur Beurteilung des iBooster-Assistenten: Das Steuergerät speichert intern einen oder mehrere Sätze von Pedalgefühlskurven, die während des Fahrzeugentwicklungsprozesses kalibriert wurden (z. B. Pedalhub vs. Verzögerung, Pedalhub vs. Bremsunterstützung usw.). Wenn der Fahrer das Bremspedal drückt, leitet der interne Hubsensor des iBooster die Bremsabsicht des Fahrers basierend auf der Bewegung des Bremspedals ab, berechnet weiter den Zielunterstützungsbetrag und berücksichtigt dann umfassend den Energierückgewinnungsbetrag/ABS-Arbeitsstatus usw. Get der ultimative Boost der iBooster-Motorausführung. Dank der leistungsstarken Kraftunterstützungsfunktion von iBooster, der elektronisch gesteuerten halbentkoppelten Steuermethode und der natürlichen doppelten Unterstützung von Two-Box (iBooster und ESP) bietet diese Bremssystemlösung große Vorteile bei der Energierückgewinnung und dem intelligenten Fahren. Dies ist auch der Grund, warum iBooster schnell auf dem Markt beworben werden kann. Bisher wurde eine große Anzahl von Modellen wie alle Tesla-Serien, fast alle Volkswagen New Energy-Fahrzeuge, alle Honda Accord-Serien (einschließlich Kraftstofffahrzeuge), alle New Energy-Fahrzeuge von Geely Lynk & Co, die Mercedes-Benz S-Klasse, Weilai, Xpeng hat die iBooster-Lösung verwendet.

Natürlich weist diese Art von System auch gewisse Mängel auf:

1)Das Bremspedalgefühl wird schlechter sein als bei einem herkömmlichen Vakuum-Booster-System. Theoretisch ist das Koordinationsprinzip des Boost-Verhältnisses zwischen dem elektronischen Booster und dem herkömmlichen Vakuum-Booster das gleiche (beide haben Gummi-Feedback-Scheibenstrukturen), aber tatsächlich ist die Boost-Größe des elektronischen Boosters eine Reihe von Berechnungs- und Ausführungsprozessen. Während des Ausführungsprozesses führen die Signalerfassung des Sensors, die Controller-Berechnung und die Motorausführung zu bestimmten Fehlern und Verzögerungen. Darüber hinaus wird auch die Koordination zwischen Energierückgewinnung und hydraulischer Bremsung die Steuerungsschwierigkeiten weiter erhöhen, da dieser „Simulations“-Prozess nicht so „reibungslos“ ist wie das rein physikalische dynamische Kräftegleichgewicht bei herkömmlichen Vakuumverstärkern.

2) Je komplexer die Dinge sind, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit eines Scheiterns. IBooster steht in engem Zusammenhang mit externem ESP, intelligentem Fahren und Antriebssystemen. Damit verbundene Systemausfälle und CAN-Netzwerkausfälle können die kraftunterstützte Funktion des iBoosters beeinträchtigen.

3.3 One-Box-Lösung

One-Box ist hauptsächlich für Two-Box definiert. Als Bosch die Zwei-Box-Lösung iBooster+ESP entwickelte, entwickelte das Festlandunternehmen als Reaktion auf die Anforderungen des OEM auch eine weitere, stärker integrierte Lösung: die Integration von ESP und elektronischem Booster zu einem Modul, das allgemein als One-Box bekannt ist .

Die One-Box integriert Bremsassistent und ESP-Funktionen. Das Gleiche wie bei der Zwei-Box besteht darin, dass die Bremsunterstützung durch den Motor erfolgt. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die von der Zwei-Box auf die Eingangsstößelstange des Hauptzylinders übertragene Kraft die Summe der Eingangskraft des Fahrers und der Motorunterstützung ist und die proportionale Beziehung zwischen beiden das Ergebnis eines mechanischen Gleichgewichts ist Die von der One-Box bereitgestellte Bremskraft kommt vollständig vom Motor, ohne die vom Fahrer bereitgestellte Bremskraft zu überlagern. Die vom Fahrer über das Bremspedal ausgeübte Kraft wird schließlich in hydraulischen Druck umgewandelt und an den im One-Box integrierten Pedalgefühlsimulator weitergeleitet. Der Pedalgefühlsimulator ist eigentlich ein Kolbenfedermechanismus, der das Bremspedalgefühl simuliert und dem Fahrer Kraft- und Hubrückmeldungen liefert.

Der One-Box-Assistance-Prozess lässt sich einfach wie folgt beschreiben:

1) Die vom Pedal erzeugte Verschiebung wird vom Sensor erfasst und dann in das Steuergerät eingegeben;

2)Das Steuergerät berechnet den Bremsbedarf des Fahrers und treibt dann den Motor an, um den Hydraulikdruck aufzubauen.

3) Über das ABS-Einlassventil gelangt hydraulischer Druck in die vier Radzylinder und erzeugt letztendlich Bremskraft.

Unter normalen Umständen sind daher die Pedalkraft und die Bremskraft, die letztendlich von der One-Box bereitgestellt werden, mechanisch entkoppelt.

Der offensichtlichste Vorteil dieser Integration ist die geringe Teileanzahl und das geringe Volumengewicht. Durch die völlig entkoppelte Bauweise ist es möglich, das Verzögerungsverhältnis entsprechend jeder gewünschten Pedalkraft bzw. jedem gewünschten Pedalweg theoretisch per Software anzupassen, d. h. das Pedalgefühl wird maßgeblich per Software bestimmt. Der Nachteil besteht darin, dass die Kraftrückmeldung am Pedal vom Rad isoliert ist und der Fahrer den Status des Rads nicht über das Pedal spüren kann. Wenn beispielsweise das ABS funktioniert, kann der Fahrer dies nicht an der Vibration des Pedals erkennen. Unter Bezugnahme auf die Erfahrungen mit dem Pedalgefühlproblem der Zwei-Box verdient das Pedalgefühl der vollständig entkoppelten Ein-Box Aufmerksamkeit. Darüber hinaus muss One-Box für intelligentes Fahren der Stufe L3 und höher ein ESP-Modul als redundantes Backup anschließen. Hier ist eine einzige Box beim fortschrittlichen intelligenten Fahren nutzlos. Was den Ausfall anbelangt: Nach dem Ausfall des elektronischen Verstärkers kann die Two-Box auch aktiv Druck zum Bremsen durch ESP aufbauen, die One-Box verfügt jedoch nicht über ein Backup-System im Bremskraftverstärkerteil (es sei denn, es ist ein leistungsschwaches ESP angeschlossen). ).

04 Funktionen des One-Box-Systems

Das drahtgesteuerte hydraulische Bremssystem One-Box integriert traditionelle Bremsfunktionen wie TCS (Traktionskontrollsystem), ESC, ABS und EPB. Darüber hinaus kann Steuerungssoftware von Drittanbietern integriert werden, wie z. B. Reifendrucküberwachung, EBD (Electronic Brake Force Distribution), AEB (Automatic Brake Assist System), AVH (Automatic Parking System) und andere Funktionen, um die Entwicklung einer integrierten Steuerung zu erreichen von drahtgesteuerten Chassis-Domänen. Die Hauptfunktionen sind:

1)Basisbremssteuerung (BBC)

Es erkennt automatisch den Bremsbedarf des Fahrers, indem es den Eingang des Bremspedalwegsensors erkennt, stellt die entsprechende hydraulische Bremskraft entsprechend der Pedalverschiebung her und steuert den Bremshydraulikdruck, um Brake-by-Wire zu erreichen.

2) Antiblockiersystem (ABS)

Während des Notbremsvorgangs wird der Allradbremsdruck und der Hydraulikdruck der Radzylinder entsprechend der Radgeschwindigkeit gesteuert, um ein Blockieren der Räder zu verhindern, die Bremsstärke zu verbessern und die Fahrstabilität des Fahrzeugs sicherzustellen.

3)Traktionskontrollsystem (TCS)

Bei starker Fahrt, beispielsweise beim Anfahren oder Beschleunigen, wird das Motordrehmoment angepasst, um Bremsdruck auf die durchdrehenden Räder auszuüben und so ein übermäßiges Durchdrehen der Antriebsräder zu verhindern.

4)Elektronische Stabilitätskontrolle (ESC)

Wenn das Fahrzeug abbiegt, kontrollieren Sie das Über- oder Untersteuern des Fahrzeugs.

5)Bremsenergie-Rückgewinnungssystem (CRBS)

Während des Bremsvorgangs werden der Batteriestatus des Motordrehmoments und der Status des Bremspedals in Echtzeit erfasst. Durch Anpassen des Bremsdrucks und des Motorrückgewinnungsdrehmoments wird eine koordinierte Bremsenergierückgewinnung erreicht, um die Reichweite des Fahrzeugs zu verbessern.

6)Unterstützen Sie die AEB-Bremsanforderung

Empfängt ADAS-Modulbefehle zur Implementierung von Funktionen wie Vorbefüllung und Warnbremsverzögerung; Erhöht schnell den Druck, um die automatische AEB-Notbremsung zu verbessern und den Weg während der AEB-Notbremsung zu verkürzen. Die durch die schnelle Reaktion eingesparten 300+ms können die Wahrscheinlichkeit einer Fehlauslösung durch AEB deutlich reduzieren;

7)Unterstützen Sie die ACC-Vertikalsteuerungsanfrage

Steuern Sie gemäß den Befehlen des ACC-Moduls den Antriebsstrang oder das Bremssystem, um Beschleunigung und Verzögerung zu erreichen.

8)Unterstützen Sie die vertikale APA/RPA-Kontrollanfrage

Entsprechend den Befehlen des APA/RPA-Moduls wird der Antriebsstrang oder das Bremssystem gesteuert, um Beschleunigung und Verzögerung zu erreichen. Durch die Reaktion auf die Flugbahnanweisungen des Fahrzeugs wird das Fahrzeug beim Bremsen und Fahren in Längsrichtung präzise gesteuert und der Fahrer kann automatisch im Auto einparken.

9)CST (Comfort-Stop) Bequemes Parken

10)BSW

Durch die Erfassung der Informationen des Regensensors wird ein bestimmter Druck am Radzylinder aufgebaut und der Wasserfilm auf der Bremsscheibe abgewischt, um die Bremsleistung an regnerischen Tagen zu verbessern;

11)D-EPB

Die Doppelsteuerungs-EPB löst das Parkredundanzproblem von Elektrofahrzeugen;

12) Redundante Backup-Bremse EPB-A

Der Hinterrad-/Vorderrad-EPB-Aktuator fungiert als Notbetriebsbremse.

13)Geländegängig und kriechfähig

Verschiedene Offroad-Oberflächen zur Verbesserung der Befahrbarkeit und Sicherheit

14)HFKW

Stellt dem Fahrer zusätzlichen Radzylinderdruck zur Verfügung, wenn der Fahrer das Bremspedal vollständig durchtritt und das Fahrzeug die maximale Verzögerung nicht erreicht.

05 Vergleich von One-Box und Two-Box

Für das Ein-Box- oder Zwei-Box-System verfügen chinesische inländische Lieferanten wie Wanxiang, Asia Pacific, Bethel, Grubo, Nason und Tongyu über entsprechende Produkte. Zu den wichtigsten ausländischen Anbietern von Ein-Box- oder Zwei-Box-Systemen gehören Bosch, Continental, ZF Friedrichshain, Nissin, Hitachi (einschließlich CBI), Mobis, Advics usw. Die Produkttechnologiekonzepte dieser Lieferanten sind ähnlich, und die Hauptunterschiede liegen darin im Massenproduktionsmaßstab und in der Produktreife.