ワンボックスおよびツーボックスブレーキシステムの紹介

ワンボックスおよびツーボックスブレーキシステムの紹介

最近、またテスラの高速衝突事故が世間を騒がせた。 電気自動車のブレーキは十分安全ですか? それが世間の注目と議論を再燃させた。 本日は、電気自動車のブレーキシステムについて、電気自動車と従来の自動車のブレーキシステムの違いと、電気自動車のブレーキシステムの技術的応用の2つの側面から解説し、読者が問題を合理的に考えるための技術的参考資料を提供します。ブレーキシステム関係。

01 乗用車用ブレーキシステムの紹介

従来の燃料自動車であろうと新エネルギー自動車であろうと、基本的なブレーキ システムは次のコンポーネントで構成されます。

ブレーキ力の伝達経路は、ペダル力→ブレーキ液圧→キャリパー力の3段階となります。

1)ドライバーの足からの力は、まずブレーキペダルのレバー比によって増幅され、次にブースターの二次増幅によって増幅されます。 その後、プッシュロッドを入力してマスターシリンダーに渡されます。

2)マスターシリンダーの入力プッシュロッドがピストンを押して機械力をブレーキ液の液圧に変換します。 ブレーキ液の油圧はパイプラインを通じてブレーキキャリパーに伝わり、キャリパーのピストンを押します。

3) ブレーキ キャリパーのピストンが摩擦板を押して回転するブレーキ ディスクを適合させ、摩擦を発生させ、ブレーキ トルクとしてホイールに作用します。

ブレーキペダルとブレーキに関しては、電気自動車と燃料自動車の間で原理や用途に違いはありません。 車種間の主な違いは「ブースター＋マスターシリンダー＋ESP」モジュールに集中しています。 ここで「ブースター + マスターシリンダー + ESP」をまとめているのは、これら 3 つのモジュールの統合レベルが技術ソリューションによって異なるためです。

02 燃料自動車のブレーキシステムの構造

従来の燃料自動車のブレーキシステムの構造を下の図に示します。

「ブースター＋マスターシリンダー」はアッセンブリ、ESPは別モジュールとなっておりますが、ここでいう「ブースター」とは正確にはバキュームブースターのことです。 原理は、ブースターの内部がダイヤフラムによって大気キャビティと真空キャビティの2つのキャビティに分割されることです。 ブレーキがかかっていないときは、大チャンバーと真空チャンバーの両方が真空源に接続され、真空負圧が形成されます。 ブレーキペダルを踏んだ後も真空チャンバーは真空を維持し続けます。 大気室は外界とつながり、空気の吸入が始まります。 次に、2 つのチャンバー間の圧力差がダイヤフラムに作用して真空補助力を形成し、最終的にマスターシリンダーの入力プッシュロッドに作用します。 バキュームアシストされる力の量は、ペダルの入力力に一定の比例関係にあります。バキューム源はエンジンから供給されます。 エンジンから負圧を供給する方法には、エンジンのインテークマニホールドによる吸気過程で発生する負圧と、エンジンのクランクシャフトから駆動されるバキュームポンプによる負圧の2通りがあります。 バキュームブースター付きマスターシリンダーの具体的な構造組み立ては下の図に示されています。

前述の真空アシスト システムの典型的な故障モードは次のとおりです。

1) ブレーキ ペダル: ブレーキ ペダルの破損は非常にまれで、低レベルの故障モードです。 この部品は故障しにくい部品として規制でも定義されています。 ペダル関連の主な故障は、ブレーキ ライト スイッチ (BLS) の故障です。 BLS の故障は、基本的な油圧ブレーキには影響しませんが、ABS/TCS/VDC、EMS、ブレーキ ライト スイッチに関連する論理判断などの電子ブレーキ機能に影響を与えます。 もちろん、ブレーキ テール ライトの点灯にも影響します。

2)真空ブースター: 真空ブースターの故障の最も深刻な結果は、ブースターの漏れ、真空チューブの漏れなど、真空ブースターが機能しないことです。ドライバーの直感的な感覚としては、ブレーキが硬いと感じます。 バキュームアシストがないため、通常の状況下で車両の減速を達成するには、ドライバーは通常の数倍の力を加える必要があります。

3)マスターシリンダー: マスターシリンダーの故障は漏れと固着の 2 つの形式に集中します。 前者の場合、ペダルストロークは長く柔らかくなりますが、車両は通常の減速を確立できません。 後者はブレーキペダルを踏むことができなくなる直接的な原因となります。

4)ESPモジュール：ブレーキライトスイッチ、パワートレイン、車輪速センサー、電源、CANネットワークなどの故障。ESP関連機能（ABS/TCS/VDC/HHC/AVH/HDCなど）に影響します。 ABS/TCS により、VDC 機能は車両の極端な条件下でのみ介入するため、ESP 機能の故障は基本的なブレーキには影響しません。 つまり、良好な路面での軽い/中程度のブレーキングではほとんど効果がありませんが、強いブレーキングでは ABS が機能せず、車輪がロックしやすくなります。 この場合、最も危険な道路状況は、粘着係数が低い氷、雪、または砂利道です。 ブレーキをかけたり運転したりすると、前輪と後輪が簡単に滑り、コントロールを失う可能性があります。

5)ブレーキ: ブレーキの故障、特にブレーキ NVH に関連する故障が多くありますが、運転の安全性に本当に深刻な影響を与える故障は、主にキャリパー内のブレーキ液の漏れと摩擦パッドの劣化です。 キャリパーブレーキフルードの漏れは、前述のマスターシリンダーの漏れと同様です。 摩擦パッドの性能低下は熱による劣化がほとんどです。 劣化後はブレーキ効率が低下し、車両の減速度はドライバーの予想よりもはるかに低くなります。 ドライバーは車にブレーキがかからないと感じます。

6)その他：パイプラインの故障（漏れ）、車輪速センサーの故障、EPBの故障など。

03 電気自動車ブレーキシステムの構造

バキュームブースターはエンジンが真空を提供する必要があるため、新エネルギー車は純粋に電気で走行する場合、真空を得るためにエンジンに依存するこのシステムを使用できません。

3.1 電子真空ポンプソリューション

電子真空ポンプ ソリューションのロジックは、真空源を提供するエンジンがないため、独立して排気できる部品が提供されるというものです。 原理は非常に単純で、モーターがブレードを回転させて掃除機をかけるというものです。 プランジャータイプもありますが、あまり普及していません。 したがって、電子真空ポンプ ソリューションは、ハードウェア レベルでエンジンに直接真空を提供します。 電子真空ポンプは、独立したポンプ (唯一の真空源とより高度なハードウェア要件) と補助ポンプに分かれています。

このソリューションの明らかな利点は、変更の量が少なく、同じプラットフォーム上で燃料車と新エネルギー車のブレーキ システムを共有するのに非常に適していることです。 このソリューションの欠点も明らかです。

1) 電子真空ポンプの騒音や振動による配置の問題。

2) 主流の電子真空ポンプ市場はほぼ独占されており、価格は高く、他メーカーの製品の品質は不安定です。

3) 従来の ESP は有効圧力構築能力が低く、エネルギー回収やインテリジェントな運転を強力にサポートできません。

4)電子真空ポンプの故障または無理な戦略は、真空アシストの故障または低下につながります。 全体として、電子真空ポンプ ソリューションは実際には低コストのソリューションです。 技術開発の傾向から判断すると、それは過渡的な解決策です。

3.2 電子ブースター ソリューション (2 ボックス)

新エネルギー車の推進とインテリジェント運転技術の開発に伴い、ブレーキシステムと外部世界との相互作用がますます重要になっています。 新エネルギー車の航続距離には、エネルギー回収に対するより高い要件が求められます。 エネルギー回生における惰性回復は、車両の低アタッチメントの安定性に関係します。 ブレーキ回復には、油圧ブレーキとモーター回復ブレーキを支配するブレーキ システムが必要です。 インテリジェントな運転の開発により、ブレーキ システムの圧力構築能力と応答に対するより高い要件も求められています。 同時に、自動運転の冗長設計では、ブレーキシステムにもバックアップ機能が求められます。 したがって、ボッシュは、一般に iBooster 電子ブースターと呼ばれる、真空に依存しない電子ブースターのソリューションを発売しました。 電子ブースターの構造はバキュームブースターの構造とは大きく異なりますが、本質的には空のブースターをシミュレートするように設計されています。 バキュームブースターとの違いは、内蔵モーターによってブーストが行われることです。 次の図は、電子ブースターのパワーアシスト方法を完全に示しています。モーターが回転してギアが回転します。 回転運動は減速、トルク増大を経てウォームギヤを介して直線運動に変換され、ペダルからの伝達力と合わせてマスターシリンダーインプットプッシュロッドを駆動します。 油圧を構築します。 マスターシリンダー部分は従来のバキュームブースターと同じであり、ブースターの倍力比を決めるバルブシートも基本的には従来のバキュームブースターと同じ構造・原理です。 このソリューションではブースターと ESP が 2 つの独立したモジュールであるため、業界ではこれを 2 ボックス ソリューションと呼んでいます。

iBooster アシストの判断について: ECU は、車両開発プロセス中に調整された 1 つ以上のペダル フィール カーブ (ペダル ストローク対減速度、ペダル ストローク対ブレーキ アシストなど) を内部に保存します。 ドライバーがブレーキペダルを踏むと、iBoosterに内蔵されたストロークセンサーがブレーキペダルの変位からドライバーのブレーキ意図を推測し、さらに目標アシスト量を算出し、エネルギー回収量やABSの作動状況などを総合的に考慮します。 iBooster モーター実行の究極のブースト。 iBooster の強力なパワーアシスト機能、電子制御のセミデカップリング制御方式、ツーボックス (iBooster と ESP) の自然な二重バックアップのおかげで、このブレーキ システム ソリューションは、エネルギー回収とインテリジェントな運転において大きな利点をもたらします。 これが、iBooster が市場で迅速に宣伝できる理由でもあります。 これまでに、すべてのテスラ シリーズ、ほぼすべてのフォルクスワーゲン新エネルギー車、すべてのホンダ アコード シリーズ (燃料車を含む)、すべての吉利 Lynk & Co 新エネルギー車、メルセデス ベンツ S クラス、Weilai、 Xpeng は iBooster ソリューションを使用しました。

もちろん、このタイプのシステムにはいくつかの欠点もあります。

1)ブレーキペダルの感触は従来のバキュームブースターシステムより悪くなります。 理論的には、電子ブースターと従来のバキュームブースターのブースト比の調整原理は同じですが（どちらもゴムフィードバックディスク構造を持っています）、実際には電子ブースターのブーストサイズは一連の計算と実行プロセスです。 実行プロセス中、センサーの信号収集、コントローラーの計算、モーターの実行により、特定のエラーと遅延が発生します。 さらに、エネルギー回収と油圧ブレーキの調整も制御の難しさをさらに高めます。この「シミュレーション」プロセスは、従来のバキュームブースターにおける純粋に物理的な力の動的バランスほど「スムーズ」ではありません。

2) 物事が複雑になればなるほど、失敗する可能性が高くなります。 IBooster は、外部 ESP、インテリジェント運転、および電源システムと密接に関連しています。 関連するシステム障害や CAN ネットワーク障害は、iBooster のパワーアシスト機能に影響を与える可能性があります。

3.3 ワンボックスソリューション

ワンボックスは主にツーボックスに対して定義されています。 ボッシュが iBooster+ESP の 2 ボックス ソリューションを開発したとき、本土の企業は OEM のニーズに応えて別のより統合されたソリューションも開発していました。それは、ESP と電子ブースターを統合し、一般にワンボックスとして知られるモジュール化したものです。 。

ワンボックスにはブレーキアシスト機能とESP機能が統合されています。 ブレーキアシストがモーターによって行われる点はツーボックスと同じです。 主な違いは、ツーボックスによってマスターシリンダー入力プッシュロッドに伝達される力は、ドライバーの入力力とモーターアシストの合計であり、両者の間の比例関係は機械的バランスの結果であるのに対し、ワンボックスが提供する制動力は、ドライバーが提供する制動力を重畳することなく、すべてモーターから得られます。 ドライバーがブレーキ ペダルを通じて提供する力は、最終的に油圧に変換され、ワンボックスに内蔵されたペダル フィール シミュレーターに漏洩されます。 ペダル フィール シミュレーターは、実際にはブレーキ ペダルのフィールをシミュレートし、ドライバーに力とストロークのフィードバックを提供するために使用されるピストン スプリング機構です。

ワンボックス支援プロセスは次のように簡単に説明できます。

1) ペダルによって発生する変位はセンサーによって取得され、ECUに入力されます。

2)ECU はドライバーのブレーキ要求を計算し、モーターを駆動して油圧を確立します。

3) 油圧は ABS 入口バルブを通って 4 つのホイールシリンダーに入り、最終的に制動力を発生させます。

したがって、通常の状況では、ワンボックスによって最終的に提供される踏力と制動力は機械的に切り離されています。

この統合の最も明白な利点は、部品点数が少なく、体積重量が軽いことです。 完全分離設計により、任意の踏力やストロークに応じた減速度関係を理論的にソフトウェアで調整することが可能となり、ペダルの感触はソフトウェアでほぼ決定されます。 欠点は、ペダルの力のフィードバックが車輪から切り離されており、ドライバーがペダルを通じて車輪の状態を感知できないことです。 たとえば、ABS が作動しているとき、ドライバーはペダルの振動を通じてそれを感知することができません。 ツーボックスのペダルフィールの問題の経験を参考にして、完全に切り離されたワンボックスのペダルフィールは注目に値する。 さらに、L3 以上のインテリジェント運転の場合、ワンボックスは冗長バックアップとして ESP モジュールを接続する必要があります。 高度なインテリジェント運転ではワンボックスでは役に立たないのがここだ。 故障に関しては、電子ブースターが故障した後、2 ボックスは ESP によってブレーキの圧力を積極的に高めることもできますが、1 ボックスにはブレーキ ブースター部分にバックアップ システムがありません (低性能の ESP が接続されている場合を除く)。 ）。

04 ワンボックスシステムの特長

ワンボックスのワイヤー制御油圧ブレーキ システムは、TCS (トラクション コントロール システム)、ESC、ABS、EPB などの従来のブレーキ機能を統合しています。 さらに、タイヤ空気圧監視、EBD (電子ブレーキ力配分)、AEB (自動ブレーキ支援システム)、AVH (自動駐車システム) などのサードパーティ製制御ソフトウェアを統合して、統合制御の開発を実現できます。ワイヤー制御シャーシ ドメインの管理。主な機能は次のとおりです。

1)ベースブレーキコントロール (BBC)

ブレーキペダルストロークセンサーの入力を検出することでドライバーのブレーキ要求を自動的に識別し、ペダル変位に応じて対応する液圧制動力を設定し、ブレーキ液圧を制御してブレーキバイワイヤを実現します。

2) アンチロック ブレーキ システム (ABS)

緊急ブレーキ時には、車輪速度に応じて4輪ブレーキ圧を制御し、ホイールシリンダ液圧を制御することで、車輪のロックを防止し、制動力を向上させ、車両の走行安定性を確保します。

3)トラクションコントロールシステム(TCS)

発進時や加速時などの強い走行時には、エンジントルクを調整してスリップしている車輪にブレーキ圧を与え、駆動輪の過剰なスリップを防止します。

4)エレクトロニックスタビリティコントロール (ESC)

車両が旋回するとき、車両のオーバーステアまたはアンダーステア​​を制御します。

5)ブレーキエネルギー回生システム(CRBS)

ブレーキプロセス中に、モータートルクバッテリーの状態とブレーキペダルの状態がリアルタイムで検出され、ブレーキ圧力とモーター回復トルクを調整することで協調したブレーキエネルギー回生が実現され、車両の航続距離が向上します。

6)AEBブレーキリクエストをサポート

ADAS モジュール コマンドを受信して​​、プレフィルや警告ブレーキ減速などの機能を実装します。 圧力を急速に高めて、AEB 自動緊急ブレーキを向上させ、AEB 緊急ブレーキ中の距離を短縮します。 迅速な応答によって節約された 300+ ミリ秒により、AEB の誤作動の確率が大幅に減少します。

7)ACC垂直制御リクエストをサポート

ACC モジュールのコマンドに従って、パワートレインまたはブレーキ システムを制御して加速と減速を実現します。

8)APA/RPA垂直制御リクエストをサポート

車両の軌道指令に応じて車両の制動と走行を前後方向に正確に制御し、ドライバーは自動的に車両に駐車することができます。

9)CST(コンフォートストップ) 快適駐車

10)BSW

レインセンサーからの情報を検知してホイールシリンダーに一定の圧力を加え、ブレーキディスクの水膜を拭き取り、雨天時の制動性能を向上させます。

11)D-EPB

デュアル制御 EPB は、電気自動車の駐車冗長性の問題を解決します。

12) 冗長バックアップブレーキ EPB-A

後輪/前輪EPBアクチュエーターはバックアップサービスブレーキとして機能します。

13)全地形対応とクリープ対応

通行性と安全性を向上させるさまざまなオフロード路面

14)HFC

ドライバーがブレーキ ペダルを完全に踏み込み、車両が最大減速度に達しない場合に、ドライバーに追加のホイール シリンダー圧力を提供します。

05 1箱と2箱の比較

1 ボックスまたは 2 ボックス システムについては、Wanxiang、Asia Pacific、Bethel、Grubo、Nason、Tongyu などの中国国内のサプライヤーがすべて対応する製品を提供しています。 ワンボックスまたはツーボックス システムの主な海外サプライヤーには、ボッシュ、コンチネンタル、ZF フリードリッヒスハーフェン、日清食品、日立 (CBI を含む)、モービス、アドヴィックスなどが含まれます。これらのサプライヤーの製品技術コンセプトは類似していますが、主な違いは次のとおりです。量産規模と製品の成熟度において。