Introduction aux systèmes de freinage à une et deux boîtes

Introduction aux systèmes de freinage à une et deux boîtes

Récemment, un autre incident de collision à grande vitesse avec Tesla a fait sensation. Le freinage des véhicules électriques est-il suffisamment sûr ? Cela a relancé l’attention et le débat du public. Aujourd'hui, j'expliquerai le système de freinage des véhicules électriques sous deux aspects : la différence entre les systèmes de freinage des véhicules électriques et les véhicules traditionnels et l'application technique des systèmes de freinage des véhicules électriques, afin de fournir aux lecteurs une référence technique pour examiner rationnellement les problèmes. liés au système de freinage.

01 Introduction aux systèmes de freinage des voitures particulières

Qu'il s'agisse d'un véhicule à carburant traditionnel ou d'un véhicule à énergie nouvelle, le système de freinage de base se compose des éléments suivants :

Le chemin de transmission de la force de freinage comprend trois étapes : force mécanique de la pédale → pression du liquide de frein → force mécanique de l'étrier :

1)La force exercée par le pied du conducteur est d'abord amplifiée par le rapport du levier de la pédale de frein, puis est amplifiée par l'amplification secondaire du booster. Ensuite, on transmet au maître-cylindre l'entrée de la tige de poussée.

2)La tige de poussée d'entrée du maître-cylindre pousse le piston pour convertir la force mécanique en pression hydraulique du liquide de frein. La pression hydraulique du liquide de frein est ensuite transmise à l'étrier de frein via la canalisation et pousse le piston de l'étrier.

3) Le piston de l'étrier de frein pousse les plaques de friction pour conformer le disque de frein en rotation afin de produire une friction qui agit sur les roues sous forme de couple de freinage.

Il n'y a aucune différence de principe et d'application entre les véhicules électriques et les véhicules à carburant en ce qui concerne les pédales de frein et les freins. Les principales différences entre les différents types de véhicules se concentrent dans le module « booster + maître cylindre + ESP ». La raison pour laquelle « booster + maître-cylindre + ESP » sont réunis ici est que les niveaux d'intégration de ces trois modules sont différents selon les solutions techniques.

02 La structure du système de freinage du véhicule à carburant

La structure du système de freinage d'un véhicule à carburant traditionnel est illustrée dans la figure ci-dessous.

"Booster + maître-cylindre" est un ensemble, et l'ESP est un module séparé. Le "booster" ici est en fait un surpresseur à vide. Le principe est que l'intérieur du booster est divisé en deux cavités par un diaphragme : la cavité atmosphérique et la cavité à vide. Lorsqu'elles ne freinent pas, la grande chambre et la chambre à vide sont connectées à la source de vide pour former une pression négative sous vide. Après avoir appuyé sur la pédale de frein, la chambre à vide continue de maintenir le vide. La grande chambre atmosphérique est connectée au monde extérieur et commence à aspirer de l'air. Ensuite, la différence de pression entre les deux chambres agit sur le diaphragme pour former la force assistée par le vide, qui agit finalement sur la tige de poussée d'entrée du maître-cylindre. La quantité de force assistée par le vide est proportionnelle à la force d'entrée de la pédale. La source de vide provient du moteur. Il existe deux manières de fournir une dépression au moteur : l'une est la dépression formée lors du processus d'admission d'air du collecteur d'admission du moteur, et l'autre est la pompe à vide entraînée par le vilebrequin du moteur. La structure spécifique du maître-cylindre avec surpresseur de dépression L'assemblage est illustré dans la figure ci-dessous.

Pour le système d'assistance au vide mentionné ci-dessus, les modes de défaillance typiques sont les suivants :

1) Pédale de frein : la fracture de la pédale de frein est un mode de défaillance très rare et de faible niveau. Les réglementations définissent également cette pièce comme une pièce qui n'est pas sujette aux pannes. La défaillance liée à la pédale principale est la défaillance du contacteur de feu stop (BLS). Une défaillance du BLS n'a aucun impact sur le freinage hydraulique de base, mais elle affectera les fonctions de freinage électroniques telles que ABS/TCS/VDC, EMS et les jugements logiques liés à l'interrupteur des feux stop. Bien entendu, l’éclairage du feu stop arrière sera également affecté ;

2)Booster de vide : Le résultat le plus grave d'une panne du booster de vide est l'absence de boost de vide, comme une fuite du booster, une fuite du tube à vide, etc. Le sentiment intuitif du conducteur est que les freins sont durs. En raison de l'absence d'assistance par dépression, le conducteur doit exercer plusieurs fois plus de force que d'habitude pour obtenir la décélération du véhicule dans des circonstances normales.

3)Maître-cylindre : La panne du maître-cylindre se concentre sous deux formes : fuite et blocage. Dans le premier cas, le coup de pédale deviendra plus long et plus doux, mais le véhicule ne pourra pas établir une décélération normale ; ce dernier empêchera directement la pédale de frein d'être enfoncée.

4)Module ESP : pannes dans l'interrupteur des feux stop, le groupe motopropulseur, le capteur de vitesse de roue, l'alimentation électrique, le réseau CAN, etc., qui affecteront les fonctions liées à l'ESP (ABS/TCS/VDC/HHC/AVH/HDC, etc.), mais grâce à l'ABS/TCS/La fonction VDC n'interviendra que dans des conditions extrêmes du véhicule, donc la défaillance de la fonction ESP n'affectera pas le freinage de base. Autrement dit, un freinage léger/modéré sur une bonne surface de route a peu d'effet, mais l'ABS tombe en panne lors d'un freinage brusque et les roues ont tendance à se bloquer. Les conditions routières les plus dangereuses dans ce cas sont les routes verglacées, enneigées ou en gravier avec un faible coefficient d'adhérence. Les roues avant et arrière peuvent facilement patiner et perdre le contrôle lors du freinage ou de la conduite.

5)Freins : Il existe de nombreuses pannes de freins, notamment celles liées au freinage NVH, mais les pannes qui affectent vraiment sérieusement la sécurité de conduite sont principalement les fuites de liquide de frein dans les étriers et la détérioration des plaquettes de friction. La fuite de liquide de frein sur l’étrier est similaire à la fuite du maître-cylindre susmentionnée. La dégradation des performances du patin de friction est principalement causée par une dégradation thermique. Après la dégradation, l'efficacité du freinage diminue et la décélération du véhicule est bien inférieure aux attentes du conducteur. Le conducteur a l'impression que la voiture ne peut pas être freinée.

6)Autres : défaillance de pipeline (fuite), défaillance du capteur de vitesse de roue, défaillance de l'EPB, etc.

03 Structure du système de freinage des véhicules électriques

Étant donné que le surpresseur de vide nécessite que le moteur fournisse le vide, les véhicules à énergie nouvelle ne peuvent pas utiliser ce système qui s'appuie sur le moteur pour obtenir le vide lorsqu'ils roulent uniquement en électrique.

3.1 Solution de pompe à vide électronique

La logique de la solution de pompe à vide électronique est la suivante : puisqu'il n'y a pas de moteur pour fournir une source de vide, des pièces pouvant être évacuées indépendamment sont fournies. Le principe est très simple, c'est-à-dire que le moteur entraîne la lame pour qu'elle tourne et aspire. Il existe également des types à piston, mais ils ne sont pas largement utilisés. Par conséquent, la solution de pompe à vide électronique fournit directement le vide au moteur au niveau matériel. Les pompes à vide électroniques sont divisées en pompes indépendantes (la seule source de vide et exigences matérielles plus élevées) et en pompes auxiliaires.

L'avantage évident de cette solution est que le nombre de modifications est faible et qu'elle est très adaptée au partage des systèmes de freinage des véhicules à carburant et des véhicules à énergies nouvelles sur la même plate-forme. Les inconvénients de cette solution sont également évidents :

1) Problèmes d'agencement causés par le bruit et les vibrations des pompes à vide électroniques ;

2) Le marché traditionnel des pompes à vide électroniques est presque monopolisé, les prix sont élevés et la qualité des produits des autres fabricants est instable ;

3) L'ESP conventionnel a une faible capacité de création de pression active et ne peut pas fournir un soutien important à la récupération d'énergie et à la conduite intelligente ;

4)La défaillance ou la stratégie déraisonnable de la pompe à vide électronique entraîne la défaillance ou la réduction de l'assistance au vide. Dans l’ensemble, la solution de pompe à vide électronique est en réalité une solution peu coûteuse. À en juger par la tendance du développement technologique, il s’agit d’une solution transitoire.

3.2 Solution booster électronique (bi-boîtier)

Avec la promotion des véhicules à énergie nouvelle et le développement de technologies de conduite intelligente, l'interaction entre le système de freinage et le monde extérieur devient de plus en plus importante. L’autonomie des véhicules à énergies nouvelles impose des exigences plus élevées en matière de récupération d’énergie. La reprise en roue libre en récupération d'énergie est liée à la stabilité de l'attache basse du véhicule. La récupération au freinage nécessite un système de freinage pour dominer le freinage hydraulique et le freinage de récupération du moteur. Le développement de la conduite intelligente a également imposé des exigences plus élevées en matière de capacité de création de pression et de réponse du système de freinage. Dans le même temps, la conception redondante de la conduite autonome exige également que le système de freinage ait une fonction de secours. C'est pourquoi Bosch a lancé une solution de booster électronique qui ne repose pas sur le vide, communément appelée booster électronique iBooster. La structure du booster électronique est très différente de celle du booster à vide, mais elle est essentiellement conçue pour simuler un booster vide. La différence avec un surpresseur à vide est que le boost est fourni par un moteur intégré. La figure suivante peut illustrer pleinement la méthode d'assistance électrique du booster électronique : le moteur tourne pour entraîner la rotation de l'engrenage. Après avoir réduit la vitesse et augmenté le couple, le mouvement de rotation est finalement converti en mouvement linéaire via l'engrenage à vis sans fin et, enfin, avec la force transmise par la pédale, il entraîne la tige de poussée d'entrée du maître-cylindre. Augmentez la pression hydraulique. La partie du maître-cylindre est la même que celle du surpresseur à vide traditionnel, et le siège de soupape qui détermine le rapport de suralimentation du surpresseur est fondamentalement la même structure et le même principe que le surpresseur à vide traditionnel. Étant donné que le booster et l'ESP sont deux modules indépendants dans cette solution, l'industrie l'appelle la solution à deux boîtiers.

Concernant le jugement de l'assistance iBooster : l'ECU stockera en interne un ou plusieurs ensembles de courbes de sensation de pédale calibrées pendant le processus de développement du véhicule (telles que la course de la pédale par rapport à la décélération, la course de la pédale par rapport à l'assistance au freinage, etc.). Lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein, le capteur de course interne de l'iBooster déduit l'intention de freinage du conducteur en fonction du déplacement de la pédale de frein, calcule en outre la quantité d'assistance cible, puis considère de manière exhaustive la quantité de récupération d'énergie/l'état de fonctionnement de l'ABS, etc. le boost ultime de l'exécution du moteur iBooster. Grâce à la puissante capacité d'assistance électrique d'iBooster, à la méthode de contrôle semi-découplée à commande électronique et à la double sauvegarde naturelle de Two-Box (iBooster et ESP), cette solution de système de freinage présente de grands avantages en matière de récupération d'énergie et de conduite intelligente. C'est également la raison pour laquelle iBooster peut être rapidement promu sur le marché. Jusqu'à présent, un grand nombre de modèles tels que toutes les séries Tesla, presque tous les véhicules à énergie nouvelle Volkswagen, toutes les séries Honda Accord (y compris les véhicules à carburant), tous les véhicules à énergie nouvelle Geely Lynk & Co, Mercedes-Benz Classe S, Weilai, Xpeng a utilisé la solution iBooster.

Bien entendu, ce type de système présente également certains inconvénients :

1)La sensation de la pédale de frein sera pire que celle du système de surpression à vide traditionnel. Théoriquement, le principe de coordination du rapport de suralimentation entre le surpresseur électronique et le surpresseur à vide traditionnel est le même (les deux ont des structures de disque de rétroaction en caoutchouc), mais en fait le surpresseur électronique La taille est une série de processus de calcul et d'exécution. Pendant le processus d'exécution, la collecte des signaux du capteur, le calcul du contrôleur et l'exécution du moteur produiront certaines erreurs et retards. De plus, la coordination entre la récupération d'énergie et le freinage hydraulique augmentera également encore la difficulté de contrôle, ce processus de « simulation » n'est pas aussi « fluide » que l'équilibre dynamique purement physique des forces sur les surpresseurs à vide traditionnels.

2) Plus les choses sont complexes, plus la probabilité d’échec est grande. IBooster est fortement lié à l'ESP externe, à la conduite intelligente et aux systèmes d'alimentation. Les pannes du système associées et les pannes du réseau CAN peuvent affecter la fonction d'assistance électrique de l'iBooster.

3.3 Solution tout-en-un

une boîte est principalement définie pour deux boîtes. Lorsque Bosch a développé la solution à deux boîtiers iBooster+ESP, la société continentale développait également une autre solution plus intégrée en réponse aux besoins de l'OEM : intégrer l'ESP et le booster électronique, devenant ainsi un module, communément appelé one-box. .

Le One-box intègre les fonctions d’assistance au freinage et ESP. La même chose que le bi-boite, c'est que l'assistance au freinage est assurée par le moteur. La principale différence est que la force transmise par le bi-boîte à la tige de poussée d'entrée du maître-cylindre est la somme de la force d'entrée du conducteur et de l'assistance moteur, et la relation proportionnelle entre les deux est le résultat d'un équilibre mécanique, tandis que le La force de freinage fournie par le monobloc provient entièrement du moteur, sans se superposer à la force de freinage fournie par le conducteur. La force fournie par le conducteur via la pédale de frein est finalement convertie en pression hydraulique et transmise au simulateur de sensation de pédale intégré au boîtier unique. Le simulateur de sensation de pédale est en fait un mécanisme à piston et à ressort utilisé pour simuler la sensation de la pédale de frein et fournir au conducteur un retour de force et de course.

Le processus d’assistance tout-en-un peut être simplement décrit comme suit :

1) Le déplacement généré par la pédale est obtenu par le capteur puis entré dans l'ECU ;

2)L'ECU calcule la demande de freinage du conducteur, puis entraîne le moteur pour établir la pression hydraulique ;

3) La pression hydraulique pénètre dans les quatre cylindres de roue via la soupape d'admission ABS et génère finalement une force de freinage.

Par conséquent, dans des circonstances normales, la force de pédale et la force de freinage finalement fournie par le one-box sont mécaniquement découplées.

L'avantage le plus évident de cette intégration est le petit nombre de pièces et le faible poids volumétrique. La conception complètement découplée permet d'ajuster théoriquement la relation de décélération correspondant à toute force ou course de pédale souhaitée via un logiciel, c'est-à-dire que la sensation de la pédale est largement déterminée par le logiciel. L'inconvénient est que le retour de force sur la pédale est isolé du volant et que le conducteur ne peut pas détecter l'état du volant via la pédale. Par exemple, lorsque l’ABS fonctionne, le conducteur ne peut pas percevoir la vibration de la pédale. En ce qui concerne l'expérience du problème de sensation de pédale du bi-boîte, la sensation de pédale du mono-boîte complètement découplé mérite l'attention. De plus, pour la conduite intelligente L3 et supérieure, le one-box doit brancher un module ESP comme sauvegarde redondante. C’est là que le one-box est inutile dans la conduite intelligente avancée. En ce qui concerne les pannes, après une panne du servomoteur électronique, le double boîtier peut également créer activement une pression pour le freinage par l'ESP, mais le monobloc n'a pas de système de secours dans la partie servofrein (sauf si un ESP à faible performance est branché). ).

04 Caractéristiques du système One-Box

Le système de freinage hydraulique à commande filaire One-Box intègre des fonctions de freinage traditionnelles telles que le TCS (système de contrôle de traction), l'ESC, l'ABS et l'EPB. De plus, des logiciels de contrôle tiers peuvent être intégrés, tels que la surveillance de la pression des pneus, l'EBD (répartition électronique de la force de freinage), l'AEB (système d'assistance au freinage automatique), l'AVH (système de stationnement automatique) et d'autres fonctions pour réaliser le développement d'un contrôle intégré. des domaines de châssis à commande filaire. Les principales fonctions sont :

1)Commande de frein de base (BBC)

Il identifie automatiquement la demande de freinage du conducteur en détectant l'entrée du capteur de course de la pédale de frein, établit la force de freinage hydraulique correspondante en fonction du déplacement de la pédale et contrôle la pression hydraulique du frein pour obtenir un freinage par fil.

2) Système de freinage antiblocage (ABS)

Pendant le processus de freinage d'urgence, la pression de freinage des quatre roues est contrôlée et la pression hydraulique du cylindre de roue est contrôlée en fonction de la vitesse des roues pour empêcher le blocage des roues, améliorer la force de freinage et assurer la stabilité de conduite du véhicule.

3)Système de contrôle de traction (TCS)

Lors d'une conduite intense, comme un démarrage ou une accélération, le couple moteur est ajusté pour appliquer une pression de freinage aux roues qui patinent afin d'éviter un patinage excessif des roues motrices.

4)Contrôle électronique de stabilité (ESC)

Lorsque le véhicule tourne, contrôlez le survirage ou le sous-virage du véhicule.

5)Système de récupération d'énergie de freinage (CRBS)

Pendant le processus de freinage, l'état de la batterie du couple moteur et l'état de la pédale de frein sont détectés en temps réel, et une récupération coordonnée de l'énergie de freinage est obtenue en ajustant la pression de freinage et le couple de récupération du moteur pour améliorer l'autonomie de croisière du véhicule.

6)Prise en charge de la demande de freinage AEB

Reçoit les commandes du module ADAS pour mettre en œuvre des fonctions telles que le pré-remplissage et la décélération des freins d'avertissement ; augmente rapidement la pression pour améliorer le freinage d'urgence automatique AEB et raccourcir la distance lors du freinage d'urgence AEB. Les 300+ms économisées grâce à une réponse rapide peuvent réduire considérablement la probabilité de faux déclenchements de l'AEB ;

7)Prise en charge de la demande de contrôle vertical ACC

Selon les commandes du module ACC, contrôlez le groupe motopropulseur ou le système de freinage pour obtenir des accélérations et des décélérations ;

8)Prise en charge de la demande de contrôle vertical APA/RPA

Selon les commandes du module APA/RPA, le groupe motopropulseur ou le système de freinage est contrôlé pour réaliser des accélérations et des décélérations. En répondant aux instructions de trajectoire du véhicule, le véhicule est contrôlé avec précision dans le sens longitudinal du freinage et de la conduite, et le conducteur peut se garer automatiquement dans la voiture.

9)CST(Comfort-Stop) Parking confortable

10) BSW

En détectant les informations du capteur de pluie, une certaine pression est établie sur le cylindre de roue et le film d'eau sur le disque de frein est essuyé pour améliorer les performances de freinage les jours de pluie ;

11)D-EPB

L'EPB à double commande résout le problème de redondance de stationnement des véhicules électriques ;

12) Frein de secours redondant EPB-A

L’actionneur EPB roue arrière/roue avant agit comme un frein de service de secours.

13)Tout terrain et fluage

Diverses surfaces tout-terrain pour améliorer la praticabilité et la sécurité

14)Le HFC

Fournit une pression supplémentaire sur les cylindres de roue au conducteur lorsque celui-ci enfonce complètement la pédale de frein et que le véhicule n'atteint pas la décélération maximale.

05 Comparaison entre une boîte et deux boîtes

Pour le système à une ou deux boîtes, les fournisseurs nationaux chinois tels que Wanxiang, Asia Pacific, Bethel, Grubo, Nason et Tongyu proposent tous des produits correspondants. Les principaux fournisseurs étrangers de systèmes à un ou deux boîtiers sont Bosch, Continental, ZF Friedrichhshafen, Nissin, Hitachi (y compris CBI), Mobis, Advics, etc. Les concepts technologiques de produits de ces fournisseurs sont similaires et les principales différences résident en termes d'échelle de production de masse et de maturité du produit.