电动汽车的刹车系统与普通汽车存在显著差异。首先,电动汽车的制动力来源于电制动和机械制动两方面。电制动通过电机的反向扭矩实现能量回收,将车辆动能转化为电能,有效延长续航里程。而机械制动则通过刹车系统将动能转化为热能。电制动分为滑行能量回收和制动能量回收两种。滑行能量回收在松开油门踏板时启动,根据车速和油门踏板的松开程度进行标定,以实现平稳的减速效果。制动能量回收则在踩下制动踏板时启动,通过增加能量回收扭矩来辅助减速。然而,电制动在遇到颠簸或车轮悬空时,可能会出现减速效果减弱的问题。为了解决这一问题,博世推出了iBooster系统,通过软件控制实现电制动和机械制动的智能分配。当电制动无法满足驾驶员的制动需求时,iBooster会介入机械制动,以保持车辆的减速效果。iBooster系统的标定策略因主机厂而异,有的敏感,有的保守。在颠簸悬空等特殊情况下,iBooster能够及时调整制动策略,确保车辆的稳定性和安全性。然而,目前大多数主机厂仍依赖博世的技术支持,自主研发能力有限。总的来说,电动汽车的刹车系统在实现高效能量回收的同时,也面临着技术挑战和市场依赖。各大主机厂需要不断优化标定策略,提高自主研发能力,以实现更安全、更智能的制动体验。电动汽车的刹车系统与普通汽车有何不同?其主要区别在于制动力的来源和分配方式。电动汽车通过电制动和机械制动相结合的方式实现减速,其中电制动通过电机反向扭矩实现能量回收,延长续航里程。而机械制动则通过刹车系统将动能转化为热能。此外,电动汽车的制动能量回收分为滑行能量回收和制动能量回收两种,分别在松开油门踏板和踩下制动踏板时启动。然而,电制动在遇到特殊情况时可能出现减速效果减弱的问题。为此,博世推出了iBooster系统,通过软件控制实现电制动和机械制动的智能分配,提高车辆的稳定性和安全性。各大主机厂需要不断优化标定策略,提高自主研发能力,以实现更安全、更智能的制动体验。
前一段时间写了个文章,用来回答这个问题再合适不过。
首先,车辆的两大基本力,驱动力和制动力,一个让车加速,一个让车减速。
让车辆更好的加速,体现的是驱动力的标定,这部分的工作是由主机厂自己做为主,尤其是VCU和IPU的标定工作好坏,决定了加速的好坏,例如,Padmap标定,扭矩响应标定,防抖标定,转速滤波,转矩补偿……这部分按下不表。不是这次想说的重点。
重点说一下让车辆减速的制动力。
先说一下电动车的特性,让车辆减速的制动力,可以来源于两个方面,电制动和机械制动。
1,电制动,就是通过电机的反向扭矩,产生能量回收,发电。从初中物理学能量转换的角度来解释,就是将车辆的动能转化成电能储存回电池。这样可以比较有效的延长续航里程。
2,机械制动,就是动过刹车系统(准确的说是,刹车盘或者刹车鼓)来进行减速。从初中物理学能量转换的角度来解释,就是将车辆的动能转化成刹车盘的内能(也叫热能),所以频繁的刹车会导致刹车过热。
(当然,车辆纯滑行也会减速,因为车辆自身也有内部阻力,这部分属于车辆特性,不属于可标定调整的范畴,由物理特性决定,不在此处的“制动力”的范围内)
然后呢,再说说,电制动的部分。电制动的本质其实就是电机的能量回收,电制动的部分其实分为两个,
第一部分是不踩制动的电制动,我们姑且称之为“滑行能量回收”,
第二部分是踩下制动的电制动,我们姑且称之为“制动能量回收”。
第一部分的滑行能量回收,都是主机厂自己标定的。车辆在某个车速下,松开油门踏板,此时车辆如何滑行(制动不介入),完全可以由主机厂自己决定。早期的滑行回收的扭矩标定,都相对来说简单:需要完全松开油门踏板,滑行能量回收才会启动,也就是电机才会把扭矩从正转负。滑行回收的扭矩大小,通常是根据车速高低来标定,而且介入的不能太迅速,冲击也不能太猛,否则驾驶感会很差。为了在滑行时保持滑行距离,和减速效果。通常会标定的“悠远绵长”——即在较长车速区间的滑行回收扭矩标定的大小保持一致,持续较长的时间,或者做成很缓慢的曲线,这样不会有突兀变化的感觉。
当然有些厂家也会为了照顾不同的驾驶人员的习惯,推出不同等级的滑行能量回收。(有些厂家用“中高低”表示回收等级,有些用数字“1,2,3”来表示回收等级)。这样做的好处是,简单高效稳妥放心。成本低,驾驶员更快的习惯。
再说说缺点,缺点就是,经不起颠簸……举个例子,滑行回收过程中,突然有个减速带,或者突然有个坑,车辆一颠簸,轮子悬空了一瞬间(也就零点几秒吧),此时就会出现,减速效果——啪,没了…驾驶人员的感受就是:诶,车子怎么前冲了一下?——其实不是前冲,而是减速效果不明显了。。
(上图中的示意,滑行减速,滑的好好的,突然有个减速带,让我车辆轮子悬空了一下,F2那个摩擦力突然就没了,而且,电机反向的回收扭矩也突然就没了)
当然了,最近流行的单踏板模式,本质上也属于第一部分的“滑行能量回收”,属于一种特殊的滑行能量回收。前面说到,常规的滑行能量回收,需要完全松开油门踏板(严格说来,都是电门踏板了才对,为了描述通俗,我姑且都成为油门踏板吧),滑行能量回收才会启动。但是,单踏板模式不一样的地方在于,在油门踏板没有完全松开的时候,滑行能量回收就产生了。在不同车速下,松开的油门踏板程度不一样,滑行能量回收的大小也不一样,总体上来说,想要产生的效果是“踩油门加速,松油门减速”。但是,有些做的激进,有些做的保守。比如说,特斯拉是激进派,在此按下不表。
说说保守派的做法,例如我前单位北汽新能源,曾经采用的做法叫“高速小油门”,顾名思义,车辆在较高车速下,松开油门踏板(不完全松开,保持一下较小的油门时),会有较小的负向扭矩产生,但是不会产生非常强烈的减速感(如果脚感比较好,还可以找到纯滑行位置——即没有驱动也没有制动的零扭矩的踏板区间位置)。全松开油门的时候,滑行能量回收再大一点,变成传统意义的“滑行能量回收”
(如图,1是有减速区间,2是纯滑行的区间,3是加速区间)
那么,滑行回收到底应该怎么做呢?从能量转化的角度来说,车辆的滑行能量回收,越多越好!最好所有的车辆减速全部都由能量回收来执行!这样,就可以把具有某个速度的车辆的动能,尽可能的多转化为电池的电能储存起来,以达到延长续航里程的目的,并且越少的使用底盘的机械制动,就可以把尽量少的车辆动能转变为刹车盘的热能。
当然了,根据孙同学的描述,我认为这是最好的关于能量回收的利用方式:仅靠滑行,正好把车停到你想要停的位置上就是最省电的方式!
但是,从驾驶实际工况出发,纯通过能量回收来减速,撇开人员驾驶感受不详谈(理论上电动车可以用多大电流和扭矩输出,那就可以用多大的电流和扭矩回收…用百公里加速的劲儿来做能量回收减速,各位脑补一下),关是上面提到的“颠簸悬空无回收”的问题,就决定了完全舍弃底盘的机械刹车盘的制动是不可能的。
所以,我们这里就要引入了
第二个部分——制动能量回收。——顾名思义,需要踩下制动踏板,才会产生的能量回收。那么,这部分,其实也区分两种情况,第一种就是,主机厂自己做的。第二种就是底盘和主机厂一起做的(好吧,其实是博世做的)
第一种,主机厂自己做的,相对来说,简单粗暴。就是把踩下制动踏板信号后的车辆的能量回收加大!加大多大?看具体的标定情况。例如一种简单的方式是,检测到制动踏板信号(开关量,不是行程)后,在原有的滑行能量回扭矩上,继续叠加一个回收扭矩,具体加多少,也是根据车速来进行标定。这样的做法,也是可以达到加大能量回收来减速,一定程度上可以减少机械刹车片的摩擦。就是简单,粗暴,效果明显,确实可以在一定程度上提高回收的能量。
(在上一幅图的基础上,单纯的叠加了一部分扭矩的简单操作)
但是却没有办法很好的解决和底盘刹车力配合的问题,还是上面那个问题,“颠簸悬空无回收”轮子飞起的时候,由于是有扭矩的,容易出现瞬间的空转打滑现象。熟悉底盘的朋友们都知道,一旦出现车轮打滑,为了防止车辆因打滑造成偏移、侧滑等问题,有一个东西就不得不启动工作,那就是ESP。而一旦ESP工作了,作为强势底盘供应商的博世,对这种情况下的要求就是一刀切:请关闭能量回收,没有任何商量的余地!制动系统的工作,不要有任何其他外部力量介入进来,以免影响底盘部件的工作!——这也是几乎所有的早期的电动车的共同的特点,一旦ESP或者ABS启动工作,所有的能量回收都必须关闭。甚至有些车辆在踩出ABS的时候,还有能量回收关闭的OFF标志。。。
博世也知道,这种一刀切的方式,不利于自己的长久发展。想要解决这种类似的情况所导致的问题,还是得由博世自己来解决。于是,有一套叫叫iBooster的系统就在这方面起到了大作用!
(当然了,iBooster这套系统也是博世自己本来就开发的系统,作用可不仅仅是用来做能量回收的,还有电子助力,辅助驾驶等等其他大作用,用来做能量回收的优化,只是iBooster系统的作用之一,人家也想搞自动驾驶的嘛喂)
好了,那iBooster这套系统,在能量回收领域,到底有个什么作用呢?——这就是上面提到的,制动能量回收的第二种就是底盘和主机厂一起做的(好吧,其实是博世做的)
(再多说一句,前面的单纯的叠加回收扭矩,孙同学的文章里提到过,称之为“RBS”,而这种iBooster通过计算来分配能量回收力矩和刹车力矩的方式,称之为“CRBS”)
与ESPhev系统组合使用时,可实现最高达0.3g减速度的能量回收。这是由于iBooster能够通过软件控制,随时根据液压条件调节助力器伺服力。如此高的制动能量回收水平,使电动车辆的续航里程增加高达20%。
当驾驶员踩下制动踏板时,踏板行程传感器会计算驾驶员的制动请求。ESPhev系统向电机请求与踏板行程相一致的制动扭矩并使车辆减速(ESP会给车辆的驱动系统发送扭矩请求,这是一个略有风险的点)。由驾驶员脚部切换至制动系统的液压容积暂时保存在ESPhev的低压蓄能器内,这意味着车轮制动不产生制动扭矩。
如果电机不能利用回收方式满足制动请求,低压蓄压器中的可用容积将转移至车轮制动器,且车辆会通过传统制动进行减速。iBooster可不受减速水平影响而调整踏板感,并在整个制动范围内传递一致的踏板感。
完蛋,这一段话是不是没咋看懂?通俗讲:
在踩下刹车的时候(注意,一定是需要踩下刹车),ibooster系统会根据你踩下刹车的速度,深度等信息,进行电制动和机械制动的分配。——CRBS开始工作
总体的策略是:优先使用电制动进行减速,如果ibooster系统判断驾驶员的刹车意图更强,发现单纯的使用电制动不足以满足驾驶员的制动需求的时候,此时会介入机械制动。这种方式,可以有效的延长续航里程,减少刹车盘的磨损。
而上面的那段话里,意思是,当减速度小于0.3g的时候,刹车卡钳不会介入,这时的制动是通过电机能量回收来完成的。这样一方面可以最大限度地增加续航里程,另一方面也可以延长刹车片寿命。
但是要知道,博世的iBooster系统,需要匹配的主机厂的车辆种类非常多!所以,每一家的标定的策略和结果,也不太一样。有的标定的非常敏感,有的标定的就比较保守。根据驾驶员踩踏板的方式的不同,还要匹配瞬间的扭矩变化
还是以“颠簸悬空无回收”这个案例为例来说,驾驶着具有iBooster系统的车辆,在轻踩下制动踏板减速的过程中(此时只有能量回收,没有机械制动盘介入),如果不幸颠簸了一下,车轮飞起空转了一瞬间。用于制动的车轮(我们假设是前轮,车辆是前驱的),和地面离开了,就没有了制动力了,车辆就会给人感觉“前冲一下”,这个时候,怎么办?按照上面的通常的思路是,车辆会失去能量回收,正确的做法应该是,立即介入后轮的刹车,让前轮因为悬空而失去的车辆制动效果,由后轮补偿回来!
(大概意思是,F2变小或者没有了,如果车辆应该继续保持原有的减速感,那么F1这个力就要加大,此时应该介入后轮的刹车力增大,保持整车减速感)
当然了,这里面提到的这个“颠簸悬空无回收”,仅仅是一个案例,借此案例只是想要说明,电制动和刹车盘机械制动应当如何做好匹配,才能让车辆的减速效果达到最佳状态。
那么,底盘霸主博世,如何开放底盘领域的接口信号,就成了各大主机厂努力的方向。目前来看,如果只要是搭载了博世iBooster系统的车,到底车辆上的制动效果(特指踩下刹车后的制动效果)的好坏优劣,感受体验如何,基本上都指望着博世标定了。
有的就标定的很敏感,例如小鹏P7的刹车,高速下如果迅速踩刹车,系统会判断有紧急刹车的需求,iBooster会主动增加刹车力(帮你一起踩…),可以说其实是标定的比较保守的…
而有些,可能会标定的比较…不敏感…(咳咳,原谅我用这个词,哈哈),可能使劲踩也仅仅是自己在给力,系统没有判断到异常,也不会主动介入。例如是不是真的有轮速差,是不是真的出发了ABS等等……
另外一个思路是,主机厂,尝试甩掉博世,自己做这部分。
但是,目前看来,太难了,几乎所有主机厂都吃不动底盘这块的业务,一来博世长期霸榜,二来技术专利,三来成本限制……及其他原因。目前为止,我经历的主机厂,只要发现有ESP扭矩问题,或者其他动力和底盘交互的问题,能自己家软件修改的,都是自己改VCU或者MCU软件,ESP或者iBooster软件的修改,要花钱的啊…而且周期还长。
所以,电动汽车的刹车和传统燃油车的,差别,大概就是这样吧。
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