切换城市:北京
更多应用 |
官方:微博/微信
| 车展 | 专题 | 车商通 | 商用车

凤凰网汽车

凤凰网汽车>全媒体>正文

从特斯拉失控,到iBooster以及能量回收

2020年09月03日 17:03:02
分享到:
来源:

特斯拉最近又双叒叕上热搜了,这次不是因为自燃,而是最近连续发生了多起Model 3突然自动加速导致失控造成车祸的事件。8月12日在温州,8月9日在上海,6月16日在南昌,都是车辆在正常行驶中突然加速且刹车失灵。

特斯拉官方的回应都是怀疑驾驶员踩错刹车油门,但这么频繁地出现相似的事故,都将其归结为驾驶员失误很难让人信服。在国外,针对特斯拉突然加速的投诉维权案例也为数不少。真的是车辆设计缺陷?车上越来越多的电子化设备真的足够安全吗?

事故背后的原因并不是讲堂的讨论内容。这期讲堂我们来讨论的是:为什么现代车辆都要用那么多的电子设备取代传统的机械,特斯拉连刹车这么重要的部件都要换成博世iBooster这样的线控刹车,传统的机械结构真空助力刹车不好吗?

给结论:是的,不好。尤其是对于电动车。

★取代,为了能量回收

不要被电动车上的强能量回收与弱能量回收搞混了,能量回收不仅仅能够在松油门的时候进行,更重要的是在踩刹车的时候。而传统的真空助力刹车很难配合能量回收。

可能量回收对于电动车而言太重要了,不可缺少,那就不得不换掉真空助力。有多重要?举个例子:

电动车和燃油车有一个显而易见的差别,燃油车在城市里边油耗高,而到了高速上油耗却会低很多,而电动车恰恰相反,在城市里边的续航比起高速更长。

造成这种差别的核心和很多观点中的解释不同,不能简单地将其归结为是由于电动车由于没有变速箱,电机在高速时效率下降,再加上空气阻力变大,使其能耗升高。而是在于能量回收。

电动机虽然效率、高效区间比内燃机更高更广,但效率变化趋势是相似的,中等转速较高扭矩情况下的效率最高。

可以比较一下这两张图,电机和内燃机效率MAP虽然外轮廓(外特性)不一样,但效率变化的趋势是不是长得差不多?低转速低扭矩效率低,中间偏高输出的位置效率更高。

因此,如果没有能量回收,电动车的表现也会和燃油车一样,城市比高速能耗高。可现实没有如果,电动车也缺不了能量回收。可怜巴巴的电池电量可不能像内燃机挥霍汽油那般浪费。

与其说电动车高速费电,反倒应该承认电动车在城市使用环境中比起燃油车能耗低多了。

★能量回收如何实现,为什么真空助力器要被取代

其实能量回收的实现原理还是相当简单的,一台可以被车轮反拖的电机用以发电,一块可以储存电能的电池以及一些附件。需要减速时让电机产生负扭矩,发电、减速。

但实际应用考虑的因素却很多:为了更好的回收,应该尽量让电机来承担减速任务而非刹车;为了驾驶员的感受,刹车的强度应该符合驾驶员的预期,与脚上用的力统一;刹车不能只刹前轮或者后轮,需要制动力的合理分配才能保证行驶稳定安全。

这些因素都可以将传统的真空助力机械刹车排除在外。

传统真空助力刹车与踏板之间是联动的,只要踩刹车就起作用,一部分能量就被刹车盘浪费了,所以需要找到一种可以把机械刹车和电动机制动解耦的新式刹车系统,一般情况只用电机来制动,需要时也可以机械电机一同叠加制动;

真空助力的刹车强度和踩刹车踏板的力成正比,但叠加电机制动后,两者就有偏差,实际刹车与预期不一致。这点即使是燃油车也能够体会,在刹车时,如果变速箱匹配不好的话,有时候会感觉到,明明刹车踏板没动,可随着挡位一降,制动力更大了,身体还有些许前倾态势,这是因为降挡之后,发动机倒拖,也施加了一部分制动力所致。这种体验在日常行驶过程中其实是应该避免的;

传统真空助力刹车是一个踏板控制全车的刹车,遇上只有前轴或者只有后轴有电机的车型,只有一根轴上有额外的制动,就会出现制动力分配不均衡。

★上述这些问题,iBooster都能解决

简单介绍一下iBooster。iBooster是博世推出的一款线控制动产品,目前已经发展了两代。所谓线控便是电子控制而非机械控制,它在汽车制动系统中的位置等价取代了真空助力器。

看iBooster的结构图(图为一代),再与真空助力器对比一下,输入和输出部分和传统真空助力器相同,输入推杆连接到刹车踏板,制动主缸连接到刹车卡钳。

iBooster通过传感器监控刹车踏板动作,在电控单元中算出需要的助力大小,利用电机给出助力。产生和真空助力器相同的功能。

二代在一代基础上改进了二级蜗轮蜗杆传动改为一级滚珠丝杆传动,体积更小重量更轻。

iBooster使用电机作为助力源,因而刹车踏板力和实际刹车力是解耦的,可以是不相关的。驾驶员踩下刹车,电控系统判断这部分刹车需求完全可以由能量回收系统满足,iBooster的助力电机就不会向制动主缸加压,反而给刹车踏板一个反馈力,保证驾驶员感受符合实际。同时也让动能100%被回收。

如图,正常液压制动过程中,我们踩踏板的力加上助力装置的助力(图中翻译有误,F支撑力原文为Fboost,应为助力)等于制动主缸的液压力和回位弹簧的弹簧力。而在动能回收制动的情况下,不需要液压制动的参与,减小助力,便可以达成新的平衡,此时踏板力是不变的,也就是我们的刹车脚感不变,与此时的制动强度相符。

而且,因为解耦,iBooster可以通过软件调整助力性能曲线从而实现踏板感的可调,可以变得很硬很敏感,适用于运动模式,也可以变得更加柔软,舒适减轻脚部疲劳。

进一步还可以优化制动力分配,记得当初Model 3通过OTA大幅缩短了刹车距离吗?就是因为用了iBooster。

同时,iBooster还是实现自动驾驶的组件之一。我们知道,自动驾驶及驾驶辅助需要做到车辆主动减速,纯机械的真空助力器无法在驾驶员不参与的情况下制动车辆。而ESP的制动又太过于粗糙,可能有小伙伴有经验,被AEB系统粗暴的刹车吓到过。

而iBooster系统则可以实现主动建压,在紧急情况下,iBooster系统可以在120ms内建立全制动压力,获取制动力的速度比ESP快三倍,并且可以通过电子控制系统进行精细调节,有助于缩短制动距离,在进行ACC巡航时,iBooster的制动也更加舒适。

这是更小更轻更强的二代iBooster

安全方面,iBooster也没有忽略,因为实际上刹车踏板与制动主缸之间仍然是有着机械连接的,这意味着,即使iBooster完全失效,驾驶员也可以通过大力踩刹车来获得制动效果。和以前没有助力的刹车一样,大力出奇迹。

而如果只是车辆亏电,iBooster可以工作在节能模式,而如果iBooster发生故障,ESP系统会接管并提供制动助力。这种情况下,驾驶员的200N踏板力可以转化为0.4g的车辆减速度。

因为iBooster有着这么多的优点,除了特斯拉在用,其他如荣威本田领克、蔚来、通用、大众福特等品牌都有车型应用了iBooster。不仅仅是电动车,混动,48V轻混甚至燃油车也因为其优秀的性能而在使用iBooster。而与iBooster类似功能的还有大陆的MK C1(阿尔法罗密欧Giulia上在用)、采埃孚/天合的IBC。而博世也发展了iBooster的进阶型号,比如比亚迪汉上搭载的IPB,将iBooster和ESP整合在了一起。

★没有能量回收,你会损失“三分之一”的能量

我们来量化一下能量回收到底有多少作用。我们日常行驶的城市路况中不仅仅是低速,它还包着大量的刹车减速过程。燃油车在这种情况下只能把车辆的动能白白浪费在刹车盘的发热上。

简单算一下,一辆1.5吨的车辆从60km/h的车速刹停损失的能量为:

这可以让一辆车继续以60km/h在平地上匀速行驶多远呢?首先是车辆匀速行驶时的阻力:

这里取道路滚动阻力系数为0.012,车辆风阻系数0.35,车宽1.8m,车高1.5m。再算能继续跑多远。

Amazing,可以看到,一次刹车所浪费的能量可以让车辆继续行驶600米,城市里边,算上红灯绿灯,每公里遇上一次从60km/h刹停的情况并不少见。也就差不多可以认为,城市里,足有三分之一的汽油是被白白浪费在刹车上。

当然,电动车也不可能100%利用这些能量,即使通过各种手段,减少机械制动参与,尽量用电机回收,回收程度也达不到100%,再算上发电和充放电损耗,因此,在车企的实验中,能量回收大约能够提供10-20%的续航。

不管怎样,这总好过燃油车将这部分能量全部浪费了,能量回收是当前汽车减能减排的头号利器,未来没有车辆不需要这项功能,即使是号称“终极解决方案”的燃料电池车,也需要相同的一套能量回收系统。

★拓展阅读

我们当然希望,能量回收能够覆盖的制动范围越广越好,向下很难拓展,极低车速情况下,电机很难稳定产出负扭矩,必须依靠机械制动系统来进行刹停动作。那么就要往上开拓,动能回收能够覆盖的减速度越大越好。

在博世的宣传资料中我们可以看到,光靠为混动/纯电动车辆开发的ESP®hev,配合传统真空助力器完全动能回收的上限则之后0.2g。而配合iBooster时,则可以达到0.3g的减速度这可以完全覆盖NEDC工况下的制动需求。

前者是考虑到了驾驶员的感受。传统的真空助力器存在一个跳增值区域,该区域内的制动力矩和踏板力之间不成线性关系,因而制动力矩可以被能量回收系统替代而不被驾驶员感觉到。对于制动液压超过跳增值的区域,能量回收系统的制动液压的变化会被驾驶员感知而影响踏板感。因此,只能实现小于0.2 g 减速度的能量回收。

而配合iBooster达到0.3g则出于多方面的考虑。1.驾驶感受,就像之前提到了,需要保证驾驶者的刹车脚感与实际减速体感一致,避免控制困难与晕车。2.安全因素,也是之前提到过,我们车辆最好四个轮子一起刹,能够保证车辆的稳定,而单电机的电动车则只能够制动一根轴,因此必须在达到一定的减速度后让机械制动参与。3.法规需求没有那么高,各种测试续航的工况中只出现了不大的减速度,那么更多的能力无法体现在参数中,又何必费时费力克服困难去研发呢?

但实际上能量回收是可以做的更大的,比如保时捷Taycan,它的能量回收功率可以达到265kW,达到最大0.39g的减速度。

还可以引申出一个问题,为什么有些车的实际续航与NEDC续航比较贴近,而有些车的实际续航则偏离NEDC很远,这其中同样有能量回收能力的原因。

因为NEDC这类标准工况中的减速过程非常平和,最大减速度不过-1.39m/s^2,也就是0.15g都不到,几乎所有的车辆都能够回收这部分的能量。而实际驾驶中,则会碰到各种情况,重刹急刹屡见不鲜,如果能量回收系统不够好,那么这部分的能量则会被很大程度上浪费,自然离NEDC续航就远了。

因此,在选车试驾时,也可以关注一下车辆刹车时显示的瞬时充电功率,在我试驾过的车型中,蔚来ES8、捷豹I-PACE大约-50kW,这也是大多数电动车的水平,大众的e-Golf却能达到-90kW,还有就是保时捷Taycan了。

本文作者为踢车帮 Route64

  • 凤凰网汽车公众号

    搜索:autoifeng

  •  官方微博

    @ 凤凰网汽车

  •  报价小程序

    搜索:风车价

网友评论
0人点赞
|
评论0
加载中...

大家都在看

趣图推荐