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关于新能源汽车“动能回收”和“刹车系统”的关系
作者: daijun211 来源: 焉知新能源汽车 日期: 2021年6月17日

发现有朋友还是不理解「动能回收」这个概念,而制动系统中到底哪部分是主机厂做的,哪部分是博世做的。
 
这里大概解释一下我的理解。
 
首先车辆有两大基本力:「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、转矩补偿等这部分按下不表。不是这次想说的重点。
 
重点说一下让车辆减速的制动力。
 

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:
 
一,电制动。
 
简单理解就是,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。
 
二,机械制动。
 
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。
 
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(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)
 
再说电制动的部分。
 
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,我们称之为「制动能量回收」。
 
关于滑行能量回收,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。
 
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「滑行能量回收」示意曲线图
 
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。
 
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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,此时就会出现减速效果突然失效情况,驾驶人员的感受就是: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。
 
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(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,我姑且都称为油门踏板吧),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」,但是有些做的激进,有些做的保守。比如特斯拉就是激进派。
 
说说保守派的做法,例如此前北汽新能源,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」。
 
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(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。
 
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!但显然并不能实现。
 
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),光是上面提到的「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。
 
制动能量回收
 
简单说就是,需要踩下制动踏板,才会产生的能量回收。这部分,其实也区分两种情况:第一种是主机厂自己做的;第二种是底盘(博世)和主机厂一起做的。
 
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!加到多大?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。
 
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制动能量回收示意曲线图
 
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 iBooster 的系统就在这方面起到了大作用。
 
iBooster 这套系统也是博世自己开发的系统,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。
 
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,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」)
 
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与 ESP hev  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。ESP hev 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 ESP hev 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。
 
简单说:
 
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。
 
而上面的那段话的意思是,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。
 
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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。
 
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而有些可能会标定的比较不敏感,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。
 
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,有三个原因:一,博世长期霸榜,工程开发强;二,技术专利;三,成本限制。
 
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,要花钱的多而且周期还长。
 
如果,我是说如果,例如特斯拉,想要染指底盘的业务,尝试做摆脱博世束缚的第一只螃蟹,那么,很有可能会去动底盘的软件,如果特斯拉自己改动了底盘的软件,那么出现刹车或者意外加速一类的问题,就有可能是特斯拉自己的问题了。
 
也难怪,特斯拉没有甩锅博世,博世也没有申明。可能大家只是在默认这件事情发生而已……

(转载请注明来源: 汽车制动网/chebrake.com 责任编辑:Jack)

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