L'ultima volta abbiamo discusso di pompe per vuoto elettriche (EVP in breve).Come possiamo vedere, ci sono molti vantaggi degli EVP.Gli EVP hanno anche molti svantaggi, incluso il rumore.Nell'area dell'altopiano, a causa della bassa pressione dell'aria, l'EVP non è in grado di fornire lo stesso alto grado di vuoto che nell'area piana e l'assistenza del booster del vuoto è scarsa e la forza del pedale aumenterà.Ci sono due difetti più fatali.Uno è la durata della vita.Alcuni EVP economici hanno una durata inferiore a 1.000 ore.L'altro è lo spreco di energia.Sappiamo tutti che quando un veicolo elettrico procede per inerzia o frena, la forza di attrito può far ruotare il motore per generare corrente.Queste correnti possono caricare la batteria e immagazzinare questa energia.Questo è il recupero dell'energia in frenata.Non sottovalutare questa energia.Nel ciclo NEDC di un'auto compatta, se l'energia di frenata può essere completamente recuperata, può risparmiare circa il 17%.In condizioni urbane tipiche, il rapporto tra l'energia consumata dalla frenata del veicolo e l'energia totale di guida può raggiungere il 50%.Si può vedere che se il tasso di recupero dell'energia di frenata può essere migliorato, l'autonomia di crociera può essere notevolmente estesa e l'economia del veicolo può essere migliorata.L'EVP è collegato in parallelo con il sistema frenante, il che significa che la forza frenante rigenerativa del motore è direttamente sovrapposta alla forza frenante per attrito originale e la forza frenante per attrito originale non viene regolata.Il tasso di recupero energetico è basso, solo circa il 5% del Bosch iBooster menzionato in seguito.Inoltre, il comfort di frenata è scarso e l'accoppiamento e la commutazione della frenata rigenerativa del motore e della frenata per attrito produrranno urti.
L'immagine sopra mostra lo schema SCB
Anche così, l'EVP è ancora ampiamente utilizzato, perché le vendite di veicoli elettrici sono basse e anche la capacità di progettazione del telaio domestico è molto scarsa.La maggior parte di loro sono telai copiati.È quasi impossibile progettare un telaio per veicoli elettrici.
Se non si utilizza l'EVP, è necessario l'EHB (Electronic Hydraulic Brake Booster).EHB può essere diviso in due tipi, uno è con un accumulatore ad alta pressione, solitamente chiamato tipo umido.L'altro è che il motore spinge direttamente il pistone della pompa freno, solitamente chiamato tipo a secco.I veicoli ibridi di nuova energia sono fondamentalmente i primi, e il tipico rappresentante dei secondi è il Bosch iBooster.
Diamo prima un'occhiata all'EHB con un accumulatore ad alta tensione, che in realtà è una versione potenziata dell'ESP.L'ESP può anche essere considerato come una sorta di EHB, l'ESP può frenare attivamente.
L'immagine a sinistra è il diagramma schematico di una ruota dell'ESP:
a--valvola di controllo N225
b-valvola ad alta pressione di controllo dinamico N227
c - valvola di ingresso dell'olio
d - valvola di scarico dell'olio
e - cilindro del freno
f - pompa di ritorno
g--servo attivo
h--accumulatore a bassa pressione
Nella fase di sovralimentazione, il motore e l'accumulatore creano una pre-pressione in modo che la pompa di ritorno aspiri il liquido dei freni.N225 è chiuso, N227 è aperto e la valvola di ingresso dell'olio rimane aperta fino a quando la ruota non viene frenata alla forza frenante richiesta.
La composizione dell'EHB è fondamentalmente la stessa dell'ESP, tranne per il fatto che l'accumulatore a bassa pressione è sostituito da un accumulatore ad alta pressione.L'accumulatore ad alta pressione può aumentare la pressione una volta e utilizzarla più volte, mentre l'accumulatore a bassa pressione dell'ESP può aumentare la pressione una volta e può essere utilizzato solo una volta.Ogni volta che viene utilizzato, il componente più centrale dell'ESP e il componente più preciso della pompa a stantuffo devono resistere alle alte temperature e alle alte pressioni e l'uso continuo e frequente ne ridurrà la durata.Poi c'è la pressione limitata dell'accumulatore a bassa pressione.Generalmente, la forza frenante massima è di circa 0,5 g.La forza frenante standard è superiore a 0,8 ge 0,5 g è tutt'altro che sufficiente.All'inizio della progettazione, il sistema frenante controllato dall'ESP veniva utilizzato solo in poche situazioni di emergenza, non più di 10 volte l'anno.Pertanto, l'ESP non può essere utilizzato come un sistema frenante convenzionale e può essere utilizzato solo occasionalmente in situazioni ausiliarie o di emergenza.
L'immagine sopra mostra l'accumulatore ad alta pressione della Toyota EBC, che è in qualche modo simile a una molla a gas.Il processo di fabbricazione degli accumulatori ad alta pressione è un punto difficile.Bosch inizialmente utilizzava sfere di accumulo di energia.La pratica ha dimostrato che gli accumulatori ad alta pressione a base di azoto sono i più adatti.
Toyota è stata la prima ad applicare il sistema EHB a un'auto prodotta in serie, che era la Prius di prima generazione (parametri | foto) lanciata alla fine del 1997, e Toyota l'ha battezzata EBC.In termini di recupero dell'energia in frenata, l'EHB è notevolmente migliorato rispetto al tradizionale EVP, perché è disaccoppiato dal pedale e può essere un sistema di serie.Il motore può essere utilizzato prima per il recupero di energia e la frenata viene aggiunta nella fase finale.
Alla fine del 2000, Bosch ha anche prodotto il proprio EHB, che è stato utilizzato sulla Mercedes-Benz SL500.Mercedes-Benz lo chiamò SBC.Il sistema EHB di Mercedes-Benz era originariamente utilizzato nei veicoli a carburante, proprio come sistema ausiliario.Il sistema era troppo complicato e aveva troppi tubi, e Mercedes-Benz ha richiamato la berlina Classe E (parametri | foto), classe SL (parametri | foto) e classi CLS (parametri | foto), il costo di manutenzione è molto alto, e ci vogliono più di 20.000 yuan per sostituire un SBC.Mercedes-Benz ha smesso di utilizzare l'SBC dopo il 2008. Bosch ha continuato a ottimizzare questo sistema ed è passata agli accumulatori ad alta pressione di azoto.Nel 2008 ha lanciato HAS-HEV, ampiamente utilizzato nei veicoli ibridi in Europa e BYD in Cina.
Successivamente, TRW ha anche lanciato il sistema EHB, che TRW ha chiamato SCB.La maggior parte degli ibridi Ford oggi sono SCB.
Il sistema EHB è troppo complicato, l'accumulatore ad alta tensione ha paura delle vibrazioni, l'affidabilità non è elevata, anche il volume è elevato, anche il costo è elevato, anche la durata è messa in discussione e il costo di manutenzione è enorme.Nel 2010, Hitachi ha lanciato il primo EHB a secco al mondo, l'E-ACT, che è anche l'EHB più avanzato al momento.mali.Il ciclo di ricerca e sviluppo di E-ACT dura fino a 7 anni, dopo quasi 5 anni di test di affidabilità.Non è stato fino al 2013 che Bosch ha lanciato l'iBooster di prima generazione e l'iBooster di seconda generazione nel 2016. L'iBooster di seconda generazione ha raggiunto la qualità dell'E-ACT di Hitachi e i giapponesi erano davanti alla generazione tedesca nel campo EHB.
L'immagine sopra mostra la struttura di E-ACT
L'EHB a secco aziona direttamente l'asta di spinta dal motore e quindi spinge il pistone del cilindro principale.La forza di rotazione del motore viene convertita in una forza di movimento lineare attraverso la vite a rulli (E-ACT).Allo stesso tempo, la vite a ricircolo di sfere è anche un riduttore, che riduce la velocità del motore a Una maggiore coppia spinge il pistone del cilindro principale.Il principio è molto semplice.Il motivo per cui le persone precedenti non hanno utilizzato questo metodo è perché il sistema di frenatura dell'automobile ha requisiti di affidabilità estremamente elevati e deve essere riservata una ridondanza delle prestazioni sufficiente.La difficoltà risiede nel motore, che richiede una piccola dimensione del motore, un'elevata velocità (oltre 10.000 giri al minuto), una coppia elevata e una buona dissipazione del calore.Anche il riduttore è difficile e richiede un'elevata precisione di lavorazione.Allo stesso tempo, è necessario ottimizzare il sistema con il sistema idraulico del cilindro principale.Pertanto, l'EHB secco è apparso relativamente tardi.
L'immagine sopra mostra la struttura interna dell'iBooster di prima generazione.
L'ingranaggio a vite senza fine viene utilizzato per la decelerazione a due stadi per aumentare la coppia del movimento lineare.Tesla utilizza l'iBooster di prima generazione su tutta la linea, così come tutti i nuovi veicoli energetici della Volkswagen e la Porsche 918 utilizzano l'iBooster di prima generazione, anche la Cadillac CT6 di GM e la Bolt EV di Chevrolet utilizzano l'iBooster di prima generazione.Si dice che questo design converta il 95% dell'energia di frenata rigenerativa in elettricità, migliorando notevolmente l'autonomia di crociera dei veicoli di nuova energia.Il tempo di risposta è inoltre più breve del 75% rispetto al sistema EHB a umido con accumulatore ad alta pressione.
L'immagine a destra in alto è il nostro servofreno idraulico elettrico Part# EHB-HBS001 che è lo stesso dell'immagine a sinistra in alto.Il gruppo di sinistra è l'iBooster di seconda generazione, che utilizza un ingranaggio a vite senza fine di secondo stadio su una vite a ricircolo di sfere di primo stadio per la decelerazione, riducendo notevolmente il volume e migliorando la precisione del controllo.Hanno quattro prodotti di serie e le dimensioni del booster vanno da 4,5 kN a 8 kN, e 8 kN possono essere utilizzati su una piccola autovettura da 9 posti.
IBC sarà lanciato sulla piattaforma GM K2XX nel 2018, che è la serie di pickup GM.Si noti che questo è un veicolo a carburante.Ovviamente possono essere utilizzati anche veicoli elettrici.
La progettazione e il controllo del sistema idraulico sono complessi e richiedono un accumulo di esperienza a lungo termine ed eccellenti capacità di lavorazione, e in Cina c'è sempre stato un vuoto in questo campo.Nel corso degli anni, la costruzione di una propria base industriale è stata trascurata e si è adottato completamente il principio dell'indebitamento;poiché l'impianto frenante ha requisiti di affidabilità estremamente elevati, le aziende emergenti non possono essere riconosciute dagli OEM.Pertanto, la progettazione e la produzione della parte idraulica del sistema frenante idraulico dell'automobile sono completamente monopolizzate da joint venture o società straniere e, per progettare e produrre il sistema EHB, è necessario eseguire l'attracco e la progettazione complessiva con la parte idraulica, che porta all'intero sistema EHB.Monopolio completo delle compagnie straniere.
Oltre all'EHB, esiste un sistema frenante avanzato, l'EMB, che in teoria è quasi perfetto.Abbandona tutti i sistemi idraulici e ha un costo contenuto.Il tempo di risposta del sistema elettronico è di soli 90 millisecondi, che è molto più veloce di iBooster.Ma ci sono molte carenze.Svantaggio 1. Non esiste un sistema di backup, che richiede un'affidabilità estremamente elevata.In particolare, il sistema di alimentazione deve essere assolutamente stabile, seguito dalla tolleranza ai guasti del sistema di comunicazione bus.La comunicazione seriale di ogni nodo del sistema deve avere tolleranza ai guasti.Allo stesso tempo, il sistema necessita di almeno due CPU per garantire l'affidabilità.Svantaggio 2. Forza frenante insufficiente.Il sistema EMB deve trovarsi nell'hub.La dimensione del mozzo determina la dimensione del motore, che a sua volta determina che la potenza del motore non può essere troppo grande, mentre le auto normali richiedono 1-2 KW di potenza frenante, cosa attualmente impossibile per i motori di piccole dimensioni.Per raggiungere le vette, la tensione di ingresso deve essere notevolmente aumentata, e anche in questo caso è molto difficile.Svantaggio 3. La temperatura dell'ambiente di lavoro è elevata, la temperatura vicino alle pastiglie dei freni raggiunge centinaia di gradi e le dimensioni del motore determinano che è possibile utilizzare solo un motore a magneti permanenti e il magnete permanente si smagnetizza alle alte temperature .Allo stesso tempo, alcuni componenti semiconduttori di EMB devono lavorare vicino alle pastiglie dei freni.Nessun componente semiconduttore può resistere a una temperatura così elevata e la limitazione del volume rende impossibile aggiungere un sistema di raffreddamento.Svantaggio 4. È necessario sviluppare un sistema corrispondente per il telaio ed è difficile modularizzare il design, con conseguenti costi di sviluppo estremamente elevati.
Il problema della forza frenante insufficiente dell'EMB potrebbe non essere risolto, perché più forte è il magnetismo del magnete permanente, più basso è il punto di temperatura di Curie e l'EMB non può superare il limite fisico.Tuttavia, se i requisiti per la forza frenante vengono ridotti, l'EMB può ancora essere pratico.L'attuale sistema di parcheggio elettronico EPB è la frenata EMB.Poi c'è l'EMB installato sulla ruota posteriore che non richiede un'elevata forza frenante, come l'Audi R8 E-TRON.
La ruota anteriore dell'Audi R8 E-TRON è ancora un design idraulico tradizionale e la ruota posteriore è un EMB.
L'immagine sopra mostra il sistema EMB della R8 E-TRON.
Possiamo vedere che il diametro del motore può essere all'incirca delle dimensioni del mignolo.Tutti i produttori di sistemi frenanti come NTN, Shuguang Industry, Brembo, NSK, Wanxiang, Wanan, Haldex e Wabco stanno lavorando duramente su EMB.Ovviamente anche Bosch, Continental e ZF TRW non rimarranno inattivi.Ma EMB potrebbe non essere mai in grado di sostituire il sistema di frenatura idraulico.
Tempo di pubblicazione: maggio-16-2022