원박스 및 투박스 제동 시스템 소개

원박스 및 투박스 제동 시스템 소개

최근 테슬라의 또 다른 고속 충돌 사고가 파문을 일으켰다. 전기차의 제동은 충분히 안전할까? 대중의 관심과 논의가 다시 불붙었습니다. 오늘은 전기 자동차의 제동 시스템을 전기 자동차와 기존 자동차의 제동 시스템의 차이점과 전기 자동차 제동 시스템의 기술 적용이라는 두 가지 측면에서 설명하여 독자들에게 문제를 합리적으로 볼 수 있는 기술적 참고 자료를 제공하겠습니다. 브레이크 시스템과 관련된

01 승용차 제동장치 소개

기존 연료 차량이든 신에너지 차량이든 기본 제동 시스템은 다음 구성 요소로 구성됩니다.

제동력의 전달 경로는 페달 기계적 힘 → 브레이크 유체 압력 → 캘리퍼 기계적 힘의 3단계입니다.

1)운전자의 발에 가해지는 힘은 1차적으로 브레이크 페달 레버 비율만큼 증폭되고, 그 다음 부스터의 2차 증폭량에 의해 증폭됩니다. 그런 다음 푸시로드를 입력하여 마스터 실린더로 전달됩니다.

2)마스터 실린더 입력 푸시 로드는 피스톤을 밀어 기계적 힘을 브레이크 오일 유압으로 변환합니다. 브레이크액 유압은 파이프라인을 통해 브레이크 캘리퍼로 전달되어 캘리퍼 피스톤을 밀어냅니다.

3) 브레이크 캘리퍼의 피스톤은 마찰판을 밀어 회전하는 브레이크 디스크를 일치시켜 마찰을 발생시키며, 이는 제동 토크로 바퀴에 작용합니다.

브레이크 페달과 브레이크는 전기자동차와 연료자동차의 원리와 적용에 차이가 없습니다. 다양한 유형의 차량 간의 주요 차이점은 "부스터 + 마스터 실린더 + ESP" 모듈에 집중되어 있습니다. "부스터 + 마스터 실린더 + ESP"를 여기에 통합하는 이유는 이 세 가지 모듈의 통합 수준이 기술 솔루션마다 다르기 때문입니다.

02 연료자동차의 제동장치 구조

전통적인 연료 차량의 제동 시스템의 구조는 아래 그림에 나와 있습니다.

"부스터+마스터 실린더"는 조립품이고, ESP는 별도의 모듈입니다. 여기서 "부스터"는 실제로는 진공 부스터입니다. 원리는 부스터 내부가 다이어프램에 의해 대기 캐비티와 진공 캐비티의 두 개의 캐비티로 나누어지는 것입니다. 제동하지 않을 때는 대형 챔버와 진공 챔버가 모두 진공 소스에 연결되어 진공 부압을 형성합니다. 브레이크 페달을 밟은 후에도 진공 챔버는 계속해서 진공 상태를 유지합니다. 대형 대기실은 외부 세계와 연결되어 공기를 흡입하기 시작합니다. 그러면 두 챔버 사이의 압력 차이가 다이어프램에 작용하여 진공 보조력을 형성하고, 이는 궁극적으로 마스터 실린더의 입력 푸시 로드에 작용합니다. 진공 보조 힘의 양은 페달의 입력 힘에 고정된 비율로 존재합니다. 진공 소스는 엔진에서 나옵니다. 엔진에서 진공을 공급하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 하나는 엔진 흡기 매니폴드의 공기 흡입 과정에서 형성되는 진공이고, 다른 하나는 엔진 크랭크 샤프트에 의해 구동되는 진공 펌프입니다. 진공 부스터가 장착된 마스터 실린더의 구체적인 구조 조립은 아래 그림과 같습니다.

위에서 언급한 진공 보조 시스템의 경우 일반적인 실패 모드는 다음과 같습니다.

1) 브레이크 페달: 브레이크 페달 파손은 매우 드물며 낮은 수준의 고장 모드입니다. 규정에서도 이 부품을 고장이 나지 않는 부품으로 정의하고 있습니다. 메인 페달 관련 고장은 브레이크등 스위치(BLS) 고장이다. BLS 고장은 기본적인 유압제동에는 영향을 미치지 않으나, ABS/TCS/VDC, EMS 등 전자제동 기능과 브레이크등 스위치 관련 논리적 판단에 영향을 미치게 됩니다. 물론 브레이크 테일 라이트의 조명도 영향을 받습니다.

2)진공 부스터: 진공 부스터 고장의 가장 심각한 결과는 부스터 누출, 진공관 누출 등과 같은 진공 부스트가 없는 것입니다. 운전자의 직관적인 느낌은 브레이크가 단단하다는 것입니다. 진공 보조 장치가 부족하기 때문에 운전자는 정상적인 상황에서 차량의 감속을 달성하기 위해 평소보다 몇 배 더 많은 힘을 가해야 합니다.

3)마스터 실린더: 마스터 실린더의 고장은 누출과 고착의 두 가지 형태로 집중됩니다. 전자를 사용하면 페달 스트로크가 더 길고 부드러워지지만 차량이 정상적인 감속을 할 수 없습니다. 후자는 직접적으로 브레이크 페달을 밟을 수 없게 만듭니다.

4)ESP 모듈: 브레이크 라이트 스위치, 파워트레인, 휠 속도 센서, 전원 공급 장치, CAN 네트워크 등에 오류가 발생하여 ESP 관련 기능(ABS/TCS/VDC/HHC/AVH/HDC 등)에 영향을 미칩니다. ABS/TCS/로 인해 VDC 기능은 극한의 차량 조건에서만 개입하므로 ESP 기능의 실패는 기본 제동에 영향을 미치지 않습니다. 즉, 좋은 노면에서 약/중간 제동은 효과가 거의 없지만, 급제동 중에는 ABS가 작동하지 않아 바퀴가 잠기기 쉽습니다. 이 경우 가장 위험한 도로 상황은 얼음, 눈, 접착 계수가 낮은 자갈길입니다. 앞바퀴와 뒷바퀴는 제동이나 주행 시 쉽게 미끄러지거나 제어력을 잃을 수 있습니다.

5)브레이크: 브레이크 고장, 특히 NVH 제동과 관련된 고장이 많이 발생하는데, 운전 안전에 실제로 심각한 영향을 미치는 고장은 주로 캘리퍼의 브레이크액 누출과 마찰 패드의 열화입니다. 캘리퍼 브레이크액 누출은 앞서 언급한 마스터 실린더 누출과 유사합니다. 마찰패드의 성능 저하는 대부분 열적 열화에 의해 발생됩니다. 성능 저하 후에는 제동 효율이 감소하고 차량 감속도가 운전자의 기대보다 훨씬 낮습니다. 운전자는 차가 브레이크를 밟을 수 없다고 느낍니다.

6)기타 : 파이프라인 고장(누출), 휠 속도 센서 고장, EPB 고장 등

03 전기차 제동 시스템 구조

진공 부스터는 엔진이 진공을 제공해야 하기 때문에, 신에너지 차량은 순수 전기 주행 시 엔진에 의존하여 진공을 얻는 이 시스템을 사용할 수 없습니다.

3.1 전자 진공 펌프 솔루션

전자식 진공 펌프 솔루션의 논리는 다음과 같습니다. 진공 소스를 제공하는 엔진이 없으므로 독립적으로 배기할 수 있는 부품이 제공됩니다. 원리는 매우 간단합니다. 즉, 모터가 블레이드를 구동하여 회전하고 진공을 발생시키는 것입니다. 플런저형도 있지만 널리 사용되지는 않습니다. 따라서 전자식 진공 펌프 솔루션은 하드웨어 수준에서 엔진에 직접 진공을 제공합니다. 전자 진공 펌프는 독립 펌프(유일한 진공 소스 및 더 높은 하드웨어 요구 사항)와 보조 펌프로 구분됩니다.

이 솔루션의 분명한 장점은 수정량이 적고 동일한 플랫폼에서 연료 차량과 신에너지 차량의 제동 시스템을 공유하는 데 매우 적합하다는 것입니다. 이 솔루션의 단점도 분명합니다.

1) 전자진공펌프의 소음 및 진동으로 인한 배치 문제;

2) 주류 전자 진공 펌프 시장은 거의 독점화되어 있고 가격이 높으며 다른 제조업체 제품의 품질이 불안정합니다.

3) 기존 ESP는 활성 압력 구축 능력이 낮고 에너지 회수 및 지능형 주행에 대한 강력한 지원을 제공할 수 없습니다.

4)전자진공펌프의 고장이나 불합리한 전략은 진공보조의 실패 또는 감소로 이어진다. 전반적으로 전자 진공 펌프 솔루션은 실제로 저렴한 솔루션입니다. 기술 발전 추세로 볼 때 이는 과도기적 해결책이다.

3.2 전자 부스터 솔루션(2박스)

신에너지 자동차의 홍보와 지능형 주행 기술의 발전으로 인해 제동 시스템과 외부 세계 간의 상호 작용이 점점 더 중요해지고 있습니다. 새로운 에너지 차량의 순항 범위는 에너지 회수에 대한 더 높은 요구 사항을 제시합니다. 에너지 회수에서 타행 회복은 차량의 낮은 부착의 안정성과 관련이 있습니다. 제동 회복을 위해서는 유압 제동과 모터 회복 제동을 지배하는 제동 시스템이 필요합니다. 지능형 주행의 발전으로 인해 제동 시스템의 압력 구축 능력과 반응에 대한 요구 사항도 높아졌습니다. 동시에 자율주행의 중복 설계를 위해서는 브레이크 시스템에도 백업 기능이 있어야 합니다. 따라서 Bosch는 일반적으로 iBooster 전자 부스터라고 불리는 진공에 의존하지 않는 전자 부스터 솔루션을 출시했습니다. 전자 부스터의 구조는 진공 부스터의 구조와 매우 다르지만 본질적으로 여전히 빈 부스터를 시뮬레이션하도록 설계되었습니다. 진공 부스터와의 차이점은 내장 모터에 의해 부스트가 제공된다는 것입니다. 다음 그림은 전자 부스터의 동력 보조 방법을 완전히 설명합니다. 모터가 회전하여 기어가 회전하도록 구동합니다. 속도를 줄이고 토크를 높인 후 회전운동은 웜기어를 통해 최종적으로 직선운동으로 변환되고, 최종적으로 페달에서 전달된 힘과 함께 마스터실린더 입력 푸시로드를 구동하게 됩니다. 수압을 구축하십시오. 마스터 실린더 부분은 기존 진공 부스터와 동일하며, 부스터의 부스트 비율을 결정하는 밸브 시트는 기본적으로 기존 진공 부스터와 구조 및 원리가 동일합니다. 부스터와 ESP는 이 솔루션에서 두 개의 독립적인 모듈이므로 업계에서는 이를 투박스 솔루션이라고 부릅니다.

iBooster 지원 판단과 관련하여: ECU는 차량 개발 과정에서 보정된 하나 이상의 페달 느낌 곡선 세트(예: 페달 스트로크 대 감속, 페달 스트로크 대 브레이크 보조 등)를 내부적으로 저장합니다. 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 iBooster 내부 스트로크 센서는 브레이크 페달의 변위를 기반으로 운전자의 제동 의도를 추론하고 추가로 목표 보조량을 계산한 후 에너지 회수량/ABS 작동 상태 등을 종합적으로 고려합니다. iBooster 모터 실행을 궁극적으로 향상시킵니다. iBooster의 강력한 동력 보조 기능, 전자 제어식 반 분리형 제어 방식 및 Two-Box(iBooster 및 ESP)의 자연스러운 이중 백업 덕분에 이 브레이크 시스템 솔루션은 에너지 회수 및 지능형 주행에 큰 이점을 제공합니다. 이는 iBooster가 시장에서 빠르게 홍보될 수 있는 이유이기도 합니다. 현재까지 Tesla 시리즈 전체, 거의 모든 Volkswagen 신에너지 차량, Honda Accord 시리즈 전체(연료 차량 포함), Geely Lynk & Co 신에너지 차량 전체, Mercedes-Benz S-Class, Weilai, Xpeng은 iBooster 솔루션을 사용했습니다.

물론 이러한 유형의 시스템에는 다음과 같은 몇 가지 단점도 있습니다.

1)브레이크 페달 느낌은 기존 진공 부스터 시스템보다 나쁩니다. 이론적으로 전자 부스터와 기존 진공 부스터 사이의 부스트 비율 조정 원리는 동일하지만(둘 다 고무 피드백 디스크 구조를 가짐) 실제로 전자 부스터의 부스트 크기는 일련의 계산 및 실행 프로세스입니다. 실행 프로세스 중에 센서의 신호 수집, 컨트롤러 계산 및 모터 실행으로 인해 특정 오류와 지연이 발생합니다. 또한, 에너지 회수와 유압 제동 사이의 조정은 제어의 어려움을 더욱 증가시킬 것입니다. 이 "시뮬레이션" 프로세스는 기존 진공 부스터에 대한 순전히 물리적인 힘의 동적 균형만큼 "부드럽지" 않습니다.

2) 일이 복잡할수록 실패할 확률도 높아집니다. IBooster는 외부 ESP, 지능형 주행 및 전력 시스템과 밀접한 관련이 있습니다. 관련 시스템 오류 및 CAN 네트워크 오류는 iBooster의 전원 지원 기능에 영향을 미칠 수 있습니다.

3.3 원박스 솔루션

원박스는 주로 투박스에 대해 정의됩니다. Bosch가 iBooster+ESP의 2박스 솔루션을 개발했을 때 본토 회사는 OEM의 요구에 부응하여 더욱 통합된 또 다른 솔루션도 개발하고 있었습니다. 즉, ESP와 전자 부스터를 통합하여 일반적으로 1박스라고 알려진 모듈이 되었습니다. .

One-box에는 브레이크 보조 기능과 ESP 기능이 통합되어 있습니다. 투박스와 동일한 점은 브레이크 어시스트가 모터에 의해 제공된다는 점이다. 가장 큰 차이점은 투박스가 마스터 실린더 입력 푸시로드에 전달하는 힘은 운전자의 입력 힘과 모터 어시스트의 합이 되며, 둘 사이의 비례 관계는 기계적 균형의 결과인 반면, 원박스가 제공하는 제동력은 운전자가 제공하는 제동력을 중첩하지 않고 모두 모터에서 나옵니다. 브레이크 페달을 통해 운전자가 제공하는 힘은 결국 유압으로 변환되어 원박스에 내장된 페달 느낌 시뮬레이터로 누출됩니다. 페달 느낌 시뮬레이터는 실제로 브레이크 페달 느낌을 시뮬레이션하고 운전자에게 힘과 스트로크 피드백을 제공하는 데 사용되는 피스톤 스프링 메커니즘입니다.

원박스 지원 프로세스는 다음과 같이 간단히 설명할 수 있습니다.

1) 페달에 의해 생성된 변위는 센서에 의해 획득되어 ECU에 입력됩니다.

2)ECU는 운전자의 제동 요구량을 계산한 다음 모터를 구동하여 유압을 설정합니다.

3) 유압은 ABS 흡입 밸브를 통해 4륜 실린더로 유입되어 궁극적으로 제동력을 생성합니다.

따라서 정상적인 상황에서는 원박스가 궁극적으로 제공하는 페달력과 제동력이 기계적으로 분리됩니다.

이러한 통합의 가장 확실한 이점은 부품 수가 적고 부피 무게가 가볍다는 것입니다. 완전히 분리된 설계를 통해 소프트웨어를 통해 원하는 페달 힘이나 스트로크에 해당하는 감속 관계를 이론적으로 조정할 수 있습니다. 즉, 페달 느낌은 대부분 소프트웨어에 의해 결정됩니다. 단점은 페달에 대한 힘 피드백이 휠과 분리되어 있어 운전자가 페달을 통해 휠의 상태를 감지할 수 없다는 점입니다. 예를 들어 ABS가 작동 중일 때 운전자는 페달의 진동을 감지할 수 없습니다. 투박스의 페달감 문제 경험을 참고하면, 완전히 분리된 원박스의 페달감은 주목할 만하다. 또한 L3 이상의 지능형 주행을 위해서는 원박스에 ESP 모듈을 중복 백업으로 연결해야 합니다. 첨단 지능형 주행에서 원박스가 무용지물이 되는 곳이다. 고장의 경우 전자 부스터가 고장난 후 투박스도 ESP에 의해 제동 압력을 적극적으로 구축할 수 있지만 원박스는 브레이크 부스터 부분에 백업 시스템이 없습니다(저성능 ESP가 연결되지 않는 한). ).

04 One-Box 시스템 특징

One-Box 와이어 제어식 유압 브레이크 시스템은 TCS(트랙션 컨트롤 시스템), ESC, ABS 및 EPB와 같은 기존 브레이크 기능을 통합합니다. 또한 타이어 공기압 모니터링, EBD(전자식 제동력 분배), AEB(자동 브레이크 보조 시스템), AVH(자동 주차 시스템) 및 기타 기능과 같은 타사 제어 소프트웨어를 통합하여 통합 제어 개발을 달성할 수 있습니다. 유선 제어 섀시 도메인의 주요 기능은 다음과 같습니다.

1)베이스 브레이크 제어(BBC)

브레이크 페달 스트로크 센서의 입력을 감지하여 운전자의 제동 요구를 자동으로 식별하고, 페달 변위에 따라 해당 유압 제동력을 설정하며, 브레이크 유압을 제어하여 브레이크 바이 와이어를 구현합니다.

2) 잠김 방지 제동 시스템(ABS)

긴급 제동 과정에서는 4륜 제동압력을 제어하고, 휠 속도에 따라 휠 실린더 유압을 제어하여 휠 잠김을 방지하고 제동력을 향상시키며 차량 주행 안정성을 보장합니다.

3)트랙션 컨트롤 시스템(TCS)

시동이나 가속 등 강한 주행 시 엔진 토크를 조절해 미끄러지는 바퀴에 제동 압력을 가해 구동바퀴의 과도한 미끄러짐을 방지한다.

4)전자 안정성 제어 장치(ESC)

차량이 회전할 때 차량의 오버스티어 또는 언더스티어를 제어합니다.

5)브레이크 에너지 회수 시스템(CRBS)

제동 과정에서 모터 토크 배터리 상태와 브레이크 페달 상태를 실시간으로 감지하고, 제동 압력과 모터 회복 토크를 조정해 조화로운 제동 에너지 회복을 이뤄 차량의 항속 거리를 개선한다.

6)AEB 제동 요청 지원

사전 충전 및 경고 브레이크 감속과 같은 기능을 구현하기 위해 ADAS 모듈 명령을 수신합니다. 급격하게 압력을 높여 AEB 자동 긴급 제동을 개선하고 AEB 긴급 제동 시 거리를 단축합니다. 빠른 응답을 통해 절약된 300+ms는 AEB 오류 트리거 가능성을 크게 줄일 수 있습니다.

7)ACC 수직 제어 요청 지원

ACC 모듈의 명령에 따라 파워트레인 또는 제동 시스템을 제어하여 가속 및 감속을 달성합니다.

8)APA/RPA 수직 제어 요청 지원

APA/RPA 모듈의 명령에 따라 파워트레인이나 제동 시스템이 제어되어 가속 및 감속이 이루어집니다. 차량의 궤적 지시에 반응하여 차량의 종방향 제동 및 주행을 정확하게 제어하고, 운전자는 자동으로 차량에 주차할 수 있습니다.

9)CST(Comfort-Stop) 편안한 주차

10)BSW

레인 센서의 정보를 감지하여 휠 실린더에 일정한 압력이 설정되고 브레이크 디스크의 수막이 닦아져 비오는 날 제동 성능이 향상됩니다.

11)D-EPB

이중 제어 EPB는 전기 자동차의 주차 중복 문제를 해결합니다.

12) 중복 백업 브레이크 EPB-A

뒷바퀴/앞바퀴 EPB 액추에이터는 백업 서비스 브레이크 역할을 합니다.

13)모든 지형 및 크리프

통행성과 안전성을 향상시키는 다양한 오프로드 표면

14)HFC

운전자가 브레이크 페달을 완전히 밟고 차량이 최대 감속도에 도달하지 못한 경우 운전자에게 추가적인 휠 실린더 압력을 제공합니다.

05 원박스와 투박스 비교

원박스 또는 투박스 시스템의 경우 Wanxiang, Asia Pacific, Bethel, Grubo, Nason 및 Tongyu와 같은 중국 국내 공급업체가 모두 해당 제품을 보유하고 있습니다. 원박스 또는 투박스 시스템의 주요 해외 공급업체로는 Bosch, Continental, ZF Friedrichhshafen, Nissin, Hitachi(CBI 포함), Mobis, Advics 등이 있습니다. 이들 공급업체의 제품 기술 개념은 유사하지만 주요 차이점은 다음과 같습니다. 대량 생산 규모와 제품 성숙도.