适用于所有动力总成解决方案

2018-04-30 09:59 次阅读

i-Booster是乘用车新型的智能刹车系统,在设计之初就完全考虑了自动驾驶需求。不同于其他刹车系统,其助力源为电机,因其具有降低油耗、节省电能,可实现能量回收最大化,以及刹车柔性控制等优势,i-Booster适用于所有动力总成解决方案,包括传统燃油式汽车、混合动力汽车和纯电动汽车,可适应未来汽车电动化与自动化的发展趋势。

开场白,啥叫i-Booster?

i-Booster是汽车技术供应商博世的叫法,全称就是 intelligent Brake System,其他的企业都叫E-Booster,换成中文名字,就叫做智能刹车系统。可以跟制动踏板协同工作,可以抛开制动踏板独立工作,以实现智能刹车。我们知道,传统燃油车在我们踩下刹车踏板后,踏板会推动真空助力泵,再由真空助力泵推动刹车主缸产生刹车液压控制刹车钳进行刹车。但对于新能源和混动车型来说,因为没有发动机或者在纯电动模式下,真空助力泵是无法工作的(真空度是由发动机动力提供),那么不需要真空助力泵的刹车机构应运而生,这就是i-Booster。

简单来讲,i-Booster就是另外一种刹车系统,与真空的动力的刹车系统,液压助力的刹车系统,实现的功能都一样,只是助力源不一样,i-Booster助力源是电机,其它的助力源分别为真空,液压,气压等。

因此,i-Booster就是乘用车新型的智能刹车系统,并在设计之初就完全考虑了自动驾驶需求。

为啥要搞I-Booster系统?

降低油耗,节省电能

传统车辆的制动动力源,轻型乘用车用的是真空助力,重卡用的是高压空气助力,非道路工程机械用的是液压助力,这些都需要发动机提供额外的动力去产生,如驱动液压泵,驱动空气压缩机等。总结一点,他们都需要利用发动机的扭矩,增加燃油消耗(除了非直喷的汽油机可以利用进气歧管产生较高的真空度)。

混合动力车的刹车系统,可以用以上传统车的刹车系统,但是能量回收率很低,同时驾驶员刹车的时候,会有顿挫感,驾驶感受不好。如果是纯电动车用以上的传统刹车系统,需要增加额外的设备以及消耗大量的电能。比如增加一个真空泵,增加一个空压机等,不仅成本上升,电量的消耗增加。

I-Booster系统对于原有的刹车系统更改,并不会有很大更改,所有刹车的动力源来源一个小的电机,更加有利于降低能量的消耗与能量回收。

能量回收的最大化

混合动力汽车在刹车过程中,能量回收的效率与车速有关,车速越高,回收效率越大,车速越低回收效率越低。但是驾驶员在制动过程中,施加的力往往是在一个稳定的值内。这时就需要i-Boost在总制动力保持不变的情况下,来调节能量回收的力矩与液压卡钳的制动力,从而使能量回收的利用率保持最大化。

刹车的柔性控制

何为柔性控制?即与制动踏板的耦合与解耦。比如在ACC自适应巡航与自动驾驶过程中,突然遇见障碍物,制动踏板并没有制动,这个时候就可以通过VCU发送给i-Booster控制系统,以实现自动刹车避让障碍物。

我们经常听说,刹车偏软或者前段基本无刹车等等,这实际是刹车性能曲线决定的,一般燃油车出厂前就已经设定完毕,无法调整。而电子化的i-Booster截然不同。主机厂可以在后期很方便的编程iBooster的刹车性能曲线,以实现不同的踏板感受,而驾驶者也可以选择不同驾驶模式来获得不同的刹车质感。

综上,便为i-Booster存在的价值及意义。

I-Booster的结构组成及工作原理

结构组成

至于组成,可参考下图:

参考百度文库的Bosch图片

工作原理

其工作原理与真空的助力系统大致类似,可参考一下细节手绘图。

 

其中虚线代表制动踏板,可以直接驱动液压系统进行制动。

当制动踏板进行制动,电机在一定区间内进行助力放大,驱动液压系统进行制动。

I-Booster的制动压力性能曲线

制动的压力曲线如下图所示:

手绘版

英文版对照

 

此曲线分为三段:

  • 空行程区,其它本质就是防止踏板的误踩。

  • 制动力飞跃区,此时为踏板力进行制动。

  • 放大区,此时,i-booster制动电机对其制动力进行比例放大。

  • 踏板驱动区,此时需要较大的踏板力进行机械放大制动。

同时为了满足不同人的驾驶习惯与要求,这个比例曲线可以通过标定与调节,进行更正,比如运动模式,舒适模式,制动能量回收模式等。

根据客户需求进行定制化的设计。

i-Booster的控制策略架构

i-Booster的控制是老生常谈的问题, 对于一个系统而言,首先需要考虑的是输入,输出,然后增加自己的功能设计,这里以图文结合的形式进行系统化描述。

控制系统的架构图-输入\输出

在此系统架构中,控制单元作为一个单元体,描述整个系统的输入与输出。

控制单元内部软件架构图

以上描述的为整体控制系统内部的控制策略及基本的控制单元模块。

制动力仲裁子模块

以上描述为功能子模块的需求分析。

电机驱动力仲裁模块

以上描述为电机控制的子模块需求分析。

上面的几张图是对整个I-Booster的控制系统进行的简单描述,该系统相对而言并不是很复杂,但是作为安全核心件,相关的监控模块可能比较多,这个就涉及到对应的功能安全,下面进行详细描述。

i-Booster的失效分析

i-Booster作为制动系统的核心安全件, 从功能安全角度考虑,可对其进行失效分析,如下所示:

参考百度文库的Bosch 图片

从系统够的架构图可以得出以下推测:

整体系统失效,即I-Booster 系统失效,Bosch的策略是ESP系统顶上,其它公司的策略是利用驱动电机作为制动源顶上。

子系统失效-制动踏板,此时I-Booster电机顶上,利用其驱力进行制动。

子系统失效-I-Booster电机失效,此时制动踏板只要施加的力量足够大,也可以进行制动。

其细节的失效分析与控制策略过于复杂,本文暂不讨论,如有了解这方面的大神,可以留言分享。

当前市场战况

当前自动驾驶的蓬勃发展,间接的催生了相关零部件的火爆,其中的i-Booster系统作为自动驾驶的“必备良药”,火爆场面不言而预,博世作为零部件领先企业,已经投入巨资在南京开建i-Booster工厂,预计2019年可实现小规模量产,并且博世已于2013开始在其它国家就有了小规模量产,技术已经从第一代,发展到现在的第二代。博世南京工厂一旦建立,因其价格、产量的优势,必将对国内一些正在开发此系统的小企业,形成致命性打击。

国内有些企业,也在研发这个东西,最具有代表的是上汽背景的上海汇众,民企背景的上海拿森也不错,但是技术需要长期的积累,不是一朝一夕就能解决的,需要投入大量人力物力财力。目前国内企业大多都还在处于样品阶段,其控制与生产工艺都在摸索,并没有严格意义的SOP,但是还是希望他们能够越做越好,只有这样中国的汽车产业才有可能不会出现最近很火的“中兴事件”。 小编在此为他们打气加油!

网友对该市场也进行了相应的评论加以补充:

@ed ceng 

据我所知,上汽自己在偷偷搞ibooster开发,在下属的股份公司,浦东。

通用的IPB就是one box,博世的ESP+IBOOSTER是two box,成本高一点。目前吉利和上汽都有ibooster项目在跑。

上汽和吉利都是用博世的,可以在国内开发了。IPB是博世和GM全球一起开发的,GM以后的车会大规模采用,但是博世和GM有协议,量产前别人不能用。

@么么牛

还有上汽联创也在做……

@vehicle happy

2019年会有大量发布的车型上i-booster,现在博世的i-booster项目越来越多

总结

I-Booster 系统在技术上虽然复杂程度并不算很高,但是想要把做好也是不容易的,机械、电控、匹配、标定、测试,缺一不可。同时开发此系统也是比较烧钱的,目前国内这方面并没有优秀的人才与技术的积累。虽然博世也在做这个,但做的更多的是应用匹配,真正的设计与原型开发,还在德国,所以目前I-Booster 系统要想在国内实现完全自主化,还有一段路要走!路漫漫其修远兮!


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原文标题:自动驾驶利器之——智能刹车系统(I/E-Booster 控制系统)

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