Hemlakerfi: Lokaöryggislagið í skynsamlegum ökutækjum

Kastljós bílaiðnaðarins í dag skín á rafhlöðuöryggi, sjálfstýrða aksturslénsstýringar og tölvuafl. Þetta eru fyrirsagnartæknin-„efri lögin“ sem fanga athygli og fjárfestingar.

En frá sjónarhóli ökutækjaöryggisarkitektúrs eru hin raunverulegu mörk öryggis ekki skilgreind af þessum efri lögum. Það er skilgreint afframkvæmdarlag-líkamlegu kerfin sem fá bílinn til að gera það sem honum er sagt.

Í hjarta þess framkvæmdarlags situr bremsukerfið.

Hvort sem það er L2+ ökumannsaðstoð eða fullkomlega sjálfvirkur akstur, þá fer hver hraðaminnkun og stöðvun að lokum eftir einu kerfi. Sama hversu skynsamleg-ákvarðanatakan verður, loka líkamlega aðgerðin-sem hægja á ökutækinu-þarf samt bremsuhluta sem virka, áreiðanlega, í hvert einasta skipti.

Þessi grein sundurliðar verkfræðilegan veruleika á bak við nútíma hemlakerfi: hvers vegna þau eru orðin flóknari, hvar raunveruleg áhætta liggur og hvernig framleiðendur taka á þeim.

Hefðbundin hemlakerfi voru tiltölulega einföld. Vökvaleiðin var greinileg: pedali að aðalstrokka til að bremsa klossa. Valdaflutningur var beinn. Bilunarhamir voru fyrirsjáanlegir og vel skildir.

Nútímabílar, sérstaklega tvinnbílar og rafbílar, hafa gjörbreytt þeirri mynd.

Hemlakerfi nútímans samþætta þrjár aðskildar uppsprettur hraðaminnkunar:

1. Endurnýjunarhemlun
Drifmótorinn gefur snúningsvægi, hægir á ökutækinu á meðan hann endurheimtir orku. Það er móttækilegt, -ókeypis og skilvirkt-en það er líka háð takmörkunum. Þegar rafhlaðan er nálægt fullri hleðslu, þegar hitastig lækkar eða þegar mótorinn eða rafhlaðan fer í hitavörn minnkar endurnýjunarhemlunargeta eða hverfur alveg.

2. Vélræn núningshemlun
Þetta er hefðbundið vökvakerfi. Það þjónar enn sem fullkominn öryggisvarabúnaður, sem getur stöðvað ökutækið óháð rafhlöðustöðu eða hitastigi. Styrkur þess liggur í víðtækri aðlögunarhæfni, en hitastjórnun er enn mikilvægur þáttur.

3. Brake-by-Wire Systems
Rafstýrð hemlun gerir ráð fyrir nákvæmri kraftdreifingu og sameinast beint við sjálfstýrðar akstursstýringarlykkjur. Pedallinn er ekki lengur vélrænt tengdur við drifið á sama hátt-í staðinn, kerfið túlkar ökumanns- eða ADAS-inntak og beitir hemlunarkrafti í samræmi við það.

Þessir þrír þættir sameinast í það sem verkfræðingar kalla ablönduð bremsuarkitektúr. Flækjustigið hefur umtalsverða kosti í för með sér í skilvirkni og stjórn, en það kynnir einnig nýjar verkfræðilegar áskoranir sem voru ekki til staðar í eingöngu vökvakerfi.

Í blönduðu kerfi er kjarnaverkfræðispurningin einföld: hvernig skilar þú mjúkum, fyrirsjáanlegum hemlun í öllum rekstrarskilyrðum?

Bremsablöndunarstýring

Við venjulegar aðstæður setur kerfið endurnýjandi hemlun í forgang og notar núningshemlun eingöngu til að bæta við þegar þörf krefur. En þegar endurnýjunargetan minnkar-vegna mikils SOC, kalt veðurs eða ABS-inngrips-verður kerfið að skipta óaðfinnanlega yfir í vélræna hemlun. Ef þessi umskipti eru ekki stillt nákvæmlega, upplifir ökumaður skyndilega breytingu á hraðaminnkun. Þetta er ekki bara þægindamál. Ósamræmi umskipti geta haft áhrif á stöðvunarvegalengd og sjálfstraust ökumanns.

Pedal Feel Aftenging

Með bremsu-fyrir-vír er það sem ökumaður finnur í gegnum pedalinn ekki beint bundið við hemlunarkraft. Pedalhermir býr til mótstöðu og ferðaeiginleika. Til að fá þetta rétt þarfnast víðtækrar kvörðunar á hitastigi, álagi ökutækja og hraða. Léleg kvörðun leiðir til algengra kvartana: dautt svæði í fyrstu pedaliferð, ó-línuleg svörun eða endurgjöfartöf við neyðarstöðvun.

Svartími

Fyrir ADAS aðgerðir eins og sjálfvirka neyðarhemlun skipta millisekúndur máli. Viðbragðstími bremsukerfis hefur bein áhrif á hvort árekstur verður eða forðist. Nútíma kerfi verða að byggja upp þrýsting fljótt og endurtekið, sem gerir krefjandi kröfur bæði til virkjunarbúnaðar og stjórnalgríma.

Hiti, massi og núningsmörk

• Meðal allra hemlunaráhættu er bremsudofn enn ein sú mikilvægasta. Við viðvarandi mikla hemlun hitna núningsfletir, núningsstuðull lækkar og stöðvunarvegalengd eykst verulega. Í alvarlegum tilfellum upplifa ökumenn merkjanlega lengingu á pedaliferð áður en ökutækið hægir á sér.
• Fyrir rafbíla og tvinnbíla er ástandið meira krefjandi en fyrir hefðbundna bíla. Með því að bæta við rafhlöðupakka eykst massi ökutækis-oft um nokkur hundruð kíló-sem eykur heildarhreyfiorkuna sem verður að dreifa við hemlun. Á sama tíma getur endurnýjandi hemlun skyndilega hætt við erfiðar aðstæður, sem neyðir vélrænu bremsurnar til að takast á við fullt álag án viðvörunar.

Þetta þýðir að varmageta og hitaleiðni eru ekki lengur aukaatriði. Hönnun snúnings, fínstilling kælileiða og efnisval hafa bein áhrif á hvort kerfið virki örugglega í löngum niðurleiðum eða endurteknum háhraðastoppum.

 

Þegar rafeindatækni tekur við: Breytingin í hagnýt öryggi

 

Eftir því sem bremsur-fyrir-vír verða algengari breytist eðli áreiðanleika. Vélrænni bilunarhamur er eitt. Rafræn og hugbúnaðarbilanir eru annað.

Virk öryggisaðferð krefst þess að sjá fyrir hvernig kerfið hegðar sér þegar eitthvað fer úrskeiðis.

Dæmigerðir bilunarhamir sem þarf að bregðast við eru:

• Bilun í stjórnanda
• Aflgjafarof
• Samskiptatap milli íhluta
• Bilanir í skynjara

 

Offramboð er staðlað svar. Algengar aðferðir eru meðal annars tvískiptur-stýringararkitektúr, óháðar aflgjafar (12V plús 48V eða einangruð afrit) og aðskildar vökvarásir. Markmiðið er að útrýma einstökum stigum.

Fyrir hemlakerfi eru virk öryggismarkmið venjulega í takt viðASIL-D, hæsta stig sem skilgreint er í ISO 26262. Þetta þýðir að kerfið verður að greina bilanir og viðhalda öruggri notkun-eins og að varðveita grunnhemlunargetu jafnvel þegar háþróaðir eiginleikar eru ekki tiltækir.

Grundvallarviðskipti-Off

Í reynd er engin ein „rétt“ nálgun við hönnun hemlakerfisins. Mismunandi framleiðendur velja mismunandi eftir staðsetningu ökutækja og væntingum markaðarins.

Ein nálgun hallast aðöryggi-fyrst: yfirstærð vélrænu bremsurnar, innbyggðar auka hitauppstreymi og sætta sig við aðeins minni endurnýjunarvirkni. Þetta hefur tilhneigingu til að birtast í hágæða gerðum og afkastamiklum-ökutækjum.

Önnur nálgun forgangsraðarorkunýtingu: hámarka endurnýjunarhemlunanotkun, lágmarka vélræna bremsuinngrip og sætta sig við þéttari frammistöðumörk við erfiðar aðstæður. Þetta skilar betri drægni og minni bremsusliti, en krefst vandlegrar stjórnun á getumörkum.

Þetta eru klassísk verkfræðiskipti-á milliöryggisbil og skilvirkni kerfisins. Rétt jafnvægi fer algjörlega eftir fyrirhugaðri notkun ökutækisins og frammistöðumarkmiðum.

Hvert stefnir hemlakerfi

Nokkrar stefnur móta næstu kynslóð bremsukerfis.

• Full bremsa-með-vír

Algjör aftenging milli pedali og stýrisbúnaðar er að verða staðalbúnaður. Þetta fjarlægir vélrænar skorður og opnar nýja möguleika á stjórnun og samþættingu.

• Samþætting við sjálfvirkan akstur

Hemlun er að verða kjarnaframkvæmdarlag innan breiðari arkitektúrs sjálfvirks aksturs. Skipunartöf, samkvæmni virkjunar og bilanameðferð eru nú tilgreind sem hluti af heildaröryggismáli ADAS.

• Hugbúnaður-Skilgreind einkenni

Ekki þarf lengur að laga hemlunartilfinningu og svörun við framleiðslu. Kvörðunaruppfærslur geta verið sendar í loftinu, sem gerir framleiðendum kleift að betrumbæta eiginleika eftir að farartæki eru þegar á veginum.

• Varmastjórnun sem aðalgrein

Eftir því sem ökutæki verða þyngri og endurnýjandi hemlun skapar breytilegt hitaálag, færist stjórnun hemlahitastigs úr eftirhugsun yfir í miðlæga hönnunarkröfu-sérstaklega fyrir þyngri farartæki og afkastagetu.

Í gegnum allar þessar breytingar er grundvallarhlutverk hemlakerfisins óbreytt.

Í erfiðustu ástandi-hvort sem það er skyndileg hindrun, kerfisbilun eða tap á annarri stjórn- verða bremsurnar samt að koma ökutækinu í stöðvun. Þetta er síðasta öryggislykkjan. Engin greind í efri lögum getur bætt upp fyrir bilun á þessu stigi.

Eftir því sem farartæki verða snjallari og rafmögnuð þróast hemlakerfið úr þroskaðan,-vel skilinn íhlut í flókið, hugbúnaðarháð undirkerfi. Verkfræðihluturinn er meiri. Samþættingaráskoranirnar eru meiri. En undirliggjandi krafa hefur ekki breyst: þegar ökumaður eða kerfið kallar á stöðvun verður ökutækið að stoppa, áreiðanlega, í hvert skipti.

Um SY-PARTS
SY-PARTS sérhæfir sig í vökvahemlunarhlutum fyrir alþjóðlegan bílaeftirmarkað. Áhersla okkar er á aðalstrokka, hjólahólka, hylki og tengda samsetningu-undirstöðuhlutana sem mynda vélrænan burðarás hvers hemlakerfis, óháð því hversu gáfað farartækið verður. Við framleiðum í samræmi við gæðastaðla