宋楠:深度解析比亚迪汉车族技术状态之IPB制动篇

2020年1月,新能源情报分析网前往室外温度最低达到-28摄氏度的牙克石,对覆盖着重度伪装的比亚迪汉车族测试车进行全向技术评测。综合目前获得的相关信息研判,比亚迪汉车族将包括DM和EV(适配电四驱系统)两大车系。其中DM车系搭载超级电四驱系统 、EV车系则适配电四驱技术。

因配置IPB制动技术解决方案,使得汉车族的在安全层面的制动距离和相应时间的缩短,直接提升整车主被动安全性能;制动分泵的制动片和制动盘被标定为“零”接触,换来的是更低的行车电耗(针对汉EV车型)与更高的行车发电功率(针对汉DM车型)。

新能源情报分析网将会在持续推出比亚迪汉车族技术状态解读系列稿件,并对车型平台、电驱动技术、超级磷酸铁锂电池技术、动力电池热管理策略、充放电效率以及“3高”环境整车应用进行全向展示与分析。

红色箭头:汉EV

蓝色箭头:汉DM

由于比亚迪汉车族适配的各分系统技术状态依旧处于保密阶段,不过从在售的全新一代唐车族、宋Pro车族中DM和EV车系所搭配的电驱动技术进行参照。汉车族的DM车系和EV车系,在驱动技术应该立足于现有技术进行“不同幅度”迭代式提升,并与宋Pro DM车系那样交叉使用。

比亚迪在持续优化和提升DM和EV技术状态同时,为汉车族适配了与博世联合开发的IPB技术解决方案。这种,针对新能源车型开发的行车制动、能量回收、智能驾驶等需求的技术解决方案,将成为全行业首发。

1、什么是IPB制动技术解决方案:

IPB技术可以理解为,以电机作为驱动单元的制动系统,替代目前传统燃油车和大多数新能源车使用的由真空泵、储气罐、制动总泵构成的带有助力的制动系统。

IPB模组单体包括电机(动力源)、阀体(分配源)、电脑(控制源)、制动总泵(执行机构)和储液罐(能量载体)进行集成构成一个“电液一体化”的制动力发生、分配、传递总成。

集成在新能源车上的IPB制动技术解决方案,可以将能量回收、智能驾驶、车身姿态等诸多控制体系,与整车控制系统、电驱动系统进行“无缝连接”式的结合。

实际上,IPB制动技术解决方案的推出,为的就是让新能源汽车(不具备传统内燃机输出真空气体帮助制动总泵运行),通过“电液一体化”的制动系统,

首先,解决能量回收和制动力衔接的节点柔顺性,提升驱动电机端的能量回收效率,降低对制动分泵(制动片和制动盘)的依赖性(磨损程度)。

其次,直接与整车控制系统(VCU)通联,获取更高级别的数据,通过计算梯次释放控制力,让车辆在加速与制动过程的车身姿态更稳定,提升驾乘人员舒适性。

最终,在法规建立完善的前提下,使得整车复杂的都市早高峰,频繁的加速和制动工况下,既要与前车保持安全距离,又要警惕插队车辆时,保持己方行车安全。

2、现有新能源车制动系统技术状态:

目前,全球范围量产的燃油车装备的带有真空助力的制动总泵+ABS系统,构成简单、可靠的制动技术解决方案。只不过,根据车型的市场定位不同,带有真空助力的制动总泵+ABS系统+ESP系统的功能愈加完善,具备更精准的制动力分配、牵引力控制、轮速差抑制等保障主动行车安全的效能。

上图为郑州日产制造的纳瓦拉适配的代真空助力的制动总泵与ABS阀体的特写。真空助力器输出真空气体降低制动总泵反复踩踏时的力矩,制动液通过管路输入ABS阀体并经过计算,再分配不同力矩的制动液至全部车轮制动分泵,使得车辆加速与制动工况的姿态控制在安全范围。

但是,基于传统燃油车的制动系统和ABS系统(包括ESP系统),都依赖于传统内燃机输出的真空气体,只不过来自ABS系统的电液能量占比虽然有所提升,不能完全替代制动系统的机械能量。

在中国市场量产的大部分新能源车,出于成本和技术的考量,配置了类似燃油车使用的带有真空助力的制动总泵+ABS系统(包括ESP系统)。只不过,电动机替代内燃机真空气体就由真空阀体和储气罐替代与制动总泵配合,构成了一套完整的“机电”制动系统。

这种真空阀体制造的真空气体,通过储气罐存储并传递至制动总泵的架构,依旧没有摆脱传统燃油汽车在高海拔地区空气稀薄,或频繁制动导致真空气体消耗殆尽,引发的制动力助力效果降低的问题。

2017年,北京现代制造的伊兰特EV率先引入了由曼都提供的点液一体化制动技术解决方案。抛弃了真空阀体和储气罐,依靠电控压力单元与制动阀体,对整车制动系统和能量回收系统进行联合控制。这套被称为iBAU的制动技术解决方案,最显著的效能是提升能量回收效率,并替代一部分制动力。当能量回收产生的制动力不足,机械制动力介入时,车辆制动姿态更加线性。

上图为爱驰U5电动汽车集成,由博世提供的iBooster电液一体化制动总泵技术状态特写。这组2代iBooster技术解决方案,采用的是制动总成与ABS阀体单独设定架构。

上图为北京现代制造的昂希诺EV适配曼都提供的2代iBAU电液一体化制动总泵技术状态特写。相对2017年量产的伊兰特EV,2019年量产的昂希诺EV搭载的2代iBAU系统,将制动总泵与ABS阀体进行了整合,直接提升了信号反馈、计算、输出和执行的速度。

显然,为新能源车适配专用的车型平台和电液一体化制动总泵技术解决方案,无疑是符合科学发展规律的技术路线。

3、比亚迪为什么为汉车族适配IPB技术:

可以肯定的是比亚迪为汉车族配备的IPB制动技术解决方案中,将“AEB自动紧急制动”、“CRBS再生制动”和“CST舒适制动”功能作为标配。

通过这次牙克石高寒测试,笔者最直观的体验到集成IPB制动技术解决方案的汉车族中的DM车系和EV车系,在急加速时和紧急制动缓解,由于扭矩的纵向瞬间转移,前后驱动桥的悬架行程会产生拉伸或挤压动作。

在急加速时,车身重心向后驱动桥转移,前悬架拉伸、后悬架挤压;在紧急制动是,车身重心向前驱动桥转移,前悬架挤压、后悬架拉伸。

对于百公里加速X.X秒的汉EV四驱版而言,IPB制动技术解决方案的介入,在急加速时更精准的控制前后驱动桥牵引力分配,获得安全的行车姿态;在紧急制动时持续调节前后驱动桥制动力的分配,抑制重心向前转移幅度和扭矩的释放力度,使得前后悬架行程的拉伸和挤压幅度相近,提升驾乘人员舒适性。

无论汉DM还是汉EV由于配置再次提升的超级电四驱技术和电四驱技术,在不同附着力的路况进行加速时,相同驱动桥两侧车轮、不同驱动桥的车轮,扭矩在分配速度较唐80更频繁。

在不同附着力的路况进行紧急制动时,IPB制动技术解决方案的介入,力矩的分配更快速,始终将车姿态牢牢控制,保证驾乘人员安全。

IPB技术解决方案不可避免的需要比亚迪工程师们,考虑到不同车型的前后驱动桥负载,不同动力源动力输出切换过程中,带来的控制策略的应对。

集成IPB制动技术解决方案的汉车族,TTL(Time To Lock)<150毫秒(TTL越小制动响应越好)。相对传统车型,驾驶员制动时TTL降低50ms,对应的百公里制动距离相应减少了1.38米。制动响应时间短的另外一个好处是主动刹车AEB的性能会非常好,相对于传统车型,主动制动时TTL降低了150-350毫秒。围绕制动响应时间和制动距离缩短的结果,或将使汉车族在C-NACP测试中得到更优异的成绩。

一个附加功能,比亚迪为汉车族开发了一个BDW功能(制动盘擦拭)。雨季行车时,雨水溅到了制动盘上,导致摩擦力会受到影响,BDW功能的出现可以自动消除制动盘上的雨膜,保证制动力处于正常状态,为用户提供更安全的行车保障。

4、回归传统造车领域持续扩大汉车族技术优势:

前文提及IPB制动技术解决方案除了让制动力量更线性,能量回收效率更高的优势外,还有一项对于新能源车具有特别意义的贡献,那就是可以节省制动分泵(制动盘和制动片)的损耗。

当下采用传统真空助力的制动总泵、iBAU电液制动总泵、2代iBooster电液制动总泵的传统车以及新能源车,适配的制动盘和制动片都采用适中处于“接触”状态,行驶时候开始浮动,但依旧存在制动力的设定。无形中,来自制动系统的能耗,从技术根源上被设计师所忽略。

上图为全新一代唐DM在驻车状态,前制动分泵的制动盘与制动盘“啮合”状态特写。

汉DM或汉EV因为IPB系统的集成,能量回馈利用率达到>86%。在>90%的制动工况(都市用车模式)都可以通过驱动电机进行“反转”起到制动作用,基本上很少用到液压制动的部分,制动分泵的制动片使用率降至一个很小的状态。在车辆滑行时的能量回馈和制动工况的能量回馈的稳定性,全部由IPB制动技术解决方案进行处理,通过接轮速传感器,直接获取车轮动态,快速高效的处理保证车辆稳定性。

由此,电驱动系统的能量回收效率更高,制动分泵的使用效率将会降低。在行车过程中,制动分泵的制动片与制动盘可以被设定为完全脱离接触,不再被设定为“半联动”的浮动状态。

IPB制动技术解决方案与汉DM和汉EV的结合,彻底摆脱来自制动分泵带来的行驶中产生的油耗和电耗。这一突如其来的技术进化引发的能耗降低,在汉DM上转化成液冷散热的BSG行车发电效率的提升;在汉EV上转化成百公里综合电耗的降低。

截止笔者发稿之时,比亚迪汉DM和EV车型将成为全球首款使用IPB制动技术解决方案的中国制造的新能源车族。这也导致,IPB制动技术解决方案与技术更加复杂的DM车型的结合,没有成熟方案可以借鉴。为了将IPB制动技术解决方案与汉DM和汉EV结合的更自然,用起来更柔顺,比亚迪工程师们做了大量前期准备工作。

尤其将在售其他车族的DM车型和EV车型遇到的问题全部理了一遍,最后都转化到IPB系统控制策略里面,力图达到能量回馈利用率、稳定性、舒适性适配的最优状态。

笔者有话说:

几乎可以肯定的是汉车族仅包括DM和EV车型,燃油车将不再推出。此前,笔者撰写了《综合研判比亚迪汉车族电驱动及动力电池技术状态》一文。其中就汉车族的车型平台、电驱动和动力电池技术进行了预判。

比对,此次在牙克石对汉车族的高寒评测获取的相关信息比对,

汉车族在电驱动技术提升基于现有DM和EV技术不同幅度的提升和应用;采用全新的超级磷酸铁锂电池技术,相对e6和K系列电动客车适配的磷酸铁锂电池,更多的性能进化基于结构优化(间接提升能量密度)。

汉车族在车型平台技术的提升,源于正向研发的中大型平台的细化。在满足DM车型和EV车型设计标定同时,对不同尺寸超级磷酸铁锂动力电池、燃油箱和悬架的设定,以及IPB制动技术解决方案,比亚迪制造新能源的突破口再次从电驱动技术,转向传统造车层面。

基本上可以确定的是,汉车族的轴距接近3000mm,是否有利布置密度性和能量型超级磷酸铁锂电池总成,并保证车身诸多功能符合预设需求。

让人激动的是,比亚迪正在同和对外合作,寻求汉车族甚至改款全新一代唐车族以及后续推出的全新车族,操控性、舒适性的提升。为了迎合不同用车人群的需求,DM车型的经济性和EV车型极端气候续航里程稳定性的提升,也都将在汉车族上得到体现。

未完待续。。。