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从纯自控的角度分析特斯拉的“刹车失灵”!

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【导读】这段时间特斯拉事故频繁发生,其根本原因是否刹车失灵?如果答案是肯定的,那么,是什么导致刹车失灵的呢?今天,我们就从自动控制的纯技术角度来分析这个问题。

(一)特斯拉的刹车控制系统

首先我们要知道,特斯拉及目前多数电动车型用的都是博世开发的 iBooster 线控刹车系统。这和传统的燃油车辆的刹车原理是完全不一样的,传统车辆刹车靠机械传动,简单来说,就是通过刹车踏板控制液压缸,再通过液压缸推动刹车盘相互摩擦完成刹车。

线控其实就是电气控制系统。iBooster通过传感器监控刹车踏板动作,在电控单元中算出需要的助力大小,利用电机给出助力。产生和真空助力器相同的功能。这套系统不仅响应快、空间占比还小。而且,最重要的一点是:它还能非常好地适配电动车们能量回收和自动驾驶的需求(这一点很重要,下面会继续阐述)

iBooster使用电机作为助力源,因而刹车踏板力和实际刹车力是解耦的,可以是不相关的。驾驶员踩下刹车,电控系统如果判断这部分刹车需求完全可以由能量回收系统满足,iBooster的助力电机就不会向制动主缸加压,反而给刹车踏板一个反馈力,保证驾驶员感受符合实际。同时也让动能100%被回收。
简单的说就是根据刹车踏板动作力度大小来选择能量回收还是液压制动。但是对于驾驶员的体验来说,通过软件算法后完全感觉是符合实际的。


刹车简易流程示意图▼

(二)特斯拉的速度控制系统

开特斯拉很少需要用刹车,而是只操控电门(即燃油车的油门)即可,这就是传说中的“单踏板”模式。特斯拉的速度控制系统采用的单踏板模式。所谓的单踏板模式,即只需要控制电门就可以加速和减速。你踩得深一点,就是加速,踩得浅一点,车辆就开始减速,此时的减速并不是靠刹车,而是靠动能回收系统给电池充电,也就是说把车辆的动能重新转换成电池的化学能(这一点很重要,下面会继续阐述)下图就是单踏板模式的描述,你会发现,只需要踩电门就可以开车和停车,基本不需要用到刹车,这样能量就不会白白浪费在刹车片上了。

(三)特斯拉的动能回收系统

开特斯拉这辆车,和开传统燃油车的体验是很不一样的,因为特斯拉有一个核心技术,就是动能回收系统。简单地说,传统的燃油车在刹车的时候,把车辆动能转化为刹车片的热能,就这样白白浪费掉了。相对于传动汽车,特斯拉松开“油门”后,会自动刹车,特斯拉称之为动能回收,是利用电磁感应原理松开“油门”时让驱动机反转,给电池充电的同时还能提高制动效果,所以在部分情况下可以用松开油门来代替踩刹车,这样可以只用一个踏板就能开车了,但是紧急刹车时还是需要刹车踏板的。

制动能量回收可以说是电动汽车专属的一项福利,他是利用电动汽车的电动机将动能转化为电能,可以在制动的同时将能量回收为电池组充电,可以同时兼顾补能和减速,是一项增加 电动车辆续航里程重要的功能之一,而且还有不少车主利用黄金右脚开车甚至比官方续航里程还要久。(关于续航,快要说到重点了)

(三)特斯拉的续航能力

电动车现在最缺的是什么?续航。快充和续航早已是特斯拉的最大卖点。为了解决续航问题,特斯拉的速度控制系统、刹车控制系统和动能回收系统和谐的组合在了一起。那么,特斯拉所号称的600公里续航一定需要这几大系统尽职尽责的配合才能完成。车辆续航除了跟电池有关以外,还跟不同工况下的运行有关。

特斯拉为了保证他所宣称的续航能力,在制动这件事上,动能回收系统和刹车系统的优先级别究竟谁更高?也就是说,车载电脑在面临减速刹车的时候,优先使用动能回收还是是刹车制动?下图是iBooster 线控刹车系统的大致逻辑框图,其中的详细逻辑控制只有特斯拉设计人员最为清楚,这里仅供参考。

(四)特斯拉的车身稳定系统

现代的汽车是个非常复杂的系统,还有大量用来控制车身稳定的程序,比如:

防抱死制动系统(ABS)

动态牵引力控制(DTC)

动态制动控制(DBC)

自动紧急制动(AEB)

转弯制动控制(CBC)

电子稳定控制系统(ESC)

发动机阻力扭矩控制(EDC)

以上这些程序在正常状态下是不起作用的,一旦出现车身不稳的状态,才会起作用,但当这些程序起作用的时候,就不得不关闭动能回收系统,因为车载电脑需要知道各方向的力,此时打开动能回收就会让情况复杂化,就做不到车身稳定了。

(五)刹车失灵的背后

一方面,为了保障续航,特斯拉可能会让动能回收的优先级高于刹车制动,而另一方面,当各类车身稳定系统起作用的时候,就不得不关闭动能回收系统,否则这些稳定系统就无法正常工作。当发生一些极小概率的情况下,车载电脑是否会优先启用一个正被另一个程序禁用的功能,从而导致刹车失灵?

对于不同工况,刹车系统、动能回收系统和车身稳定系统到底谁优先,这完全取决于特斯拉预先植入的机器算法,即使自动控制状态下,虽然允许人为的指令干预,不过最终的执行程序优先权依然不会掌握在驾驶员手中。对特斯拉的车来说,驾驶员踩刹车,只不过是传感器上的一个信号,并不是真的踩刹车,而这个信号同其它传感器的信号并没有什么区别,所以要综合考虑,再决定应该怎么做。就在电脑思考的时候,究竟会发生什么,就不得而知了!

看到这里,你可能会说,如果真的这么简单,那解决方案也不复杂啊,刹车制动的优先级高于动能回收不就行了?是啊,说起来确实很容易,但这样一来,可能很难保证官方标称的公里续航。

另外电气系统也存在一个致命的问题,那就是电信号传输的错误、延迟和中断,极有可能带来刹车失灵、突然加速等危险。综合以上分析,特斯拉的这次事故,很可能就是这样:

(1)首先就是系统BUG问题,导致刹车系统滞后。这种情况很有可能是明明驾驶员踩了紧急刹车,本该启动液压刹车系统的时候,却还在慢悠悠的运行动能回收系统。

(2)最后就是刹车信号问题,导致刹车踩不下去。这种情况很有可能是电信号没办法传递到刹车系统,或者特斯拉的 “ 大脑 ” 判断出现了错误,导致系统不知道应不应该给刹车助力或者说给多大力。

【友情说明】本人非专业人士,仅从个人的技术角度分析判断,欢迎留言拍砖或发表你的看法!




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