iBooster到底出了啥问题?
时间回溯至2017年9月,东风本田宣布召回30,509辆CR-V,此时距离全新CR-V上市才刚刚过去不到两个月。
当时人们对于CR-V召回事件本身的关注远大于召回的原因——由于供应商设计原因,电子制动助力器控制软件存在问题。电子制动助力器是什么?并没有引发大面积的讨论。
原因很简单,2017年7月上市的本田第五代CR-V,是首款搭载博世第二代iBooster(也就是电子制动助力器)的国产车型。市场对于这个「新事物」,并没有产生足够的认知。
直到三年后,随着越来越多车型搭载博世iBooster,以及越来越多的车型在使用iBooster的过程中出现了问题,行业对其关注度显著提升。
博世在汽车行业的地位毋庸置疑,无论是先前东风本田的召回声明,还是后来理想ONE电子刹车助力消失问题的说明中,虽然都明确指出是供应商的问题,但既没有说明供应商是谁,问题的解决也都依赖于供应商。
但近期特斯拉Model 3的「刹车门」事件,真正让博世iBooster站在了舆论风口。
一来特斯拉自带流量且不善公关沟通的特性,让舆论迅速发酵;二来特斯拉激进的电子电气架构设计,让本就还未完全步入成熟的iBooster可靠性再降一级。
作为车辆安全的根本之一,制动系统应当是车辆设计中最不能发生故障、冗余程度最高的系统。既如此,iBooster究竟出了什么问题?今天我们就来聊聊这个话题。
在传统燃油车上,踩下制动踏板后,踏板推动真空助力泵,再由真空助力泵推动制动主缸产生制动液压,再推动制动钳进行车辆制动。
但是,真空助力泵中的真空度是由发动机动力提供。对于电动车而言,没有了发动机,需要通过其它方式提供制动助力。博世iBooster就是这样一种不依赖真空源的制动助力机构。
我们以一台前驱电动车为例,说明iBooster的工作流程:
1. 驾驶员踩下制动踏板,整车控制器根据制动踏板行程与加速度信号分配前后轴制动力,同时根据车辆状态、电机状态和电池状态,计算电机可提供最大再生制动力。
2. 计算iBooster需要提供的电机助力及电机位移,并将助力作用于制动主缸。
3. 液压单元控制器分配前后轴液压制动力,并作用于轮缸。
4. 电机控制器控制电机,满足再生制动力需求。
5. 电机再生制动力随车速、电机转速、电池容量等实时变化,液压制动力全链路随电机制动力变化而调整。
这其中最关键的一点,就是从踩下制动踏板到制动主缸提供制动力的过程中,驾驶员制动意图的传递完全由电子控制。
这会给整个制动系统带来几个颠覆性的变化:
1. 电制动与机械制动的协同,可以精确控制,最大化再生制动能力。
2. 制动踏板的脚感,可以完全由软件决定(参考转向助力从液压到电子的转变)。
3. 制动助力与ESC可以实现物理与控制集成。
这些变化的存在,让iBooster并不是电动车的专属,燃油车同样可以使用。
但是,一切交由电子控制的东西,要解决的核心问题就是可靠性。由于iBooster从功能上只是取代了传统的真空助力泵,即便iBooster失效,但液压制动系统并不会失效,驾驶员仍然可以通过大力踩踏制动踏板的方式,让车辆获得制动力。欧洲ECE法规规定制动助力失效后,制动强度为0.3g,踏板力不高于500N。在iBooster的说明中,ESP也可以在iBooster发生故障后接管制动助力,在200N踏板力下提供0.4g的减速度。
换句话说,iBooster失效的后果,就是制动踏板「变硬」,具体感受,参考燃油车熄火后多踩几脚的脚感。
但如果仅是这样的变化,关于Model 3制动失灵的讨论不会闹得如此沸沸扬扬。特斯拉的问题,在于将制动助力、辅助驾驶、再生制动、制动脚感等多个要素高度集成与重新调校后,因为耦合产生了复杂度几何级数增长的新问题。
无论任何时候,汽车的制动系统都应当是保障安全的最后一道屏障。制动助力失效,只要驾驶员大力踩下制动踏板,车辆仍然应当能停下。
但如果驾驶员「坚持不踩」制动踏板呢?
没错,这就是电动车时代因为制动系统电子化,而导致整个制动的操作,需要重新进行市场教育。
第一个问题,是再生制动带来的驾驶习惯适应。
某些电动车为了获得更好的能效,日常驾驶时的电机再生制动力度很强,甚至有强到仅需松开加速踏板即有踩下制动踏板效果的「单踏板模式」,那么在紧急状态下,就有可能会出现将加速踏板当作制动踏板踩下的可能,造成车辆意外加速。
有人会说,辅助驾驶中不是有一项「自动紧急制动」,也就是缩写为AEB的功能吗?很遗憾,这项功能在踩下加速踏板后并不起作用。
在Model 3的说明书中,关于「自动紧急制动」功能的描述,有一条是「在自动紧急制动实施制动时猛烈加速,自动紧急制动不会实施制动或停止实施制动」。也就是说,如果驾驶员在紧急状况下误将加速踏板作为制动踏板踩下,车辆会遵从驾驶员意志持续加速,而不会采取自动制动。
这也代表了当下以人为主导的辅助驾驶系统的设计逻辑——人为操作优先级始终高于车辆自动操作。
第二个问题,是制动脚感的电子模拟。
当制动助力完全由电子控制后,制动踏板与制动主缸之间的物理反馈大大减弱。如同我们觉得很多电子转向助力「很不真实」一样,制动脚感的「电子化」同样会造成驾驶员习惯的改变,同时这也更考验车企对于不同工况下制动脚感的调校。
而在iBooster应用初期,制动脚感的模拟有很大的上升空间。比如2017年第五代CR-V刚上市时,很多试驾体验均反映其制动力不够线性,这其中制动脚感的差异导致驾驶员过往经验的不适应,是一大原因。
第三个问题,是制动电子助力与辅助驾驶的耦合。
高集成度是汽车电子的大趋势,当加速、制动、转向全部可由电子控制后,将其与辅助驾驶控制集成,也一定是自动驾驶的发展方向。
特斯拉Model 3就是将这些全部集成在「前车身控制器(Body Controller Front)」中,通过前车身控制器为MCU、Autopilot ECU、iBooster、ESP等控制器供电,并进行逻辑检测。
这种电子电气架构设计有着极高的硬件集成度和软件复杂度,与传统汽车的设计思路完全不同。
在博世原本的设计中,制动踏板信号既可以先传递给整车控制器,再分配给iBooster控制器,也可以在紧急状态下(比如整车控制器失效)直接传递给iBooster控制器。但在特斯拉高集成度的电子电气架构设计中,后者的传递线路被取消,所有信号必须在任何状态下均经过整车控制器。
全世界目前除了特斯拉,没有人这么干。特斯拉又是出了名地敢于不充分验证就将新东西量产,这种全新电子电气架构设计的可靠程度,事实上无人可以验证。
所以,iBooster的应用,以及制动助力电子化后一系列多系统耦合控制的应用,除了有可靠性需持续性验证的问题,更大的症结在于要给已经习惯于传统燃油车驾驶,或是在驾校学习中仍然接受老旧观念的驾驶员,重新塑造车辆驾驶的认知。尤其是在电动车逐步普及、人均动力「GTI」的时候,新的市场教育已经迫在眉睫。
在人与车的「交互」中,与制动踏板的交互过去并不在研究之列,原因是制动归于安全范畴,是决不允许出问题的环节,踩下制动踏板即减速被认为是天经地义的事情。
但是,当电子系统越来越发达时,哪怕是驾驶员踩下制动踏板的动作,其中所牵涉到的电子信息在多个耦合系统间的传递、驾驶员从踏板回馈中收获的信息,都应当有新的考虑。更不必说,对于「油门当刹车」的老问题,在电动车上又因为再生制动的加入而被屡次重提。
iBooster本身需要不断完善,这是科技问题;制动系统电子化后如何给驾驶员提供更加安全的「交互体验」,这是思考科技与人关系的问题。
对于科技发展而言,后者也许更加重要。