有了这项技术,再也不惧冰雪路面
原创2021-04-08 07:30

有了这项技术,再也不惧冰雪路面

生活在北方的朋友应该都有过这样的体验,在冰雪路面上骑自行车,一旦用力蹬脚踏或者刹车急了,自行车会突然滑移失控,甚至摔个结结实实。


这里面的原理其实挺简单,就是原本轮胎与地面保持着“滚动摩擦”(即静摩擦),由于扭矩突然变化(急加速或急减速)导致给轮胎的作用力超过了摩擦力极限,由静摩擦变成了动摩擦,轮胎便无法附着于路边,随即发生滑动失控等结果。


(静摩擦与动摩擦示意)


注:简单解释,两个接触面之间的粗糙“坑洼”相互卡住,即形成静摩擦;而一旦发生位移,那么两个面的接触面积大大缩小,所以动摩擦系数小于静摩擦系数。


对于汽车而言,这样的事同样会发生。


只不过如今的汽车很多都拥有TCS(Traction Control System,牵引力控制系统)系统,通过传感器得知轮胎打滑后进行干预,尽快恢复抓地力以保证安全。



对于燃油车而言,TSC一般有以下几种手段,单个或并行来对车辆进行干预:


  • 调整发动机一个或多个缸的点火;

  • 减少一个或多个缸的喷油量;

  • 如果有线控油门,则关闭油门输入;

  • 在涡轮增压发动机中,减小涡轮压力;

  • 对单个或多个轮进行制动。


归纳起来,其实就是要么减小发动机输出功率,要么对轮进行制动,以达到减小轮上扭矩的作用;从而使得轮胎由动摩擦恢复静摩擦。


注:与之对应的ABS(Auto Brake System,防抱死制动系统),即是急刹车时刹车扭矩太大,通过脉冲式松刹车,以达到减小轮上扭矩的作用,实现轮胎由动摩擦恢复静摩擦。


(前驱左前轮打滑,单个轮制动,恢复抓地力以实现转向)


对于内燃机而言,控制功率输出并不算简单,但对于电机而言,就十分容易了。


简单来说,内燃机的四冲程做功需要飞轮来保证大转动惯量,而这就导致减小输出功率时需要时间较长;而电机转子的转动惯量非常小,可迅速实现减小功率。另外电机的输出功率控制相比于内燃机而言,要精准的多,所以电动车的TCS比燃油车要简单的多。


至于说刹车两者并无太多实质差别,都可以通过电信号进行较为精准和快速的控制。


不过缩短了响应时间的电动车TCS,其实仍然跟不上电机极为迅速的扭矩变化;电机瞬间传递的扭矩变化,使得整个TCS系统总是“滞后”半步。



实际驾驶起来的感受,就是当轮胎遭遇摩擦系数很低的路面时,突然踩下电门后,车辆会先“冲”一下,轮胎滑动一下,然后紧接着随之而来的动力削弱,恢复抓地力,然而不断重复该过程;就像是两个人打网络游戏,一个人的延迟很高,所做出的“接招”总是慢半拍。


当车辆发生这样的“顿挫”和“慌张”时,驾驶员如果不是很有经验,很容易导致自己慌张,甚至导致做出错误操作发生危险。


电动车成为主流已经无需多言,之后越来越便宜的电动车却有着越来越强的动力,如果不能解决这个问题,对于车主或者其他车辆或行人而言都是危险隐患。


在这种大趋势和大环境下,博世联手比亚迪历时4年研发和验证,推出了dTCS(distributed TCS,

分布式牵引力控制系统);声称能够使得车辆在低附着路面(积水、冰雪、泥泞等)实现完全不打滑。


笔者在博世自家的试车场体验过后,不由得感叹他们的技术研发以及4年前的眼光之长远。最关键的是,这套系统只需要OTA即可实现,并不需要硬件改装,也就是说像比亚迪汉这种搭载着博世刹车系统的车型,软件升级一下即可拥有该功能。


为了解释清楚这套系统的不同之处,首先需要补充一点知识。通常来讲,TCS和ABS是共用制动系统和轮速传感器的,所以由于dTCS系统的专利权和技术核心都在博世那边,自然而言其功能需要在拥有博世IPB(Integrated Power Brake,智能集成制动系统)的车辆上实现,但实际上这套技术原理并不局限于博世的IPB。



普通的电动车TCS响应过程,是由传感器(此处是IPB中的)传输信号给VCU(Vehicle Control Unit,整车控制器),处理后传输给电机MCU(Microcontroller Unit),在传达给电机进行响应;每一个过程需要100ms,这个时间长度看上去不多,但对于电机而言,已经是“A thousand year later”了。



而博世这套dTCS系统则是取消了VCU这一阶段的传输,重新设计电子电气架构的软件部分,将信号直接传达给电机MCU,整个过程的响应时间缩短了10倍,做到了10ms。



拿合作方比亚迪汉EV来说,在低附着路面试驾过程中,电门一脚踩到底,笔者丝毫没有感觉到任何电子介入的突兀感,换句话说在踩下的一瞬间,dTCS立马介入工作,限制了功率输出和轮上扭矩,整个过程十分平顺,只能察觉车辆加速变慢了。



尤其是左侧右侧轮胎在不同附着系数路面时,dTSC系统能够在笔者毫无察觉的情况下,将扭矩一直保持在动态稳定状况,保持着稳定的抓地力,平顺地行驶。


据博世和比亚迪官方的说法,搭载了dTCS的汉EV四驱版,在冰面上0-50km/h加速时间能够缩短2s,而在雪面上0-60km/h加速时间缩短了0.8s左右;在冰雪圆环测试中,汉EV四驱版最高可控过弯速度能提升约5-10km/h。



不过,dTCS对于大部分消费者而言,他们只会在紧急时候感受到这套系统带来的安全性和稳定,其余大部分时候感知并不深,所以对于产品力的提升并不算大;另外由于专利权和核心数据都在博世手中,所以市面上肯定会出现更多搭载着dTCS的车型出现,比亚迪汉EV的先发优势可能只能维持1-2年的时间。


但当笔者仔细琢磨了一下博世和比亚迪合作的背后意味,其实也颇有深意。


其一,在搭载博世IPB这套系统的车型中,比亚迪在市场中的关注度和热度最高;博世这套系统在不需要改变硬件的情况下,软件升级即可给车辆升级,那么当比亚迪汉EV拿出这样的性能提升成绩后,其他OEM厂不得不去向博世购买dTCS以提升自己产品的竞争力。


其二,dTCS历时4年才研发测试完成,其中最关键的部分即是电子电气架构以及软件部分。那么笔者之前多篇文章都提到过,电动车时代,影响进步速度的关键就是数据掌握在谁手中。搭载博世IPB系统的不只是比亚迪一家,但是,三电系统完全是自家研发和掌握的,除了特斯拉之外,目前比亚迪仅此一家。


这就意味着,在系统进行研发测试时候,比亚迪完全不需要去找其他供应商提供“黑盒”数据,自己就能完全提供。这就给博世研发dTCS缩短了大量的时间和成本。


注:一般来说,由供应商提供软硬件时,其数据都是半封闭或者完全封闭的,需要去供应商那边提取数据,这期间的沟通成本对于现在汽车行业的发展速度来说,是十分巨大的。


所以基于以上两点,博世选择比亚迪进行合作是一个显而易见双赢的结果。

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