Themen:
- Einführung
- Fahren Sie per Kabel
- Kombination aus elektrischer und hydraulischer Bremse
- Bremsmischung
Einführung:
Fahrzeuge mit elektrifiziertem Antrieb (Hybrid, vollelektrischer Antrieb, Brennstoffzelle) verfügen über die Option einer elektrischen Bremsung. Wenn Sie das Gaspedal loslassen oder leicht bremsen, arbeitet der Elektromotor als Generator. Die Bewegungsenergie des Fahrzeugs wird in elektrische Energie für die HV-Batterie umgewandelt. Der Angebot erhöht sich, wenn viel leise gebremst wird und das Bremssystem die Möglichkeit erhält, viel regeneratives Bremsen auszuüben. Mehr dazu können Sie auf der Seite lesen: Wandler.
Im Jahr 2023 erfolgt die elektrische Bremsung noch in Kombination mit dem konventionellen hydraulischen Bremskreis. Bei einem elektrischen Fehler oder bei älteren Fahrzeugen bei einer Notbremsung wird der hydraulische Bremskreis (teilweise) aktiviert. Dies dient als Backup. In den folgenden Abschnitten wird gezeigt, wie Hersteller elektrisches und hydraulisches Bremsen kombinieren, um einen guten Komfort zu gewährleisten und die Sicherheit bei einem Ausfall des elektrischen Systems zu gewährleisten.
Drive-by-Wire:
Der Zweck des „Drive by Wire“-Bremssystems besteht darin, hydraulisch mit elektrischer Unterstützung zu bremsen. Es besteht keine direkte hydraulische Verbindung zwischen dem Bremspedal und den Bremskolben in den Bremssätteln. Das Bremspedal beaufschlagt einen sogenannten Bremskraftsimulator mit Bremsdruck. Der Bremsdruck wird gemessen. Ein Elektromotor baut im hydraulischen Bremskreis den gewünschten Druck auf. Das Drive-by-Wire-Bremssystem bietet gegenüber dem herkömmlichen Bremssystem folgende Vorteile:
- Ein Unterdruck-Bremskraftverstärker wird nicht mehr verwendet, da der Elektromotor den erforderlichen Flüssigkeitsdruck bereitstellt;
- Flüssigkeitsleckagen können pro Bremse erkannt und geschlossen werden. Aus diesem Grund ist für zwei getrennte Bremskreise kein Hauptbremszylinder mehr erforderlich;
- Der Fahrer bemerkt keinen Übergang zwischen elektrischer und hydraulischer Bremsung, wenn er von der regenerativen Bremsung über die Elektromotoren auf eine Bremsung durch Andrücken des Bremsbelags an die Scheibe umschaltet;
- Vibrationen des ABS-Systems sind im Bremspedal nicht mehr spürbar;
- Der (simulierte) Gegendruck im Bremspedal kann an die Einstellungen (Komfort/Sport) angepasst werden.
Das folgende Hydraulikdiagramm zeigt das von BMW verwendete System (DSCi). Die Operation ist wie folgt:
Beim Betätigen des Bremspedals durch den Fahrer wird Kraft auf den Hauptbremszylinder (7) ausgeübt. Dieser Hauptbremszylinder hat zwei Ausgänge: zum Bremspedalkraftsimulator (8) und zu einem Löseventil. Über die blaue Leitung wird der Simulationsdruck an den Bremspedalkraftsimulator übertragen. In diesem Bauteil entsteht ein Gegendruck, der für den Fahrer als Gegendruck in den Bremszylindern erkennbar ist. Es besteht keine physische Verbindung vom Hauptbremszylinder zu den Radbremszylindern. Der Simulationsdruck wird durch einen Drucksensor (5) gemessen. Abhängig vom Simulationsdruck steuert die ECU den Elektromotor (10). Dadurch entsteht ein Arbeitsdruck im Bremsdruckzylinder (9). Ein Drucksensor auf der Arbeitsdruckseite meldet den aufgebauten Druck an das Steuergerät zurück. Die roten Verbindungen im Diagramm zeigen, wie der Arbeitsdruck über die Ventile zu den Radbremszylindern (1) gelangt. Die Druckhalteventile (3) sind im Ruhezustand geöffnet, so dass der Bremsdruck direkt aus dem Bremsdruckzylinder aufgebaut werden kann. Im Ruhezustand sind die Druckminderventile (2) geschlossen.
Legende:
- Bremsen
- Druckminderventile
- Druckhalteventile
- Ventile trennen
- Manometer für Bremsdruck-Arbeitskreis und Simulatorkreis
- Bremsflüssigkeitsbehälter
- Hauptbremszylinder
- Bremspedalkraftsimulator
- Bremsdruckzylinder
- Elektromotor
- Diagnoseventil
- Gelbe Anschlüsse: Vorrats- und Rücklaufbehälter für Bremsflüssigkeit;
- Blaue Verbindungen: Simulationsdruck;
- Rote Anschlüsse: Arbeitsdruck (Bremsdruck).
Im Falle einer Undichtigkeit im Bereich des Bremsdruckzylinders oder einer elektrischen Störung, die verhindert, dass der Elektromotor ausreichend Arbeitsdruck aufbaut, werden zur Gewährleistung der Sicherheit die Löseventile (4) bestromt. Die Verbindung zwischen Hauptbremszylinder und Radbremszylinder wird geöffnet und die Verbindung zum Bremsdruckzylinder geschlossen. Da der Bremskraftverstärker fehlt, muss man zum Bremsen stärker auf das Bremspedal treten.
Kombination aus elektrischer und hydraulischer Bremse:
Vollelektrische und Hybridfahrzeuge verfügen immer über eine Kombination aus elektrischem und hydraulischem Bremssystem. Das „Brake-by-Wire“-Bremssystem des vorherigen Absatzes wird noch nicht oft verwendet. Bei diesem System besteht keine direkte Verbindung zwischen dem Bremspedal und den Radbremszylindern. Ein starker Elektromotor sorgt für die gesamte Bremskraft, auch bei Notbremsungen. In diesem Fall ist ein Bremskraftverstärker nicht erforderlich.
Bei den meisten Elektro- und Hybridfahrzeugen wird eine Kombination aus elektrischem und hydraulischem Bremsen wie folgt erreicht: Beim sanften (dosierten) Bremsen erfolgt das regenerative (elektrische) Bremsen, da die Elektromotoren als Dynamo fungieren. Bei Vollbremsungen und/oder Störungen schaltet sich das Hydrauliksystem sofort ein. Zur Erhöhung des Bremsdrucks kommt hier ein Bremskraftverstärker zum Einsatz. Beim Bremsen kommt es daher zu einer Wechselwirkung zwischen dem Elektromotor und den mechanischen Bremsen. Dieses System wird manchmal auch „Drive by Wire“ genannt, obwohl dieses Konzept besser zum System aus dem vorherigen Absatz passt.
Das folgende Diagramm basiert auf dem Toyota Prius 3. Das Bremspedal (1) baut Bremsdruck im Hauptbremszylinder (3) auf. Beim sanften Bremsen werden nur die Elektromotoren abgebremst. Der Bremsdrucksimulator (4) sorgt für Gegendruck beim Betätigen des Bremspedals. Das Bremsdrucksimulatorventil öffnet im normalen Betriebszustand. Bei einer Vollbremsung werden die Sperrventile (5) geöffnet und das Ventil für den Simulator geschlossen. Die Bremssättel der Vorderräder werden mit Bremsdruck versorgt. Durch Öffnen und Schließen der Hydraulikventile (6) gelangt der Bremsdruck auch an die Hinterräder. Die Bremsdrucksensoren (von links nach rechts: p lv bis mp rv) messen den Druck und übermitteln ihn an das Steuergerät. Die Hydraulikventile (5, 6 und 7) werden mittels eines PWM-Signals auf den gewünschten Bremsdruck geregelt.
Das System ist so konzipiert, dass bei einem Stromausfall der Bremsdruck an den Hinterrädern vollständig abgebaut wird und der Druck an den Vorderrädern vom Fahrer mit dem Bremspedal gesteuert wird.
Legende:
- Bremspedal
- Bremsflüssigkeitsbehälter
- Tandem-Hauptzylinder
- Bremsdrucksimulator
- Absperrventile
- Hydraulikventile (von links nach rechts geschlossen)
- Hydraulikventile, vorne geschlossen, hinten offen
- Druckspeicher
- Von einem Elektromotor angetriebene Hydropumpe
- Druckbegrenzungsventil
- Gelbe Anschlüsse: Vorrats- und Rücklaufbehälter für Bremsflüssigkeit;
- Blaue Anschlüsse: Bremsdruck von Hydropumpe;
- Rote Anschlüsse: Bremsdruck vom Hauptbremszylinder (bei geöffneten Ventilen).
Die hydraulische Bremsung erfolgt beim Toyota Prius 3 über die Vorderräder. Die Hinterräder sind nicht mit dem Hauptbremszylinder verbunden. Dies ist bei modernen Fahrzeugen, auch beim Kia Niro, der Fall: Alle vier Bremszylinder werden vom Hauptbremszylinder über zwei Kreise angesteuert.
Beim Bremsen von Fahrzeugen mit einem ähnlichen Bremssystem erfolgt unter Umständen eine Umschaltung von elektrischer auf hydraulische Bremsung. Damit die Bremsverzögerung und das Gefühl im Bremspedal gleichmäßig ablaufen, kommt bei diesem Bremssystem „Brake Blending“ zum Einsatz. Dies wird im nächsten Abschnitt beschrieben.
Bremsmischung:
Beim Loslassen des Gaspedals oder beim dosierten Bremsen bremsen viele Elektrofahrzeuge ausschließlich über die Elektromotoren. Die Bewegungsenergie wird in elektrische Energie umgewandelt und erhöht so die Reichweite des Fahrzeugs. Das hydraulische Bremssystem wird kaum genutzt. Wenn eine hohe Bremsverzögerung erforderlich ist, arbeiten die elektrische Bremse und die hydraulische Betriebsbremse zusammen. Das Zusammenwirken der beiden Bremssysteme nennen wir „Brake Blending“. Bei früheren Generationen von Hybrid- und vollelektrischen Fahrzeugen verlief dies nicht reibungslos und die Geschwindigkeitsabnahme des Fahrzeugs veränderte sich, wenn die hydraulische Bremse betätigt wurde. Mit aktuellen Technologien nimmt der Fahrer den Übergang zwischen den beiden Bremssystemen nicht mehr wahr. Bitte beachten Sie: Dies ist nicht die Technologie, die bei Drive-by-Wire zum Einsatz kommt.
Die Grafik zeigt den Übergang der beiden Bremssysteme bei konstanter Bremsverzögerung. Die Pedalkraft des Fahrers (a) bleibt für 10 Sekunden gleich. Beim Bremsbeginn arbeiten die hydraulische Betriebsbremse und die regenerative Bremsung der Elektromotoren zusammen. In den ersten sechs Sekunden sehen wir, dass die Verzögerung durch regeneratives Bremsen zunimmt. Der Elektromotor fungiert als Generator und versorgt die HV-Batterie mit der erzeugten Energie. Die Bremskraft der hydraulischen Betriebsbremse nimmt immer weiter ab, bis sie nicht mehr funktioniert. Nach ca. 7,5 Sekunden nähern wir uns dem Fahrzeugstillstand und die elektrische Bremsleistung verschwindet. Die hydraulische Bremskraft nimmt wieder zu. Nach 8,5 Sekunden kommt das Fahrzeug zum Stillstand. Der Fahrer betätigt noch einen Moment lang das Bremspedal.
a: Pedalkraft des Fahrers
b: Verzögerung durch regeneratives Bremsen (mit Elektromotor)
c: Verzögerung durch hydraulische Betriebsbremse
d: vom Fahrer gewünschte Verzögerung
e: Geschwindigkeitsabnahme
d = c + b
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