Remmen elektrisch voertuig

Onderwerpen:

  • Inleiding
  • Drive by wire
  • Combinatie van elektrisch en hydraulisch remmen
  • Brake blending

Inleiding:
Voertuigen met geëlektrificeerde aandrijving (hybride, volledig EV, brandstofcel) hebben de mogelijkheid om elektrisch te remmen. Bij het loslaten van het gaspedaal, of met licht remmen werkt de elektromotor als generator. De kinetische energie van het voertuig wordt omgezet naar elektrische energie voor de HV-accu.
De actieradius stijgt wanneer men veel rustig remt en het remsysteem de kans krijgt om veel regeneratief te remmen. Meer daarover is te lezen op de pagina: Inverter.

Elektrisch remmen is anno 2023 nog altijd in combinatie met het conventionele hydraulische remcircuit. Bij een elektrische storing, of bij oudere voertuigen bij een noodstop, wordt het hydraulische remcircuit (deels) geactiveerd. Deze dient als backup. De volgende paragrafen laten zien hoe fabrikanten het elektrisch en hydraulisch remmen met elkaar combineren, om te zorgen voor een goed comfort en het waarborgen van de veiligheid bij het eventueel falen van het elektrische systeem.

Drive by wire:
Het “drive by wire” remsysteem heeft als doel om met elektrische ondersteuning hydraulisch te remmen. Er is geen directe hydraulische verbinding tussen het rempedaal en de remzuigers in de remklauwen. Met het rempedaal wordt remdruk uitgeoefend op een zogenaamde remkrachtsimulator. De remdruk wordt gemeten. Een elektromotor bouwt de gewenste druk op in het hydraulische remcircuit. Het drive by wire remsysteem biedt de volgende voordelen t.o.v. het conventionele remsysteem:

  • Er wordt geen vacuüm rembekrachtiger meer toegepast, aangezien de elektromotor voor de benodigde vloeistofdruk zorgt;
  • Vloeistoflekkage kan per rem worden herkend en worden afgesloten. Om die reden is er geen hoofdremcilinder meer benodigd voor twee aparte remcircuits;
  • De bestuurder merkt geen overgang tussen elektrisch en hydraulisch remmen op het moment dat er van regenaratief remmen op de elektromotoren wordt overgegaan naar het remmen door de remblok tegen de schijf te drukken;
  • Trillingen van het ABS-systeem zijn niet meer voelbaar in het rempedaal;
  • De (gesimuleerde) tegendruk in het rempedaal kan worden aangepast aan de instellingen (comfort / sport).
DSCi-module van BMW voor "drive by wire"

In het onderstaande hydraulische schema staat het systeem afgebeeld wat door BMW wordt gebruikt (DSCi). De werking is als volgt:

Op het moment dat de bestuurder het rempedaal bedient, wordt er kracht op de hoofdremcilinder (7) uitgeoefend. Deze hoofdremcilinder heeft twee uitgangen: naar de rempedaalkrachtsimulator (8) en naar een ontkoppelingsventiel. Via de blauwe leiding wordt de simulatiedruk naar de  rempedaalkrachtsimulator doorgegeven. In dit component ontstaat een tegendruk, welke door de bestuurder herkenbaar is als tegendruk in de remcilinders. Er is geen fysieke verbinding van hoofdremcilinder naar de wielremcilinders. De simulatiedruk wordt gemeten door een druksensor (5). De ECU stuurt, afhankelijk van de simulatiedruk, de elektromotor (10) aan. Deze oefent een werkdruk uit in de remdrukcilinder (9). Een druksensor in de werkdrukzijde koppelt de opgebouwde druk terug naar de ECU. Aan de rode verbindingen in het schema is te zien hoe de werkdruk via de ventielen bij de wielremcilinders (1) aankomen. De drukhoudventielen (3) staan in rust geopend, zodat direct de remdruk vanaf de remdrukcilinder kan worden opgebouwd. De drukreduceerventielen (2) staan in rust gesloten.

Hydraulisch schema BMW DSCi

Legenda:

  1. Remmen
  2. Drukreduceerventielen
  3. Drukhoudventielen
  4. Ontkoppelingsventielen
  5. Drukmeters voor remdruk werkcircuit en simulatorcircuit
  6. Remvloeistof-reservoir
  7. Hoofdremcilinder
  8. Rempedaalkrachtsimulator
  9. Remdrukcilinder
  10. Elektromotor
  11. Diagnoseventiel

  • Gele verbindingen: toevoer en retour remvloeistofreservoir;
  • Blauwe verbindingen: simulatiedruk;
  • Rode verbindingen: werkdruk (remdruk).

In het geval er lekkage aanwezig is nabij de remdrukcilinder, of er is een elektrische storing waardoor de elektromotor onvoldoende werkdruk kan opbouwen, dan worden om de veiligheid te garanderen, de ontkoppelingsventielen (4) bekrachtigd. De verbinding tussen de hoofdremcilinder en de wielremcilinders wordt geopend en de verbinding naar de remdrukcilinder gesloten. Omdat de rembekrachtiger ontbreekt, moet men krachtiger op het rempedaal duwen om te kunnen remmen.

Combinatie van elektrisch en hydraulisch remmen:
Volledig elektrische en hybridevoertuigen hebben altijd een combinatie van een elektrisch en hydraulisch remsysteem. Het “brake by wire” remsysteem van de vorige paragraaf wordt nog niet vaak toegepast. In dat systeem is er geen directe verbinding tussen het rempedaal en de wielremcilinders. Een sterke elektromotor zorgt voor alle remkracht: ook bij een noodstop. In dat geval is een rembekrachtiger niet nodig.

Bij de meeste elektrische en hybridevoertuigen wordt een combinatie van elektrisch en hydraulisch remmen als volgt verkregen: bij zacht  (gedoseerd) remmen vindt er regeneratief (elektrisch) remmen plaats doordat de elektromotoren als dynamo functioneren. Bij hard remmen en / of in het geval van storingen, schakelt het hydraulische systeem direct bij. Hier wordt een rembekrachtiger toegepast om de remdruk te versterken. Er vindt dus gedurende het afremmen een wisselwerking plaats tussen de elektromotor en de mechanische remmen. Dit systeem wordt soms ook “drive by wire” genoemd, al leent dit begrip zich beter bij het systeem uit de vorige paragraaf.

Het onderstaande schema is gebaseerd op de Toyota Prius 3. Met het rempedaal (1) wordt een remdruk in de hoofdremcilinder (3) opgebouwd. Bij zacht remmen wordt er alleen op de elektromotoren afgeremd. De remdruksimulator (4) zorgt voor tegendruk tijdens het indrukken van het rempedaal. De klep voor de remdruksimulator wordt in normale bedrijfstoestand geopend. Bij hard remmen worden de vergrendelingskleppen (5) geopend en de klep voor de simulator gesloten. De remklauwen van de voorwielen worden van remdruk voorzien. Het openen en sluiten van de hydraulische kleppen (6) maakt het mogelijk dat de remdruk ook de achterwielen bereikt. De remdruksensoren (van links naar rechts: p lv t/m p rv) meten de druk en geven deze door naar de ECU. Door middel van een PWM-signaal worden de hydraulische kleppen (5, 6 en 7) aan de hand van de gewenste remdruk gereguleerd.

Het systeem is zo ontworpen dat bij stroomuitval de remdruk op de achterwielen volledig wordt afgevoerd en de druk op de voorwielen door de bestuurder met het rempedaal geregeld.

Hydraulisch schema Toyota Prius

Legenda:

  1. Rempedaal
  2. Remvloeistofreservoir
  3. Tandem hoofdremcilinder
  4. Remdruksimulator
  5. Vergrendelingskleppen
  6. Hydraulische kleppen (vlnr gesloten)
  7. Hydraulische kleppen, voorzijde gesloten, achterzijde geopend
  8. Drukaccumulator
  9. Hydropomp aangedreven door elektromotor
  10. Drukbegrenzingsventiel

  • Gele verbindingen: toevoer en retour remvloeistofreservoir;
  • Blauwe verbindingen: remdruk afkomstig van hydropomp;
  • Rode verbindingen: remdruk afkomstig van hoofdremcilinder (bij geopende kleppen).

Het hydraulisch remmen van de Toyota Prius 3 geschiedt via de voorwielen. De achterwielen zijn niet op de hoofdremcilinder aangesloten. Bij moderne voertuigen, waaronder de Kia Niro, is dat wel het geval: alle vier de remcilinders worden d.m.v. twee kringen door de hoofdremcilinder bekrachtigd.

Bij het afremmen van voertuigen met een soortgelijk remsysteem vindt er onder bepaalde omstandigheden een omschakeling plaats van elektrisch naar hydraulisch remmen. Om de remvertraging en het gevoel in het rempedaal vloeiend te laten verlopen, wordt er bij dit remsysteem “brake blending” toegepast. Dit wordt in de volgende paragraaf beschreven.

Brake blending:
Bij het loslaten van het gaspedaal of gedoseerd remmen wordt er bij veel elektrische voertuigen uitsluitend op de elektromotoren afgeremd. De kinetische energie wordt omgezet in elektrische energie, waardoor de actieradius van het voertuig stijgt. Het hydraulische remsysteem wordt nauwelijks aangesproken. Wanneer er een grote remvertraging nodig is, werken de elektrische rem en de hydraulische bedrijfsrem samen. De samenwerking van de twee remsystemen noemen we “brake blending”. Bij eerdere generaties hybride- en volledig elektrische voertuigen ging dit niet soepel en veranderde de snelheidsafname van het voertuig tijdens het bijspringen van de hydraulische rem. Met de huidige technieken merkt de bestuurder niets meer van de overgang tussen beide remsystemen. Let op: dit is niet de techniek die bij drive by wire wordt gebruikt.

De grafiek toont de overgang van de twee remsystemen waarbij de remvertraging constant blijft. De pedaalkracht van de bestuurder (a) blijft gedurende 10 seconden gelijk. Bij het beginnen met remmen werken de hydraulische bedrijfsrem en het regeneratief remmen op de elektromotoren samen. De eerste zes seconden zien we dat de vertraging door regeneratief remmen toeneemt. De elektromotor functioneert als generator en voorziet de HV-batterij van de opgewekte energie. De remkracht van de hydraulische bedrijfsrem neemt steeds verder af tot dat deze niet meer meedoet. Na ca. 7,5 seconden naderen we de stilstand van het voertuig en valt de elektrische remkracht weg. De hydraulische remkracht neemt weer toe. Na 8,5 seconden staat het voertuig stil. De bestuurder houdt het rempedaal nog even ingedrukt.

a: pedaalkracht bestuurder
b: vertraging door regeneratief remmen (m.b.v. elektromotor)
c: vertraging door hydraulische bedrijfsrem
d: door de bestuurder gewenste vertraging
e: snelheidsafname

d = c + b

NederlandsEnglish
error: Alert: Content is protected !!