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Greenlings: Wie Hybriden und Elektrofahrzeugen mischen regenerativen und Reibungsbrems?

2010-02-18 1
   
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FortsetzenNach Ankündigung der vergangenen Woche von Toyota, dass es mehrere hunderttausend Einheiten der 2010 Prius und Lexus HS250h erinnern würde die Bremssteuerungssoftware zu aktualisieren, gibt es zahlreiche Fragen gewesen, wie diese Systeme funktioniere
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Greenlings: Wie Hybriden und Elektrofahrzeugen mischen regenerativen und Reibungsbrems?


Greenlings: Wie Hybriden und Elektrofahrzeugen mischen regenerativen und Reibungsbrems?
Nach Ankündigung der vergangenen Woche von Toyota, dass es mehrere hunderttausend Einheiten der 2010 Prius und Lexus HS250h erinnern würde die Bremssteuerungssoftware zu aktualisieren, gibt es zahlreiche Fragen gewesen, wie diese Systeme funktionieren. Fahrzeuge mit starken Hybrid-Systemen, wie sie gebaut von Toyota, Ford und General Motors alle verwenden, um eine elektrohydraulische Bremsanlage, die Teil-Brake-by-Wire-Steuerung zur Verfügung stellt.

Während es Detailunterschiede in den Implementierungen von jedem Hersteller sind, sind die grundlegenden Betriebsprinzipien weitgehend gleich. Der Schlüssel zur Effizienzvorteil von Hybriden ist ihre Fähigkeit, kinetische Energie zu gewinnen, die normalerweise als Wärme abgeführt wird, wenn das Fahrzeug verlangsamt und dann speichern und freigeben, die Energie später Vortrieb zu sorgen. Dies wird als regeneratives Bremsen bekannt, und wir werden Aspekte der regenerativen Bremsen zu diskutieren, die gleichermaßen für reine Elektro und erweiterten Bereich Elektrofahrzeuge wie der Nissan Leaf und Chevrolet Volt.

Nicht-Hybridfahrzeuge verwenden Hydraulikdruck eine Reibungskraft auf Bremsscheiben oder Trommeln anzuwenden. Dieser Druck wird durch den Fahrer Anlegen des Bremspedals erzeugt wird. Der Druck, der durch den Fahrer erzeugt wird, typischerweise durch einen Unterdruckverstärker verstärkt. Der Betrag der Verzögerung ist dann im Verhältnis zu, wie stark der Fahrer gilt das Pedal. Das Ziel des elektrohydraulischen Systems auf Hybridfahrzeuge ist diese Beziehung zwischen Fahrzeugverzögerung zu erhalten und Pedal anzuwenden.

diese Beziehung pflegen erfordert Mischen des hydraulischen Reibbremselement und das regenerative Bremsen. Darin liegt der Hase im Pfeffer. Lassen Sie uns einen Spaziergang durch diese Bremsmischsysteme nehmen, um zu sehen, wie sie funktionieren.

Diese Systeme nutzen eine Reihe von zusätzlichen Sensoren, um zu bestimmen, was der Fahrer für von den Bremsen zu fragen und dann verwalten und regen Reibbremselement es zu erreichen. Typischerweise werden eine Bremspedalposition und manchmal ein Kraftsensor verwendet, der Fahrerabsicht abzuleiten und um einen gewünschten Grad der Verlangsamung berechnen. Wenn beispielsweise der Fahrer das Bremspedal nach unten etwa auf halbem Weg drückt, das auf etwa 0,5 g der Verzögerung gleichzusetzen. Das Verlangsamungsabsicht in eine gewünschte Menge an Bremskraft umgewandelt, oder, genauer gesagt, das Drehmoment (die Drehkraft).

Zur gleichen Zeit wird die Überwachung das System die Raddrehzahlen, die Sensoren verwenden, die auch in der Anti-Blockier-System verwendet werden. Diese Informationen werden verwendet, um die Art der Oberfläche zu bestimmen, das Fahrzeug auf, einschließlich Eis, Schnee, Schotter oder trockener Fahrbahn. Die momentane Verhalten der Raddrehzahlen kann viele Hinweise über die Art der Straßenoberfläche bereitzustellen, aber es ist nicht perfekt. Diese "nicht ganz perfekt" Realität wird ein Dauerthema in dieser Diskussion sein.
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Wenn die Absicht des Fahrers, was Oberfläche unterstützt die Straße überschreitet, wird die gesamte Bremskraft reduziert, was zur Verfügung steht. Zum Beispiel, wenn das Auto auf einer schneebedeckten Straße ist, kann die maximale Verzögerung sein nur 0,3 g, so dass die Gesamtbremskraft Bedarf angewendet entsprechend reduziert werden. Sobald die Absicht des Fahrers und der Straßenoberfläche bestimmt worden sind, muss das System, um herauszufinden, wie viel Hydraulikdruck zu den Reibungsbremsen anzuwenden und wie viel regenerative Bremsenergie an die Batterie zu speisen.

Weil wir über Hybrid-Fahrzeuge sprechen, wo Effizienz eine Priorität ist, versuchen die Systeme immer die Menge an Regen zu maximieren, wenn möglich. Mit den Nickel-Metallhydrid-Batterien zu aktuellen Hybriden verwendet, wird die Menge an regenerativer Bremsung typischerweise auf etwa 0,3 g beschränkt wegen der Geschwindigkeit, mit der die Batterien Energie absorbieren kann. Der Regenerationsmenge, die zu jedem Zeitpunkt möglich ist, wird auch durch den Batterieladungszustand beschränkt. Wenn die Batterie vollständig geladen ist, ist nicht möglich, regen.

Die Menge an Bremsmoment durch Regeneration vorgesehen ist ziemlich einfach zu berechnen und mit der Spannungsrückkopplung von dem Generator direkt proportional. Das Steuersystem subtrahiert das Regenerationsdrehmoment von der Gesamtbremsmoment gewünscht. Der übriggebliebene Menge an Drehmoment wird dann durch das Hydrauliksystem realisiert. Dies ist, wo die Dinge wirklich schwer zu bekommen.

In diesen elektrohydraulischen Systemen, ist die Menge an Druck auf die Reibungsbremsen halb unabhängig von der Anforderung des Fahrers auf dem Pedal. Um dies zu kontrollieren, muss das System haben ein mathematisches Modell der Beziehung zwischen dem Druck und dem Drehmoment für die Bremsen.

Hydraulische Reibungsbremsen haben eine Menge, sie zu empfehlen. Sie sind ein sehr wirksames Mittel, um die großen Mengen an Bremsmoment Bereitstellung benötigt ein Fahrzeug zu stoppen. Sie sind auch vergleichsweise kostengünstig und in der Regel sehr zuverlässig. Da sie jedoch ein Reibmaterial Drücken gegen eine sich bewegende Oberfläche auf der Tat beruhen, ändern sich die physikalischen Eigenschaften im Laufe der Zeit, manchmal sehr kurzer Zeit.

Denken Sie daran, dass das Gesetz der Erhaltung der Energie sagt uns, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet werden, sondern nur umgewandelt. Die ganze Prämisse Reibungsbrems ist, dass kinetische Energie des Fahrzeugs Energie durch die Bremsen in Wärme umgewandelt wird. Da sich das Fahrzeug verlangsamt, erwärmt sich das Bremsklotzmaterial und als das Verhältnis zwischen Druck ausüben und Kraftänderungen Bremsen. Andere Faktoren verursachen auch, dass Verhältnis zu ändern, einschließlich Feuchtigkeit und pad und Rotorverschleiß.

Die Steuerungssoftware muss adaptive Regelalgorithmen integrieren, damit diese Änderungen zu helfen, kompensieren aber, genau wie die Straßenoberfläche Schätzungen, sind diese nicht perfekt. Bremssysteme Ingenieure verbringen Tausende von Stunden Tests und diese Algorithmen zu entwickeln, um sie robuster und dies ist einer der wichtigsten Faktoren, die die Zeit fast zu einem führt es dauert Hybridfahrzeuge auf den Markt zu bringen.

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Sobald die gewünschte Reibungsbremskraft bestimmt wird, versucht die hydraulische Steuereinheit, die Lücke zwischen der gesamten und regen Kraft zu füllen. Einer der Nachteile der Regeneration ist, dass keine Bremskraft vorhanden ist, wenn die Räder (und damit der Motor / Generator) drehen. Selbst bei niedrigen Geschwindigkeiten ist regen begrenzt. Da sich das Fahrzeug bis zum Stillstand verlangsamt (in der Regel zwischen fünf und sieben Meilen pro Stunde) die regenerative Bremskraft wird heruntergefahren und die Reibungskraft wird aufgestockt.

Dies ist, wo Toyota scheint seine Problem werden zu müssen. Wenn das hydraulische Modell nicht ganz richtig ist, kann es Änderungen in der Fahrzeugverzögerung verursachen, selbst wenn der Fahrer das Bremspedal stabil hält. Wenn das Hydraulikmodell das Bremsmoment überschätzt, dann wird es zu wenig Druck anwenden, eine wahrgenommene Bremsverlust verursacht.

Die Steuerung kann auch durch holprige Pflaster beeinflusst werden. Die Raddrehzahlsensoren stützen sich auf einen Zahnkranz bewegte Vergangenheit eines magnetischen oder Hall-Effekt-Sensor. Bei niedrigen Geschwindigkeiten pulst der Frequenz des Sensors ab, und damit nimmt auch die Genauigkeit des Signals. Falls das Fahrzeug einen Stoß oder pothole bei niedriger Geschwindigkeit trifft, kann es beliebig oft erscheinen, obwohl das Rad blockiert wird. Wenn dies geschieht, wird der Bremsdruck zu kompensieren, reduziert. Dies kann auch dazu führen, was einen Verlust von Brems dem Fahrer zu sein scheint.

Da die überwiegende Mehrheit des Bremsens in der realen Welt in dem Bereich von 0,2-0,3 g ist, neigt jeder Verlust von Brems deutlich spürbar zu sein. Der tatsächliche Unterschied in der Bremsweg kann nur ein Fuß oder zwei sein, aber im Verkehr kann dieser Abstand schlechter Vermeidung eines fender-bender oder etwas kritisch sein.

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