Bremsen bei Hybrid-Fahrzeugen

Hallo w-w-w,

vor ein paar Wochen war ich auf der IAA Nutzfahrzeuge und hab’ mich da u.a. mit einem netten Vertreter von Toyota über das Hybrid-Konzept unterhalten …

Prinzipiell find’ ich ja die Idee echt klasse, aber was mir mir der Mensch da erzählt hat, passt mir nicht ganz ins Konzept:

Beim Anfahren/Beschleunigen hilft ja der E-Motor, der Energiespeicher wird entladen. Und beim Bremsen wird dann zurückgespeist …

Ich versteh’ nur nicht ganz, weshalb zum Bremsen eine stinknormale mechanische Bremse verwendet wird - der Generator läuft halt dann zufällig mit. Und somit werden über 2/3 der zur Verfügung stehenden Energie an den Bremsscheiben verbraten und nicht für das nächste Anfahren gespeichert.
Rein rechnerisch komm’ ich damit auf folgendes: ich muss 3mal (oder sogar öfter) bremsen, um einmal mit E-Motor anfahren zu können.

Gut, 100% der Energie bekomme ich nie zurück, das ist klar! Aber was soll der Sch… mit der mechanischen Bremse?

Es gibt doch bestimmt Möglichkeiten, das ganze Ding elektrisch soweit zu bremsen bis a) der Energiespeicher wieder voll ist oder b) kurz vor dem Stillstand. Und erst dann würde ich die mechanische Bremse per automatischem Bremsmanagement aktivieren.

Kann mir jemand erklären, warum man das nicht so löst?

Gruß
peherr

PS: sorry, ist ein wenig lang geworden …

Hallo,
wenn Du mal in Richtung Sicherheit denkst, brauchst Du eine mechanische Bremse wie sie millionenfach bewaehrt ist und das Fahrzeug garantiert zum Stillstand bringt.
Eine Bremsung mit Batterieaufladen kann da nur ein Zubehoer sein.
Wenn Du nun in Richtung Leistung schaust, erkennst Du die Bremsleistung beim Batterieladen, etwa so hoch wie die Antriebsleistung aus der Batterie, denn die Elektromaschine ist dieselbe, nur umgepolt.
Ein ueblicher PKW hat viel hoehere Bremsleistung als die Antriebsleistung, von Null auf 100 in 2km und zurueck auf null in 100m, Zahlen jetzt geschaetzt.
So kannst Du beim Hybridauto also beim schnellen Bremsen nur einen Teil der Energie in die Batterien einspeisen, oder Du musst langsam bremsen fuer einen hoeheren Anteil. Als Fahrer kannst du gemuetlich bremsen, wenn es vorhersehbar ist und die Anderen inzwischen nicht noch ueberholen. Der Hersteller darf nicht vorgeben, dass das Hybridauto einen der Generatorleistung entsprechenden viel laengeren Bremsweg haben soll. Die normale Bremse brauchst Du dennoch stets in Bereitschaft, es koennte ein Kind vor das Auto laufen.
Gruss Helmut

Hi Helmut,

wenn Du mal in Richtung Sicherheit denkst, brauchst Du eine
mechanische Bremse wie sie millionenfach bewaehrt ist und das
Fahrzeug garantiert zum Stillstand bringt.

Du hast mich falsch verstanden: ich will die mechanische Bremse nicht abschaffen, sondern ein Bremsmanagement haben, das die mechanische Bremse abschaltet, so lang das elektrische System zur Verfügung steht. Erst an den elektrischen Grenzen wirkt die Mechanik.

Eine Bremsung mit Batterieaufladen kann da nur ein Zubehoer
sein.
Wenn Du nun in Richtung Leistung schaust, erkennst Du die
Bremsleistung beim Batterieladen, etwa so hoch wie die
Antriebsleistung aus der Batterie, denn die Elektromaschine
ist dieselbe, nur umgepolt.

Ich weiß. Da hängt viel an der Dimensionierung der Anlage. Wenn ich mir Bahntechnik anschaue: die können auch deutlich härter Bremsen als Beschleunigen, und das Ganze ebenfalls elektrisch (ohne mechanische Bremsen). Dann sollte das doch mit dem Auto/Kleintransporter ebenfalls möglich sein.

Ein ueblicher PKW hat viel hoehere Bremsleistung als die
Antriebsleistung, von Null auf 100 in 2km und zurueck auf null
in 100m, Zahlen jetzt geschaetzt.
So kannst Du beim Hybridauto also beim schnellen Bremsen nur
einen Teil der Energie in die Batterien einspeisen, oder Du
musst langsam bremsen fuer einen hoeheren Anteil.

Einverstanden.

Als Fahrer

kannst du gemuetlich bremsen, wenn es vorhersehbar ist und die
Anderen inzwischen nicht noch ueberholen. Der Hersteller darf
nicht vorgeben, dass das Hybridauto einen der
Generatorleistung entsprechenden viel laengeren Bremsweg haben
soll. Die normale Bremse brauchst Du dennoch stets in
Bereitschaft, es koennte ein Kind vor das Auto laufen.

Ich stell’ mir das so vor: ich überwache zwei Kategorien:
*Status des elektrischen Systems:
++ Ok => keine mechanische Bremse
++ Überlast => mech. Bremse hilft, so dass max. elektrische Leistung abgenommen wird
++ max. Ladezustand erreicht oder Störung => rein mechanische Bremse, elektrisches System aus
*Status des Bremspedals:
++ Notfallbremsung: Pedal wird normalerweise voll durchgetreten => sofort mechanische Bremsung wie bis jetzt üblich (elektrische Bremse läuft in Abhängigkeit vom Zustand mit oder auch nicht - egal)
++ Betriebsbremsung: Pedal wird leicht oder mittelstark gedrückt: elektrisches Bremsen, ggfs. hilft die Mechanik

Sowas in der Art - mit relativ einfacher Logik zuverlässig realisierbar - stelle ich mir vor. Aber nicht, dass bei jedem beliebigen Bremsvorgang immer 2/3 (oder mehr) der Energie in der Mechanik aufgerieben werden unabhängig von der Situation.

Gruß
peherr

Hi,

zunächst sollte eine Bremse auch feinfühlig dosierbar sein, was bei einer elektrischen unabhängigen Bremse nur schwer realisierbar wäre.
Dazu kommt der ABS-Regelkreis. Sicher könnte man das technisch machen, das alles unter einen Hut passt. Aber mit welchem Aufwand?
Schliesslich müsste garantiert sein dass das Bremssystem auch bei Ausfall der Elektronik sicher funktioniert.
Ausserdem wäre es ja ein nicht unerheblicher Kostenfaktor.
Zum einen die relativ komplexe Steuerung der Bremse, zum anderen hätte ich Bedenken wie lange die elektrische Bremse dann hält.
Da würden dann auch recht hohe Ströme beim Bremsen gepuffert werden bzw. bei fast voller Batterie muss der Strom irgendwo hin.

Gruss Sebastian

Du hast mich falsch verstanden: ich will die mechanische
Bremse nicht abschaffen, sondern ein Bremsmanagement haben,
das die mechanische Bremse abschaltet, so lang das elektrische
System zur Verfügung steht. Erst an den elektrischen Grenzen
wirkt die Mechanik.

Hallo,
dafür braucht man Brake-by-wire, womit der ohnehin schon hohe Aufwand für das Hybrid-System noch einmal steigt. Mal abgesehen von den Sicherheitsaspekten eines derart komplexen Systems !!!
Darüber hinaus spart die „Nutz“-Bremsung im normalen Fahrbetrieb nur marginal Energie, lediglich für wenige Fahrzyklen kann sie nennenswert etwas bringen.

Ich weiß. Da hängt viel an der Dimensionierung der Anlage.
Wenn ich mir Bahntechnik anschaue: die können auch deutlich
härter Bremsen als Beschleunigen, und das Ganze ebenfalls
elektrisch (ohne mechanische Bremsen). Dann sollte das doch
mit dem Auto/Kleintransporter ebenfalls möglich sein.

Theoretisch ja, nur hat ein Straßenfahrzeug ganz andere Anforderungen, zB auch Gewichtseinschränkungen.

Ich stell’ mir das so vor: ich überwache zwei Kategorien:
*Status des elektrischen Systems:
++ Ok => keine mechanische Bremse
++ Überlast => mech. Bremse hilft, so dass max. elektrische
Leistung abgenommen wird
++ max. Ladezustand erreicht oder Störung => rein
mechanische Bremse, elektrisches System aus
*Status des Bremspedals:
++ Notfallbremsung: Pedal wird normalerweise voll
durchgetreten => sofort mechanische Bremsung wie bis jetzt
üblich (elektrische Bremse läuft in Abhängigkeit vom Zustand
mit oder auch nicht - egal)
++ Betriebsbremsung: Pedal wird leicht oder mittelstark
gedrückt: elektrisches Bremsen, ggfs. hilft die Mechanik

Sowas in der Art - mit relativ einfacher Logik zuverlässig
realisierbar - stelle ich mir vor. Aber nicht, dass bei jedem
beliebigen Bremsvorgang immer 2/3 (oder mehr) der Energie in
der Mechanik aufgerieben werden unabhängig von der Situation.

Klingt ja logisch, geht auf dem Papier auch ganz einfach.
Nur leider : Grau ist alle Theorie. So etwas praktisch, sicher und zu vernünftigen Kosten zu realisieren, das ist die andere Seite.
Gruß
Karl

Gruß
peherr

Hallo peherr,

wenn Du mal in Richtung Sicherheit denkst, brauchst Du eine
mechanische Bremse wie sie millionenfach bewaehrt ist und das
Fahrzeug garantiert zum Stillstand bringt.

Du hast mich falsch verstanden: ich will die mechanische
Bremse nicht abschaffen, sondern ein Bremsmanagement haben,
das die mechanische Bremse abschaltet, so lang das elektrische
System zur Verfügung steht. Erst an den elektrischen Grenzen
wirkt die Mechanik.

Dann musst du aber mit dem Bremspedal den Wert für die Verzögerung vorgeben.
Die maximale Verzögerung durch den Dynamo ergibt sich bei dessen Kurzschluss. Du brauchst also einen Spannungswandler für einen weiten Eingansspannungsbereich, aber die grössten Ströme musst du bei der kleinsten Eingansspannung handhaben. Was den Wirkungsgrad angeht, kannst du das ja selber rechnen!

Da du nun aber „Bremsen-by-wire“ hast, geht ohne Bordspannung die Bremse nicht mehr !!! Da gibts dann ein kleines Problem mit der Strassenzulassung.

Ein weiteres Problem ist dabei, dass der Akku nicht unendlich schnell aufgeladen werden kann. Beim Solarmobil aus Biel wurde dieses Problem mit einer Batterie von Supercaps gelöst. Da wird dann aber der AUfwand wieder grösser, weil man keine Konstante Spannung hat.

Ich weiß. Da hängt viel an der Dimensionierung der Anlage.
Wenn ich mir Bahntechnik anschaue: die können auch deutlich
härter Bremsen als Beschleunigen, und das Ganze ebenfalls
elektrisch (ohne mechanische Bremsen). Dann sollte das doch
mit dem Auto/Kleintransporter ebenfalls möglich sein.

Die kommen auch nur auf etwa 50% Wirkungsgrad. Zumindest ist das in etwa der Wert der hier am Gotthart erreicht wird. Desweiteren hat so ein Zug andere Bremswege und natürlich auch noch eine mechanische Bremse. Achja, die beiden Bremssysteme(elektrisch/mechanisch) arbeiten voneinander unabhängig.
Dü müsstest also zwei Bremspedale einbauen oder einen zusätzlichen Schalter/Regler für die elektrische Bremse.

Sowas in der Art - mit relativ einfacher Logik zuverlässig
realisierbar - stelle ich mir vor. Aber nicht, dass bei jedem
beliebigen Bremsvorgang immer 2/3 (oder mehr) der Energie in
der Mechanik aufgerieben werden unabhängig von der Situation.

Hast du schon mal erlebt wie die meisten Autofahrer reagieren, wenn mit der Bremse etwas nicht stimmt ???

Um Sicherheit zu haben, müsstest du die mech. Bremse normal mit dem Pedal koppeln.
Ich sehe dann nur die Möglichkeit, dass man recht viel Pedalspiel einstellt, bis die mech. Bremse anspricht. Bis zu diesem Bereich könnte man die elek. Bremse ansteuern. Soweit mal der technische Teil.
Wenn jetzt die elek. Bremse ausfällt kann man noch mit der mech. Problemlos bremsen. Fragt sich aber immer noch, wie da der Fahrer drauf reagiert, wenn die Bremse erst viel später einsetzt als gewohnt.

MfG Peter(TOO)

Hallo Peter,

Dü müsstest also zwei Bremspedale einbauen oder einen
zusätzlichen Schalter/Regler für die elektrische Bremse.

Zwei Bremspedale, das stelle ich mir aber arg lustig vor :wink:
Vor allem wenn ich bei einer Gefahrenbremsung versehentlich das falsche erwische.
Das realisieren wir dann, wenn der vierfüssige Mensch zu Ende etwickelt ist, ok?

Gruss Sebastian

Hi,
willst Du Dich mal da bewerben?

Siemens VDO plant, Antrieb und Lenkung, Dämpfung und die Bremse direkt in die Räder der „Autos von morgen“ zu integrieren. Das Konzept namens eCorner…
http://www.all4engineers.com/index.php;do=show/sid=1…

Gruss Helmut

willst Du Dich mal da bewerben?

Hmm, da ich mich in absehbarer Zukunft wirklich nach einem Job umschauen sollte, komm’ ich auf deinen Tip vielleicht zurück … :wink:

Gruß,
peherr

Hallo Peter,

Erst an den elektrischen Grenzen
wirkt die Mechanik.

Dann musst du aber mit dem Bremspedal den Wert für die
Verzögerung vorgeben.

Richtig.

Die maximale Verzögerung durch den Dynamo ergibt sich bei
dessen Kurzschluss.

Ja, aber so weit will ich gar nicht gehen: ich fahre mit der elektrischen Bremse bis zu einem bestimmten Strom (entspricht einer bestimmten Verzögerung). Wird eine stärkere Verzögerung benötigt, so schalte ich die mechanische Bremse zu und die elektrische arbeitet unverändert im gleichen Betriebspunkt.

Du brauchst also einen Spannungswandler

Ein Wandler ist bei mir erst mal ein Meßgerät (oder Teil davon). Du meinst mit dem Wandler etwas, womit ich Leistung zwischen zwei Punkten übertragen kann (Trafo z.B.)?!

für einen weiten Eingansspannungsbereich, aber die grössten
Ströme musst du bei der kleinsten Eingansspannung handhaben.
Was den Wirkungsgrad angeht, kannst du das ja selber rechnen!

Wenn ich die Maschine wirklich bis kurz vor den elektrischen Kurzschluss fahre ist der Wirkungsgrad gering. Aber so weit will ich doch gar nicht gehen.

Da du nun aber „Bremsen-by-wire“ hast, geht ohne Bordspannung
die Bremse nicht mehr !!! Da gibts dann ein kleines Problem
mit der Strassenzulassung.

Jein: normales Bordnetz und Energiespeicher zum Fahren und Bremsen sollten schon getrennt sein. Und mit der Option, dass ich aus der Fahrenenergie auch das Bordnetz speisen kann (bei gleichen Spannungen mit einer Diode machbar).
Und für das Bremsen hast du meines Erachtens weiter unten schon eine Lösung angesprochen.

Ein weiteres Problem ist dabei, dass der Akku nicht unendlich
schnell aufgeladen werden kann. Beim Solarmobil aus Biel wurde
dieses Problem mit einer Batterie von Supercaps gelöst. Da
wird dann aber der AUfwand wieder grösser, weil man keine
Konstante Spannung hat.

Kann ich nix dagegen sagen, stimmt. Evtl. bekommt man dieses Problem mit einer Kombination aus Ultra-Caps und Batterien in den Griff …

Ich weiß. Da hängt viel an der Dimensionierung der Anlage.
Wenn ich mir Bahntechnik anschaue: die können auch deutlich
härter Bremsen als Beschleunigen, und das Ganze ebenfalls
elektrisch (ohne mechanische Bremsen). Dann sollte das doch
mit dem Auto/Kleintransporter ebenfalls möglich sein.

Die kommen auch nur auf etwa 50% Wirkungsgrad. Zumindest ist
das in etwa der Wert der hier am Gotthart erreicht wird.
Desweiteren hat so ein Zug andere Bremswege und natürlich auch
noch eine mechanische Bremse. Achja, die beiden
Bremssysteme(elektrisch/mechanisch) arbeiten voneinander
unabhängig.
Dü müsstest also zwei Bremspedale einbauen oder einen
zusätzlichen Schalter/Regler für die elektrische Bremse.

Blöde Idee im Auto.

Hast du schon mal erlebt wie die meisten Autofahrer reagieren,
wenn mit der Bremse etwas nicht stimmt ???

Ich glaub, ich weiß, was du meinst.

Um Sicherheit zu haben, müsstest du die mech. Bremse normal
mit dem Pedal koppeln.
Ich sehe dann nur die Möglichkeit, dass man recht viel
Pedalspiel einstellt, bis die mech. Bremse anspricht. Bis zu
diesem Bereich könnte man die elek. Bremse ansteuern. Soweit
mal der technische Teil.
Wenn jetzt die elek. Bremse ausfällt kann man noch mit der
mech. Problemlos bremsen. Fragt sich aber immer noch, wie da
der Fahrer drauf reagiert, wenn die Bremse erst viel später
einsetzt als gewohnt.

Du nennst hier eigentlich die Lösung. Mit Hilfe von Federn am Pedal kann man auch nur für den elektrischen Betrieb einen Bremsdruck für den Fuß simulieren. Und dann ab einer bestimmten Position wirkt automatisch die mechanische Bremse mit dem „natürlichen Pedaldruck“ mit.

Deinen letzten Satz hab’ ich jetzt nicht ganz verstanden. Es ist ein gefühlter Druck des Bremspedals da, und das Fahrzeug bremst ab (Generatorbetrieb). Steigt man härter auf’s Pedal, so bremst das Fahrzeug härter (elektrisch und mecchanisch) bis hin zum Regelbereich des ABS. Weshalb setzt die Bremse später ein?
Wo ist mein Denkfehler?

Gruß
peherr

Hi,

zunächst sollte eine Bremse auch feinfühlig dosierbar sein,
was bei einer elektrischen unabhängigen Bremse nur schwer
realisierbar wäre.

Echt?
Es sind doch eh schon Leistungshalbleiter im Spiel, um aus DC vom Energiespeicher die (A)Synchronmotoren zu speisen. Die kann ich dann auch verwenden, um eine genaue Verzögerung(-skennlinie) in Abhängigkeit von der Pedalstellung zu realisieren.

Dazu kommt der ABS-Regelkreis. Sicher könnte man das technisch
machen, das alles unter einen Hut passt. Aber mit welchem
Aufwand?
Schliesslich müsste garantiert sein dass das Bremssystem auch
bei Ausfall der Elektronik sicher funktioniert.

Eine meines Erachtens sinnvolle Lösung dazu hat Peter(TOO) genannt bzw. findet sich noch mal deutlicher in meiner Antwort auf sein Posting.

Ausserdem wäre es ja ein nicht unerheblicher Kostenfaktor.
Zum einen die relativ komplexe Steuerung der Bremse, zum
anderen hätte ich Bedenken wie lange die elektrische Bremse
dann hält.

???

Da würden dann auch recht hohe Ströme beim Bremsen gepuffert
werden bzw. bei fast voller Batterie muss der Strom irgendwo
hin.

Volle Batterie: System meldet Zustand und geht ausser Betrieb - es wird daraufhin wie bis jetzt auch die mechanische Bremse verwendet. Der Generator läuft leer (hat zwar Klemmenspannung, gibt aber keinen Strom ab).

Gruß
peherr

Hallo peherr,

Du brauchst also einen Spannungswandler

Ein Wandler ist bei mir erst mal ein Meßgerät (oder Teil
davon). Du meinst mit dem Wandler etwas, womit ich Leistung
zwischen zwei Punkten übertragen kann (Trafo z.B.)?!

Da bist du jetzt im Irrtum.
Wandler sagt per Definition überhaupt nichts über die Leistung aus.

Da du nun aber „Bremsen-by-wire“ hast, geht ohne Bordspannung
die Bremse nicht mehr !!! Da gibts dann ein kleines Problem
mit der Strassenzulassung.

Jein: normales Bordnetz und Energiespeicher zum Fahren und
Bremsen sollten schon getrennt sein. Und mit der Option, dass
ich aus der Fahrenenergie auch das Bordnetz speisen kann (bei
gleichen Spannungen mit einer Diode machbar).
Und für das Bremsen hast du meines Erachtens weiter unten
schon eine Lösung angesprochen.

Ich dachte an so etwas Profanes wie eine durchgebrannte Sicherung !!

Hast du schon mal erlebt wie die meisten Autofahrer reagieren,
wenn mit der Bremse etwas nicht stimmt ???

Ich glaub, ich weiß, was du meinst.

Deinen letzten Satz hab’ ich jetzt nicht ganz verstanden. Es
ist ein gefühlter Druck des Bremspedals da, und das Fahrzeug
bremst ab (Generatorbetrieb). Steigt man härter auf’s Pedal,
so bremst das Fahrzeug härter (elektrisch und mecchanisch) bis
hin zum Regelbereich des ABS. Weshalb setzt die Bremse später
ein?
Wo ist mein Denkfehler?

Und wenn da irgendetwas ausfällt, passiert zuerst nichts, zumindest nicht so wie normal !!
Dabei gerät der Durchschnittsfahrer schon mal in Panik.

MfG Peter(TOO)

Hi,

ich will nicht in Abrede stellen das sich das realisieren lässt, nur wird das ganze recht aufwendig und teuer.
Und wie gesagt, für einen USB-Anschluss am Autoradio gibt der Kunde auch Geld aus, aber dafür?
Das Prinzip müsste eben auch wirklich Ausfallsicher sein, zumindest im Bezug auf den Fall-Back auf die mechanische/Hydraulische Bremse.
Die Akzeptanz für den Hybridantrieb ist sowieso noch recht gering. Macht man das jetzt zwar besser, aber teurer, wird das der Akzeptanz nicht dienlich sein.

Gruss Sebastian