In gewisser Weise sind Elektrofahrzeuge die gleichen wie andere Autos. Vier Räder, Türen, Sitze, Fenster … alles im Grunde dasselbe, aber von einem anderen Antriebssystem herumgeschubst. Aber unter dem Blech und hinter den anderen Abdeckungen können sie ganz anders sein. Die Ingenieure des Porsche Konzerns entwickeln fortschrittliche Konzepte zur Bremskraftverteilung, um eine optimale Rekuperation ohne Komforteinbußen für Elektrofahrzeuge zu gewährleisten. Diese neuen Fahrgestellanforderungen erfordern umfangreiche Forschung und innovative Lösungen, um eine ruhigere und sicherere Fahrt zu ermöglichen.
Wenn Chassis-Entwickler auf stärker elektrifizierte Fahrzeuge umsteigen, werden sie an zwei Fronten herausgefordert: Batterien erhöhen das Gewicht, bringen aber auch eine bessere Fahrdynamik. Um die erhöhte Leistung eines Elektromotors aufzunehmen, müssen hydraulische Radbremsen hinzugefügt werden; dies wirkt sich negativ aus, da es durch das Mehrgewicht und den steigenden Verbrauch Effizienz und Reichweite verringert.
Der Porsche Taycan ist besonders sparsam ausgelegt: Sobald Sie auf das Bremspedal treten, schalten seine Elektromotoren in den Rekuperationsmodus und halten das Fahrzeug nicht nur an, sondern erzeugen gleichzeitig Strom, der zum Aufladen der Batterie genutzt werden kann. Da kein größeres Bremssystem benötigt wird, kann die Fahrdynamik erhöht werden, ohne dass die Reichweite durch zusätzliches Gewicht oder Größe dieser Komponente beeinträchtigt wird.
Unter normalen Fahrbedingungen sind die Elektromotoren des Taycan in der Lage, 90 % seiner Bremsleistung bereitzustellen. Erst bei Geschwindigkeiten unter 5 km/h muss die Hydraulik aufgrund der geringen Verzögerung der Elektromotoren eingreifen. Wenn außerdem stärkere Bremsen für Vollstopps bei höheren Geschwindigkeiten benötigt werden, werden Reibungsbremsen aktiv, um eine vollständige Verlangsamung und ein sicheres Anhalten zu gewährleisten.
Der Taycan Turbo S ist in der Lage, die Leistung seines regenerativen Bremssystems mit bis zu 290 kW zu maximieren und so in zwei Sekunden Verzögerung genug Strom zu erzeugen, der einer Fahrt von 700 Metern entspricht. Durch diesen Rekuperationsprozess erhöht sich die Reichweite um beeindruckende 30 %.
Bei der Konstruktion des Fahrgestells von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (BEVs) liegt eine Hauptschwierigkeit darin, regenerative und hydraulische Bremsen zu kombinieren. „Der Fahrer darf den Übergang zwischen den Systemen nicht spüren“ betont Martin ReicheneckerSenior Manager Chassis Testing bei Porsche Engineering.
Die Sicherstellung eines konsistenten Übergangs verlangt viel von der Technologie, da elektrische und hydraulische Bremssysteme unterschiedlich arbeiten: Während ein Elektromotor jedes Mal ein ähnliches Drehmoment abgibt, kann sein hydraulisches Gegenstück in Reaktion auf Umweltfaktoren wie Temperatur oder Feuchtigkeit variieren. So ist eine unterschiedliche Kraftentfaltung beider Technologien am Übergabepunkt denkbar, was Autofahrer oft als Ruck empfinden.
Programmieren von Blended Brakes, um dies richtig zu machen
Porsche hat Algorithmen für den Taycan entwickelt, um einen reibungslosen Übergang vom Beschleunigungsmodus zur Regeneration zu gewährleisten. Dazu überwacht es sein Hydrauliksystem wie ein Uhrwerk und nutzt die Bremskalibrierung bei jedem Ladevorgang. Auf diese Weise können sie bestimmen, wie viel Leistung beim nächsten Bremsen des Fahrzeugs geliefert wird, und sicherstellen, dass es nicht zu plötzlichen Leistungsänderungen aufgrund eines falschen Managements der Energierückgewinnungsstufen kommt.
Bei der Bremsleistung von Fahrzeugen werden typischerweise zwei Drittel von der Vorderachse und ein Drittel von der Hinterachse erzeugt. Das neue Elektrosystem des Porsche Taycan funktioniert nach demselben Prinzip: Mit seinem größeren hinteren Motor kommen zwei Drittel der Bremskraft vom vorderen Motor, während ein Drittel vom hinteren stammt, obwohl mehr potenzielle Energie zurückgewonnen werden könnte.
Durch eine veränderte Bremskraftverteilung zwischen den Achsen konnten wir große Potenziale erschließen. Eine entscheidende Überlegung ist, dass die Fahrstabilität aufrechterhalten werden muss; daher ist es erforderlich, den maximalen Hinterachsbeitrag situationsabhängig zu begrenzen, um eine verlässliche Standsicherheit zu gewährleisten.
„Der Elektromotor, der die meiste Energie aufnehmen kann, würde dann das größte Bremsmoment liefern“, erklärt Ulli Traut, Funktionsentwickler und Integrationsingenieur Regeneratives Bremsen bei der Porsche AG.
Für einen nahtlosen Übergang zwischen hydraulischer und generativer Bremse ist ein optimaler Fahrer- und Beifahrerkomfort unerlässlich. Dazu schlägt Porsche vor, zwei Algorithmen gleichzeitig einzusetzen: Der erste Algorithmus analysiert die Fahrbedingungen, um eine ideale Bremskraftverteilung auf Vorder- und Hinterachse zu ermitteln – diese Berechnungen basieren auf früheren Prüfstandsdaten.
Ein von Traut entwickelter Algorithmus soll den effizientesten Korridor auswählen und entsprechend anwenden, um eine optimierte Verzögerung zu gewährleisten, die zu einem nennenswerten Reichweitengewinn führen würde.
Bis vor kurzem war die Bremse im Automobilbau ein relativ isoliertes System. Mit dem Aufkommen von Elektrofahrzeugen auf dem Markt erfordert die Verzögerung jedoch jetzt die Zusammenarbeit verschiedener Fahrzeugkomponenten: Antriebsstrang, Batterie und Leistungselektronik – was eine verstärkte interdisziplinäre Arbeit der Fahrwerksentwickler erfordert. Bemerkenswerter ist, dass es sogar ein spezielles Anzeigefeld gibt, um die Bremsaktivität innerhalb des Kombiinstruments zu verwalten.
Künftig müssen die Ingenieure an der Bremse noch intensiver mit den Getriebeentwicklern zusammenarbeiten, denn auch bei der Rekuperation kommt ein Elektromotor und damit ein Zweigang-Getriebe zum Einsatz (wie im Taycan von Porsche).
Porsches anderer Ansatz zur Rolle des Pedals
Hersteller von Elektroautos konzentrieren sich meist auf das Fahren mit nur einem Pedal. Indem Sie einfach den Fuß vom Pedal nehmen, können Sie sofort mit der Rekuperation beginnen und in einigen Fällen so starke Bremsmanöver erleben, dass die Bremslichter automatisch aufleuchten. Das bedeutet, dass die meisten Szenarien es dem Fahrer ermöglichen, sein Auto mit nur einem Pedal zu bedienen. Im Gegensatz dazu nutzt Porsche das Segeln: eine sanftere Methode, um das Fahrzeug ohne externe Energie vorwärts fahren zu lassen. Der Rekuperationsprozess beginnt erst, wenn Sie das Bremspedal betätigen.
„Das ist eine effizientere Fahrweise, weil die Bewegungsenergie im Fahrzeug bleibt“, sagt Reichenecker. Das One-Pedal-Fahren hingegen rekuperiert zuerst und wandelt erst dann die zurückgewonnene Energie wieder in Vortrieb um. „Das führt zu doppelten Verlusten.“
Der Ansatz von Porsche könnte sich also als effizienter erweisen, aber nur, wenn er vom Fahrer effizient gefahren wird.
Reduzierter Verschleiß der Bremsen, aber gelegentliche Verwendung der Bremse, um sie sauber zu halten
Ein weiterer positiver Effekt der Rekuperation ist der geringere Verschleiß der hydraulischen Bremsen. „Wir gehen davon aus, dass Bremsbeläge künftig eher altersbedingt als verschleißbedingt getauscht werden müssen“, vermutet Traut. Um die Bremsscheiben sauber zu halten, wurde für den Taycan eine Funktion entwickelt, die nun seltener verwendet wird: Das Fahrzeug bremst in regelmäßigen Abständen nur mit der Hydraulik und ohne die Elektromotoren, um die Scheiben von Schmutz zu befreien.
Beitragsbild bereitgestellt von Porsche.
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