Согласование рекуперации и гидравлических тормозов, режимы D и B.
Рекуперативное торможение гибрида: устройство и принцип работы
Как гибрид делит торможение между мотором и колодками
Нога задаёт момент, а не давление. Датчик хода педали и давление в главном цилиндре говорят ЭБУ тормозной системы, какой тормозной момент нужен. Сам цилиндр при этом отсечён от колёс и давит в симулятор хода, чтобы педаль ощущалась как обычно.
Запрос и ответ. ЭБУ тормозной системы просит рекуперацию, блок управления гибридной системой с учётом SOC отвечает, сколько MG2 реально может дать. Суммарный момент = рекуперация + гидравлика: колодки добирают ровно недостающее.
Что ограничивает мотор. Момент MG2 (здесь 200 Н·м, на колёсах около 1660 Н·м), мощность приёма батареи (20 кВт, к 80 % SOC — ноль) и скорость: на трассе мощность делится на большую скорость вращения, и момента мало, а ниже 5 км/ч рекуперация отключается.
Мягко — выгодно. Плавное торможение почти целиком идёт в батарею, резкое — в основном в тепло колодок. Режим B увеличивает замедление двигателем, но не возврат энергии. Вой при торможении — нормальный звук рекуперации.
Детали в модели «Совместное торможение гибрида: рекуперация и гидравлика»
Тормозной диск. Вентилируемый диск переднего колеса. У гибрида он работает реже, чем у обычной машины: плавные торможения берёт на себя MG2, а колодки подключаются при сильном нажатии, на малой скорости и при остановке.
Суппорт с колодками. Обычный дисковый суппорт. Давление в нём задаёт не нога водителя напрямую, а тормозной привод: ровно столько, сколько не хватает до требуемого момента после рекуперации.
Привод колеса. Вал с шарнирами равных угловых скоростей. Им колесо крутит MG2 при разгоне, и им же колесо крутит MG2 при торможении — тогда мотор работает генератором.
Редуктор и дифференциал. Две пары шестерён: 17/47 и 19/57, всего 8,3. Колесо на 100 км/ч делает 15 оборотов в секунду, ротор MG2 — около 7300 об/мин. Момент мотора на колёсах в 8,3 раза больше.
Мотор-генератор MG2. Синхронная машина с магнитами в роторе, связанная с колёсами через редуктор. При торможении силовой блок заставляет её отбирать момент у колёс и отдавать ток в батарею. Тормозной момент до 200 Н·м ограничен током, мощность — батареей.
Силовой блок. Инвертор и повышающий преобразователь. При рекуперации инвертор выпрямляет переменный ток MG2, преобразователь понижает напряжение до уровня батареи.
Высоковольтная батарея. Учебная батарея 1,3 кВт·ч. Плавная остановка с 60 км/ч добавляет 1–3 % SOC. Принимает до 20 кВт при SOC до 70 %, к 80 % приём падает до нуля — рекуперации нет, батарея не перезаряжается.
Высоковольтные кабели. Оранжевые кабели: три фазы от силового блока к MG2 и два провода постоянного тока к батарее. Зелёные точки — ток заряда при рекуперации.
Педаль тормоза. Педаль толкает главный цилиндр, но при исправной системе жидкость от него уходит не к колёсам, а в симулятор хода. Нога чувствует привычное сопротивление, а сколько тормозить колодками, решает электроника.
Датчик хода педали. Сдвоенный датчик на оси педали. По его сигналу и по давлению в главном цилиндре ЭБУ тормозной системы считает, какое замедление просит водитель.
Главный цилиндр и бачок. Тандемный цилиндр. В обычной работе он отсечён от колёс клапанами и питает только симулятор, а его давление служит сигналом «сколько хочет водитель». Если пропало питание привода, клапаны открываются, и цилиндр тормозит колёсами напрямую, как в обычной машине.
Симулятор хода педали. Цилиндр с поршнем и пружинами. Принимает жидкость из главного цилиндра, так что педаль проходит такой же путь и давит в ногу так же, как в обычной машине, сколько бы ни тормозил мотор.
Блок клапанов тормозного привода. Алюминиевый блок с разобщающими клапанами (отсекают главный цилиндр), линейными клапанами повышения и сброса давления для каждой оси и датчиками давления. Он же работает как блок ABS и курсовой устойчивости.
Насос с электромотором. Подкачивает аккумулятор давления, когда давление падает ниже 145 бар, и выключается на 175 бар. Обычно включается на секунду после нескольких торможений.
Аккумулятор давления. Баллон с газом под поршнем. Хранит жидкость под давлением 145–175 бар, чтобы линейные клапаны могли мгновенно поднять давление в суппортах без участия ноги.
Тормозные трубки. От главного цилиндра к блоку клапанов и от блока к четырём суппортам. Здесь показано переднее левое колесо, отводы к остальным заглушены.
ЭБУ тормозной системы. По ходу педали, давлению в главном цилиндре и скорости считает требуемый момент и просит у блока управления гибридной системой рекуперацию. Получает ответ, сколько MG2 может дать, и добирает остальное клапанами.
Блок управления гибридной системой. Получает запрос от ЭБУ тормозной системы и с учётом SOC и температуры батареи решает, какой момент рекуперации реально дать. Отвечает фактическим значением, по нему гидравлика добирает недостающее.
Индикатор гибридной системы и лампа. Стрелка в зоне CHARGE показывает заряд при торможении. Чем мягче торможение, тем дольше стрелка держится в этой зоне. Рядом — лампа тормозной системы.
Показ по шагам
Кто тормозит гибрид. Педаль, главный цилиндр и симулятор хода — в салоне. Блок клапанов с насосом и аккумулятором давления — под капотом. MG2 через редуктор связан с колёсами, силовой блок и батарея принимают ток торможения.
Педаль — только сигнал. Нажимаем педаль: жидкость главного цилиндра уходит в симулятор, ход и усилие привычные. Датчик хода и давление цилиндра говорят ЭБУ тормозной системы, сколько тормозить.
Мягкое торможение — мотор. ЭБУ просит рекуперацию, блок управления гибридной системой отвечает: можно. Тормозит MG2, ток идёт в батарею, давление в суппортах почти ноль.
Резкое торможение — колодки. Требуемый момент больше, чем MG2 и батарея могут принять. Недостающее добирает гидравлика: линейные клапаны пускают жидкость из аккумулятора в суппорты.
Высокая скорость. При 130 км/ч колесо крутится быстро, и 20 кВт батареи дают всего около 200 Н·м на колёсах. Доля рекуперации меньше — смотрите график под моделью.
Остановка: только гидравлика. Ниже 15 км/ч рекуперация плавно уходит, ниже 5 км/ч тормозят только колодки — так остановка мягкая и без рывка. Возвращённая энергия — 1–3 % SOC за остановку с 60 км/ч.
Режим B. B нужен на спусках: двигатель без топлива прокручивается и тормозит. Возврат энергии от этого не растёт — лишнее торможение уходит в тепло двигателя.
Что ломается и как это проявляется
Батарея полностью заряжена. Признаки: после долгого спуска торможение мотором слабеет, стрелка индикатора не уходит в CHARGE, двигатель может раскручиваться сам — работает торможение двигателем. Педаль та же, машина тормозит нормально. Что проверить: это не неисправность. SOC по сканеру; если батарея «полная» постоянно или быстро — проверить датчики напряжения и температуры батареи. На длинных спусках включать B, чтобы не перегревать колодки.
Отказ рекуперации. Признаки: педаль и замедление прежние, но стрелка индикатора не заходит в CHARGE, SOC не растёт при торможении, колодки изнашиваются быстрее. Может гореть сообщение гибридной системы, расход топлива выше. Что проверить: коды и стоп-кадры гибридной и тормозной систем, связь между блоками, температура MG2 и инвертора. В данных сканера запрошенный момент рекуперации есть, а фактический — 0: весь тормозной момент даёт гидравлика.
Утечка в аккумуляторе давления. Признаки: насос тормозного привода жужжит каждые несколько секунд, даже на стоянке с нажатой педалью. Загорается лампа тормозной системы, на панели предупреждение. Торможение пока нормальное. Что проверить: коды тормозного ЭБУ, давление аккумулятора и время работы насоса по сканеру, течи на блоке. Аккумулятор меняют в сборе, систему прокачивают по процедуре; перед работами отключают привод.
Упрощения модели
Требуемый момент считается прямо по ходу педали; в настоящей системе ЭБУ использует ещё давление главного цилиндра и скорость нажатия. Задержки связи и регулирования не показаны: гидравлика добирает недостающее мгновенно.
Рекуперация в модели — только MG2 на передней оси, давление одинаковое во всех четырёх суппортах. Настоящий привод распределяет давление между осями и колёсами отдельно, а при работе ABS и курсовой устойчивости отключает рекуперацию.
Торможение двигателем в B и при полной батарее показано одной величиной без делителя мощности и MG1: смотрите лабораторию делителя мощности. Возврат энергии в B считается таким же, как при накате в D.
Батарея 1,3 кВт·ч, предел 25 кВт и окно SOC — учебные числа. Холодная батарея, нагрев MG2 и инвертора не учтены. На «Спуске» скорость держит уклон, на ровной дороге учтено небольшое сопротивление качению.
Клапаны, каналы и аккумулятор показаны схематично, размеры узлов приблизительные, расстояния между ними сжаты.