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Jul 05, 2023

もっとブレーキをかける

Soprattutto i veicoli elettrici a batteria pongono nuove esigenze al telaio.

バッテリー電気自動車は、特にブレーキと回生に関して、シャーシに新たな要求を課します。 ポルシェ グループの開発者は、快適性を損なうことなく、より良い回生を可能にするブレーキ力配分の新しいコンセプトに取り組んでいます。

シャシー開発者は、電動化によって 2 つの面で課題に直面しています。バッテリーにより車両が重くなりますが、その一方で、車両は多くの場合、より優れた運転ダイナミクスを示します。 通常、これらの要因により、より強力な油圧ホイール ブレーキが必要になります。 ただし、重量が増加し消費量が増加するため、効率が低下し、航続距離が犠牲になります。

ポルシェ タイカンは回生のおかげで、大型のブレーキ システムがなくても大丈夫です。ドライバーがブレーキ ペダルを踏むとすぐに、電気モーターが発電モードに切り替わります。 一度そうなると、モーターが車輪を駆動するのではなく、その逆になります。 これにより車両にブレーキがかかり、同時にバッテリーの充電に使用できる電気が生成されます。 シャシー開発者にとって重要なことは、運転ダイナミクスが増加したにもかかわらず、回生のためにブレーキを大きくする必要がないことです。 したがって、ブレーキは航続距離に悪影響を及ぼしません。

タイカンでは、ドライバーは日常の状況の 90% でブレーキをかけますが、これは電力のみを使用して、つまり油圧システムの関与なしで行うことができます。 後者は、電気モーターの制動力がほとんど発揮されない 5 km/h 未満の速度でのみ使用されます。 また、高速からのフルブレーキ時など電動モーターでは減速力が足りない場合には摩擦ブレーキが作動します。 Taycan Turbo S (電力消費量* 総合 (WLTP) 23.4 – 22.0 kWh/100 km、CO₂ 排出量* 総合 (WLTP) 0 g/km、電気航続距離* 総合 (WLTP) 440 – 467 km、街中での電気航続距離* (WLTP) 524 – 570 km) ブレーキ時に最大 290 kW の電力を生成できます。 この出力レベルでは、2 秒間の減速で約 700 メートル走行するための電力を生成するのに十分です。 全体として、回復により射程距離が最大 30% 増加します。

バッテリー電気自動車 (BEV) のシャーシ開発における主要な技術的課題の 1 つは、回生ブレーキと油圧ブレーキを組み合わせるブレンディングです。 「ドライバーはシステム間の移行を感じてはなりません」とポルシェエンジニアリングのシャシーテストシニアマネージャー、マーティン・ライヒェネッカー氏は強調する。

スムーズな移行を保証するには、ブレーキ システムの動作が異なるため、この技術に大きな要求が課せられます。電気モーターは常に同じブレーキ トルクを供給しますが、油圧モーターからのトルクは、温度や湿度などの環境の影響により毎回変化する可能性があります。 したがって、移行点において液圧制動力が電気制動力と異なる場合がある。 ドライバーはこれを衝撃として感じます。

ポルシェは、このような事態が起こらないようにタイカン用のアルゴリズムを開発しました。 油圧システムは継続的に監視されます。各充電プロセス中にブレーキが校正され、ブレーキ ペダルの移動量とブレーキ ペダルの力の現在の比率が決定されます。 これにより、アルゴリズムは次回車両がブレーキをかけられたときに油圧システムがどのくらいのパワーを供給するかを推定し、回生モードへの移行がスムーズに行われるように正確に展開することができます。

車両では、通常、ブレーキ力は不均等に配分されます。ブレーキ力の 3 分の 2 はフロント アクスルによって提供され、3 分の 1 はリア アクスルによって提供されます。 同じ比率がタイカンの電気システムにも当てはまります。フロントの電気モーターが制動力の 3 分の 2 を提供し、リアのモーターが 3 分の 1 を提供します。ただし、リアのモーターの方が大きく、理論的にはより多くの貢献 (および回生) が可能です。 この可能性は、車軸間の制動力の配分を変えることで活用できます。 これに関連して、走行安定性の理由から、十分な安定性リザーブを確保するために、リアアクスルの最大寄与を状況に応じて制限する必要があることに注意することが重要です。 「最も多くのエネルギーを吸収できる電気モーターは、最大の制動トルクを提供します」とポルシェ AG の機能開発者兼統合エンジニア回生ブレーキ担当のウリ・トラウト氏は説明します。

油圧ブレーキと発電ブレーキの間の相互作用と同様に、力の変化によってドライバーや乗客の快適性が損なわれてはなりません。 解決策の 1 つは、2 つのアルゴリズムを同時に動作させることです。1 つ目は、運転状況を分析し、テストベンチのデータに基づいて、ブレーキ力が前車軸と後車軸の間で最適に配分される「回廊」を提案します。 2 番目のアルゴリズムは、最も効率的な「コリドー」から現在の運転状況に適した分布を選択します。 専門家のトラウト氏によると、このソリューションは理想的な減速を保証し、「航続距離の大幅な向上」をもたらすという。

これまで、自動車工学におけるブレーキは、比較的独立した独自のシステムでした。 電気自動車では、パワートレイン、パワー エレクトロニクス、バッテリーなど、車両のより多くの部品が減速に関与するため、この状況は変わりました。 さらに、ブレーキにはインストルメントクラスター内に独自のディスプレイが装備されています。 これらすべてを行うには、シャーシ開発者によるより学際的な作業が必要です。 例えば、ブレーキを担当するエンジニアは、将来的にはトランスミッションを担当する同僚とより緊密に話し合う必要がある。回生には電気モーターも関係し、したがってトランスミッションも関係するからである（タイカンには 2 速トランスミッションが搭載されている）。リアアクスル）。

これにより、耐荷重能力に対する新たな要求が生じますが、ライヒェネッカー氏が「開発者はまったく新しい自由度を手に入れました」と指摘するように、新たな機会も提供します。 フロントアクスルとリアアクスルの間のブレーキ力の配分を可変にする潜在的な能力がその最良の例である、と彼は言う。 ライヒェネッカー氏は、シャーシとドライブコンポーネントのテクノロジーは今後も融合し続けるだろうと予想している。 「将来のアーキテクチャでは、ほとんどのソフトウェア機能が単一の制御ユニットに統合されると考えられます。」

運転に関しては、一部の電気自動車メーカーはいわゆるワンペダル運転に注力しています。 その原理は、ドライバーがペダルから足を離すと、車両はすぐにエネルギーの回生を開始し、極端な場合にはブレーキランプが点灯するほど急ブレーキになることです。 これは、ほとんどの状況で実際に 1 つのペダルで車を運転できることを意味します。

一方、ポルシェは惰性走行を利用しています。これは、車両が動力なしで動き続けることを可能にするより自然なプロセスです。 ブレーキペダルを踏んだときのみ回生が始まります。 「これは、車両の運動エネルギーを維持できるため、より効率的な運転方法です」とライヒェネッカー氏は言います。 一方、ワンペダル運転では、まず回生し、その後、回生したエネルギーを推進力に変換します。 「その結果、損失は2倍になります。」

回生のもう 1 つのプラスの効果は、油圧ブレーキの摩耗が少なくなることです。 「将来的には、ブレーキパッドは摩耗ではなく経年劣化により交換する必要があると予想されます」とトラウト氏は推測します。 ブレーキディスクの使用頻度が下がっている現在、ブレーキディスクをきれいに保つための機能がタイカン用に開発されました。車両は電気モーターを使わずに油圧システムのみを使用して一定の間隔でブレーキをかけ、ディスクから汚れを取り除きます。 EU は将来的にブレーキからの微粒子の排出を減らすことを計画しているため、これは将来かなりの利点になる可能性があります。 2025 年に発効予定の新しいユーロ 7 排出ガス基準は、ブレーキ摩耗に対する制限が初めて設定されることになります。 これにより、ブレーキをかける 10 回のうち 9 回しか電力を消費しないタイカンのような電気自動車は、良好なスタート地点に立つことになります。

本文はポルシェ エンジニアリング マガジン 2023 年 1 号に初掲載されました

文：コンスタンティン・ギリース

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