Hochvoltkompetenz
Hintergründe zur Hochvolttechnik
von Elektro- und Hybridfahrzeugen

21.11.2014

Regelstrategie des regenerativen Bremssystems ESP hev von Bosch

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Weiterentwickelt: Das regenerative Bremssystem ESP hev von Bosch baut auf einer ESP-Hydraulikeinheit und einem herkömmlichen Hauptbremszylinder (mit vakuumbasiertem Bremskraftverstärker, nicht im Bild) auf. Bild: Bosch
Vollhybrid, Parallelhybrid, Rekuperation, dreistufiges Bremsen
In Serie: Im Mercedes-Benz S 400 Hybrid (Typ: W222) kommt beispielsweise das Bremssystem ESP hev zum Einsatz. Bild: Daimler

In dem Bestreben nach möglichst hohen elektrischen Reichweiten von Hybridfahrzeugen drehen die Entwickler an vielen Stellschrauben. Neben verbesserten Batterien tragen optimierte regenerative Bremssysteme dazu bei. Ein Beispiel ist das ‚ESP hev’ von Bosch, wie es dem Zulieferer zufolge beispielsweise im Mercedes-Benz S 400 Hybrid (Typ: W222) zum Einsatz kommt. Das Besondere: Der Bremsvorgang geht je nach Verzögerungswunsch dreistufig vonstatten.


Das von Bosch entwickelte ESP hev basiert auf einem konventionellen Bremssystem mit ESP-Einheit und vakuumbasiertem Bremskraftverstärker. Im Unterschied zu einer Bremse in einem herkömmlichen Fahrzeug kombiniert und steuert dieses System jedoch normales Bremsen und Bremsenergierückgewinnung (auch regeneratives Bremsen genannt).

Zunächst nur elektromotorisches Bremsen

Damit die Rekuperationsrate möglichst hoch ausfällt, wird das Bremsmoment zunächst nur durch die E-Maschine erzeugt. Reicht die darüber erzielte Verzögerung nicht aus, steuert das System die hydraulische Bremse in unterschiedlichen Abstufungen an. Neben der Koordination des elektrischen und hydraulischen Bremsvorgangs übernimmt die Steuereinheit auch die Ansteuerung der elektrischen Unterdruckpumpe.
Die elektrische Unterdruckpumpe ist notwendig, da in Vollhybridfahrzeugen der Verbrennungsmotor während des elektrischen Fahrens keinen Unterdruck für die Bremskraftverstärkung zur Verfügung stellt. Übrigens ein Grund, weshalb in verschiedenen Elektrofahrzeugen (etwa Kia Soul EV oder Volkswagen e-up!) rein elektrische Bremskraftverstärker verbaut sind. In diesen Fahrzeugen übernimmt ein darin integrierter Elektromotor die Bremskraftverstärkung, sodass der klassische Unterdruckverstärker entfällt. KRAFTHAND hat in dem Beitrag ‚Electric Power’ (Ausgabe 17/2014 ab Seite 116) ein solches System ausführlich beschrieben. Doch zurück zum ESP hev und was im Einzelnen während der drei verschiedenen Bremsphasen passiert:
 

Dreistufiges Bremsen im Detail

Stufe 1: Bei jedem Bremsvorgang entkoppelt das System den hinteren Bremskreis vom Fahrerfuß. Das heißt: Am Bremspedal ergibt sich ein vergrößerter Leerweg, den das Bremsmanagement nutzt, um das Fahrzeug zunächst rein generatorisch über die E-Maschine abzubremsen. Die Scheibenbremsen sind noch nicht in Aktion. Für den Fahrer unterscheidet sich das Pedalgefühl jedoch nicht von dem bei einer herkömmlichen Bremse. Er nimmt den Leerweg nicht als solchen wahr. 
Im Falle des erwähnten Hybrid-Mercedes wirkt das generatorische Bremsmoment auf die hinteren Räder, weil der S 400 ein Hecktriebler ist und der Elektromotor logischerweise mit der Hinterachse verbunden ist. Wie hoch das Bremsmoment der E-Maschine ausfällt, hängt vom Pedalweg ab. Je größer der Pedalweg, desto höher die Generatorleistung zum Laden der HV-Batterie und desto höher das Generatorbremsmoment. Jedoch ist das Bremsmoment bei diesem System auf 0,2 g, also rund 20 Prozent der maximalen Bremsleistung begrenzt. Für den Großteil der im Alltag vorkommenden Bremsmanöver reicht die Verzögerungsleistung via E-Maschine laut Bosch allerdings aus.

Stufe 2: Verlangt der Fahrer eine stärkere Bremswirkung und tritt dementsprechend stärker auf das Pedal, baut das System zusätzlich zu dem generatorischen Bremsmoment ein hydraulisches Bremsmoment an der Vorderachse auf, sodass nun über beide Achsen eine Fahrzeugverzögerung erfolgt: vorn via Scheibenbremse, hinten per E-Maschine.

Stufe 3: Reichen diese beiden Bremsmomente noch nicht aus, so betätigt das System jetzt auch die hinteren Scheibenbremsen. Dazu baut die Pumpe des Hydraulikaggregats den notwendigen Bremsdruck für das hintere Hydrauliksystem auf. Das Fahrzeug verzögert nun über alle vier Scheibenbremsen und die E-Maschine.
Natürlich laufen diese Prozesse automatisch in Sekundenbruchteilen und für den Fahrer unmerklich ab.

von Torsten Schmidt