Kompatibilität von Geschwindigkeitsbegrenzern mit Elektro- und Hybridfahrzeugen

Die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen nimmt Fahrt auf. Elektrotransporter, Hybrid-LKW und batteriebetriebene Elektrobusse bewegen sich von Pilotprogrammen in den Mainstream-Flotteneinsatz. Für Flottenmanager und Transportverantwortliche, die für die Einhaltung von Geschwindigkeitsbegrenzer-Vorschriften zuständig sind, stellt sich eine dringende Frage: Funktionieren bestehende Geschwindigkeitsbegrenzer-Technologien mit Elektro- und Hybridantrieben, und was ändert sich, wenn der Verbrennungsmotor nicht mehr die primäre Antriebskraft ist?

Die Antwort lautet, dass Geschwindigkeitsbegrenzer nicht nur mit Elektro- und Hybridfahrzeugen funktionieren — in einigen Aspekten ist die Integration eleganter als bei konventionellen Verbrennerfahrzeugen. Sie erfordert jedoch ein Verständnis der Steuerung von Elektroantrieben und der spezifischen Sicherheitsüberlegungen, die Hochspannungssysteme mit sich bringen.

Wie Elektroantriebe gesteuert werden

In einem konventionellen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor steuert der Geschwindigkeitsbegrenzer letztlich die Motorleistung — entweder durch Beschränkung der Drosselklappenöffnung, Begrenzung der Kraftstoffzufuhr oder Begrenzung des Drehmoments über das Motorsteuergerät. Der Motor ist die Antriebsquelle, und die Begrenzung des Motors begrenzt die Fahrzeuggeschwindigkeit.

In einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug gibt es keinen Motor. Die Antriebskraft kommt von einem oder mehreren Elektromotoren, die von einem Wechselrichter angetrieben werden, der DC-Leistung aus dem Batteriepack in die AC-Wellenformen umwandelt, die den Motor antreiben. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird durch den Motorcontroller gesteuert — das elektronische System, das Motordrehmoment und -drehzahl in Reaktion auf die Fahreranforderung verwaltet.

Das Gaspedal in einem EV steuert keine Drosselklappe; es sendet ein elektronisches Anforderungssignal an den Motorcontroller. Dieses Anforderungssignal — das je nach Fahrzeugarchitektur eine einfache analoge 0–5-V-Spannung, ein PWM-Signal oder eine CAN bus Nachricht sein kann — ist das, was der Motorcontroller in Motordrehmoment umwandelt.

Für einen Geschwindigkeitsbegrenzer ist dies strukturell einem Drive-By-Wire-Verbrennerfahrzeug sehr ähnlich. Die in System 80 verwendete Drive-By-Wire Geschwindigkeitsbegrenzer-Technologie fängt das Pedalanforderungssignal ab und modifiziert es, wenn das Fahrzeug seinem programmierten Geschwindigkeitsgrenzwert nähert. Ob das Anforderungssignal an ein Motorsteuergerät oder einen Motorcontroller geht, das Interventionsprinzip ist dasselbe.

CAN bus Integration mit EV-Plattformen

Moderne elektrische Nutzfahrzeuge verwenden CAN bus Netzwerke, die EV-spezifische Daten neben konventionelleren Fahrzeugdaten transportieren. Der für schwere Nutzfahrzeuge verwendete J1939-Kernstandard wurde erweitert, um EV-Parameter aufzunehmen, darunter:

• Batterieladezustand (SoC)
• Drehmomentanforderung und tatsächliches Drehmoment des Motorcontrollers
• Motordrehzahl und -temperatur
• Rekuperationsbremsstatus
• Hochspannungssystemstatus und Fehlercodes

Für einen CAN bus Geschwindigkeitsbegrenzer ist die Geschwindigkeitsdatenquelle bei einem EV funktional äquivalent zu einem Verbrennerfahrzeug — die Fahrzeuggeschwindigkeit ist als CAN bus Parameter verfügbar (typischerweise vom Motorcontroller oder Raddrehzahlsensoren) mit gleicher Genauigkeit und Aktualisierungsrate. Der Geschwindigkeitssteuerungsbefehl (TSC1 für J1939-Fahrzeuge) kann verwendet werden, um eine Drehmomentsgrenze vom Motorcontroller auf dieselbe Weise anzufordern, wie er eine Drehmomentsgrenze von einem Motorsteuergerät bei einem Dieselfahrzeug anfordern würde, sofern der Motorcontroller so konfiguriert ist, diesen anzunehmen.

Nicht alle EV-Motorcontroller akzeptieren externe TSC1-Geschwindigkeitssteuerungsanforderungen — dies variiert je nach Hersteller und Fahrzeugmodell. AutoKontrol-Ingenieure überprüfen die CAN bus Steuerfähigkeit für jede neue EV-Plattform, die der System 80 Kompatibilitätsdatenbank hinzugefügt wird. Wenn TSC1 nicht unterstützt wird, wird stattdessen der alternative Ansatz verwendet — das Pedalanforderungssignal vor dem Motorcontroller abzufangen.

Detaillierte Hintergrundinformationen zur CAN bus Integration finden Sie in unserem Leitfaden zur CAN bus Geschwindigkeitsbegrenzer Schnittstelle.

Überlegungen zu Hybridfahrzeugen

Hybride Nutzfahrzeuge — einschließlich Mild-Hybride, Vollhybride und Plug-in-Hybride — stellen zusätzliche Komplexität dar, da sie Verbrenner- und Elektroantriebe kombinieren. Der Geschwindigkeitsbegrenzer muss die Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig davon verwalten, welcher Antriebsstrang zu einem bestimmten Zeitpunkt Antriebskraft liefert.

In einem Vollhybrid, der im rein elektrischen Betrieb fährt, muss die Geschwindigkeitsregelung auf den Motorcontroller angewendet werden. Im Verbrennungsmotor- oder Hybridbetrieb muss die Steuerung möglicherweise gleichzeitig auf das Motorsteuergerät, den Motorcontroller oder beide angewendet werden. Die Hybridsteuereinheit (HCU) des Fahrzeugs koordiniert die Leistungsverteilung zwischen den beiden Antrieben und ist der geeignete Integrationspunkt für einen Geschwindigkeitsbegrenzer in komplexen Hybridarchitekturen.

Einige hybride Nutzfahrzeuge — insbesondere Mild-Hybride — nutzen den Elektromotor hauptsächlich für die Drehmomentunterstützung bei niedrigen Geschwindigkeiten und für Start-/Stopp-Funktionen des Motors. Bei Geschwindigkeiten, bei denen die Geschwindigkeitsbegrenzung relevant ist (typischerweise über 50 km/h), betreiben diese Fahrzeuge hauptsächlich den Verbrennungsmotor, was die Integration unkompliziert macht.

Bei Plug-in-Hybriden mit vollständiger elektrischer Reichweite ist die Motorcontroller-CAN-bus-Integration entscheidend. Der Geschwindigkeitsbegrenzer muss unabhängig davon wirksam bleiben, ob der Fahrer den EV-Modus, den Hybridmodus oder den ladungserhaltenden Modus auswählt.

Interaktion von Rekuperationsbremse und Geschwindigkeitsbegrenzer

Rekuperationsbremsen ist ein charakteristisches Merkmal von Elektro- und Hybridfahrzeugen. Wenn der Fahrer vom Gas geht, kehrt der Motorcontroller die Rolle des Motors um — er fungiert als Generator, wandelt kinetische Energie zurück in elektrische Energie um und verzögert das Fahrzeug.

Für einen Geschwindigkeitsbegrenzer ist diese Interaktion bei Steigungen im Allgemeinen vorteilhaft — die Rekuperationsbremse verstärkt die Verzögerungswirkung, wenn die Drosselklappenanforderung reduziert wird. Bei Gefällestrecken gilt jedoch ein wichtiger Unterschied: Ein Geschwindigkeitsbegrenzer steuert die Fahrzeuggeschwindigkeit durch Begrenzung der Antriebskraft, nicht durch Bremsen. Das gilt gleichermaßen für EV- und Verbrennerfahrzeuge.

Wenn ein Fahrzeug eine Gefällestrecke hinunterfährt und die Schwerkraft es über den Geschwindigkeitsgrenzwert hinaus beschleunigt, kann weder ein konventioneller Geschwindigkeitsbegrenzer noch ein EV-Geschwindigkeitsbegrenzer dies allein durch Gas/Motor-Steuerung verhindern. Der Motorcontroller eines EV kann automatisch Rekuperationsbremsen anwenden, um eine eingestellte Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten — einige EV-Plattformen umfassen dies als native Funktion — aber dies ist eine Funktion des eigenen Steuerungssystems des EV, nicht des Geschwindigkeitsbegrenzers.

Wenn der Motorcontroller eines EV die aktive Geschwindigkeitserhaltung unterstützt (Kombination aus Rekuperationsbremsen und Geschwindigkeitsregelung), kann der Geschwindigkeitsbegrenzer diese Funktion über CAN bus steuern. Dies stellt einen echten Fähigkeitsvorteil von EV-Geschwindigkeitsbegrenzern gegenüber ihren Verbrenner-Pendants dar, bei denen der Geschwindigkeitsbegrenzer keine Reibungsbremsen aktiv betätigen kann.

Hochspannungssicherheitsüberlegungen

Elektro- und Hybridfahrzeuge enthalten Hochspannungssysteme — typischerweise 400 V oder 800 V DC in modernen Nutzfahrzeug-EVs. Diese Systeme sind vollständig von dem 12-V- oder 24-V-Hilfselektroniksystem getrennt, mit dem sich der Geschwindigkeitsbegrenzer verbindet. Der direkte Kontakt mit HV-Komponenten ist potenziell tödlich.

Die Installation von Geschwindigkeitsbegrenzern in Elektro- und Hybridfahrzeugen folgt strengen Protokollen:

• HV-Isolationsüberprüfung vor Beginn jeder Arbeit — Bestätigung, dass das HV-System entriegelt und isoliert ist, bevor in der Nähe von HV-Komponenten gearbeitet wird
• Arbeit ausschließlich innerhalb des 12-V/24-V-Hilfssystems — der Geschwindigkeitsbegrenzer verbindet sich ausschließlich mit dem Niederspannungs-Hilfsnetzwerk, nicht mit HV-Komponenten
• Bewusstsein für HV-Kabelführung — orange ummantelte HV-Kabel dürfen nicht gestört, durchgebohrt oder in deren Nähe verlegt werden. Installationskabelbäume werden so geplant, dass sie alle HV-Kabelstränge vermeiden
• Fachkundige Personen — SGH Connect Ingenieure, die an EV-Installationen arbeiten, halten oder erwerben die relevanten Qualifikationen für Arbeiten an oder in der Nähe von HV-Elektroniksystemen (z. B. IMI Level 3 Award in Electric/Hybrid Vehicle System Repair and Replacement)

Der wachsende EV-Nutzfahrzeugmarkt

Der gewerbliche EV-Markt wächst rapide. Ford Pros E-Transit, Mercedes-Benz eSprinter, Renault Master E-Tech, Stellantis e-Ducato/e-Boxer/e-Relay und Volkswagen eBurago sind nun im weitverbreiteten Flotteneinsatz. Schwere Elektro-LKW von DAF, Volvo, Mercedes-Benz (eActros), MAN und Scania treten bei Early-Adopter-Flotten in den Dienst. Elektrobusse von Alexander Dennis, Wrightbus und anderen fahren durch britische Städte.

Jede dieser Plattformen hat ihre eigene Motorcontroller-Architektur, CAN bus Implementierung und Pedalanforderungssignal-Eigenschaften. Das Ingenieurteam von AutoKontrol erweitert aktiv die EV-Kompatibilitätsdatenbank des System 80 und arbeitet direkt mit Fahrzeugherstellern zusammen, um die Schnittstellendokumentation zu erhalten, die für eine korrekte, konforme Integration erforderlich ist.

TrackSpeed für elektrische Flotten

Die Lösung TrackSpeed kombinierter Geschwindigkeitsbegrenzer und GPS-Tracking integriert System 80 Geschwindigkeitsbegrenzung mit ScorpionTrack Fleet Telematik. Für EV-Flottenoperatoren bietet TrackSpeed zusätzlichen Mehrwert:

• GPS-abgeleitete Geschwindigkeit als unabhängiger Quervergleich zur eigenen Geschwindigkeitserfassung des EV
• Live-Fahrzeugstandort und Geschwindigkeitsdaten im ScorpionTrack Fleet Portal
• Ferngeschwindigkeitslimitverwaltung für geografisch verteilte EV-Flotten
• Fahrerverhaltensüberwachung — besonders relevant, da EV-Antriebe sehr schnelle Beschleunigung ermöglichen

Um die Kompatibilität von Geschwindigkeitsbegrenzern für Ihre elektrische oder hybride Nutzfahrzeugflotte zu besprechen, fordern Sie ein Angebot vom AutoKontrol-Team an.