Kompatybilność ogranicznika prędkości z pojazdami elektrycznymi i hybrydowymi

Elektryfikacja pojazdów komercyjnych przyspiesza. Elektryczne vany, hybrydowe ciężarówki i elektryczne autobusy bateryjne przechodzą z programów pilotażowych do głównego wdrożenia flotowego. Dla operatorów flot i menedżerów transportu odpowiedzialnych za zgodność z ogranicznikiem prędkości, rodzi to pilne pytanie: czy istniejące technologie ogranicznika prędkości działają z elektrycznymi i hybrydowymi układami napędowymi, i co się zmienia, gdy silnik spalinowy nie jest już główną siłą napędową?

Odpowiedź jest taka, że ograniczniki prędkości nie tylko działają z pojazdami elektrycznymi i hybrydowymi — pod kilkoma względami integracja jest bardziej elegancka niż z konwencjonalnymi pojazdami z silnikiem ICE. Wymaga jednak zrozumienia, w jaki sposób sterowane są elektryczne układy napędowe, i specyficznych kwestii bezpieczeństwa, jakie wprowadzają systemy wysokiego napięcia.

Jak sterowane są elektryczne układy napędowe

W konwencjonalnym pojeździe z silnikiem spalinowym ogranicznik prędkości ostatecznie kontroluje moc wyjściową silnika — poprzez ograniczenie otwarcia przepustnicy, ograniczenie podaży paliwa lub ograniczenie momentu obrotowego za pomocą ECU zarządzania silnikiem. Silnik jest źródłem siły napędowej, a ograniczenie silnika ogranicza prędkość pojazdu.

W bateryjnym pojeździe elektrycznym nie ma silnika. Siła napędowa pochodzi z jednego lub więcej silników elektrycznych, napędzanych przez falownik przekształcający moc DC z pakietu baterii w sygnały AC napędzające silnik. Prędkość pojazdu jest kontrolowana przez kontroler silnika — elektroniczny system zarządzający momentem obrotowym i prędkością silnika w odpowiedzi na żądanie kierowcy.

Pedał przyspieszenia w EV nie kontroluje przepustnicy; wysyła elektroniczny sygnał żądania do kontrolera silnika. Ten sygnał żądania — który może być prostym analogowym napięciem 0-5V, sygnałem PWM lub wiadomością CAN bus w zależności od architektury pojazdu — jest tym, co kontroler silnika przekłada na moment obrotowy silnika.

Dla ogranicznika prędkości jest to strukturalnie bardzo podobne do pojazdu ICE z układem drive-by-wire. Technologia ogranicznika prędkości drive-by-wire stosowana w Systemie 80 przechwytuje sygnał żądania pedału i modyfikuje go, gdy pojazd zbliża się do zaprogramowanego limitu prędkości. Niezależnie od tego, czy sygnał żądania trafia do ECU silnika czy kontrolera silnika elektrycznego, zasada interwencji jest taka sama.

Integracja CAN bus z platformami EV

Nowoczesne elektryczne pojazdy komercyjne używają sieci CAN bus zawierających dane specyficzne dla EV obok bardziej konwencjonalnych danych pojazdu. Podstawowy standard J1939 stosowany w ciężkich pojazdach komercyjnych został rozszerzony o parametry EV, w tym:

• Stan naładowania baterii (SoC)
• Żądanie momentu obrotowego kontrolera silnika i rzeczywisty moment
• Prędkość i temperatura silnika
• Status hamowania regeneratywnego
• Status i kody usterek systemu wysokiego napięcia

W przypadku ogranicznika prędkości CAN bus, źródło danych prędkości w EV jest funkcjonalnie równoważne z pojazdem ICE — prędkość pojazdu jest dostępna jako parametr CAN bus (zazwyczaj z kontrolera silnika lub czujników prędkości kół) z taką samą dokładnością i częstotliwością aktualizacji. Polecenie sterowania prędkością (TSC1 dla pojazdów J1939) może być używane do żądania limitu momentu od kontrolera silnika w taki sam sposób, w jaki żądałoby limitu momentu od ECU silnika w pojeździe z napędem Diesla, pod warunkiem że kontroler silnika jest skonfigurowany do jego przyjmowania.

Nie wszystkie kontrolery silników EV przyjmują zewnętrzne żądania sterowania prędkością TSC1 — różni się to w zależności od producenta i modelu pojazdu. Inżynierowie AutoKontrol weryfikują możliwość sterowania CAN bus dla każdej nowej platformy EV dodawanej do bazy danych kompatybilności Systemu 80. Tam gdzie TSC1 nie jest obsługiwany, stosowane jest alternatywne podejście — przechwytywanie sygnału żądania pedału przed dotarciem do kontrolera silnika.

Szczegółowe informacje na temat integracji CAN bus zawiera nasz przewodnik po interfejsie CAN bus ogranicznika prędkości.

Kwestie dotyczące pojazdów hybrydowych

Hybrydowe pojazdy komercyjne — w tym łagodne hybrydy, pełne hybrydy i hybrydy plug-in — stwarzają dodatkową złożoność, ponieważ łączą układy napędowe ICE i elektryczne. Ogranicznik prędkości musi zarządzać prędkością pojazdu niezależnie od tego, który układ napędowy w danym momencie dostarcza siłę napędową.

W pełnej hybrydzie operującej w trybie tylko elektrycznym, sterowanie prędkością musi być stosowane do kontrolera silnika. W trybie ICE lub trybie hybrydowym, sterowanie może być konieczne do zastosowania wobec ECU silnika, kontrolera silnika lub obu jednocześnie. Jednostka sterowania hybrydą pojazdu (HCU) koordynuje dystrybucję mocy między dwoma układami napędowymi i jest odpowiednim punktem integracji dla ogranicznika prędkości w złożonych architekturach hybrydowych.

Niektóre hybrydowe pojazdy komercyjne — szczególnie łagodne hybrydy — używają silnika elektrycznego głównie do wspomagania momentu obrotowego przy niskich prędkościach i funkcji rozruchu/zatrzymania silnika. Przy prędkościach, przy których ograniczanie prędkości jest istotne (zazwyczaj powyżej 50 km/h), pojazdy te operują głównie na ICE, co sprawia, że integracja jest prosta.

W przypadku hybryd plug-in z pełnymi możliwościami zasięgu elektrycznego, integracja CAN bus kontrolera silnika jest kluczowa. Ogranicznik prędkości musi pozostać skuteczny niezależnie od tego, czy kierowca wybiera tryb EV, tryb hybrydowy, czy tryb podtrzymania ładowania.

Hamowanie regeneratywne a interakcja ogranicznika prędkości

Hamowanie regeneratywne jest definiującą cechą pojazdów elektrycznych i hybrydowych. Gdy kierowca zdejmuje nogę z pedału przyspieszenia, kontroler silnika odwraca rolę silnika — działa jako generator, przekształcając energię kinetyczną z powrotem w energię elektryczną i spowalniając pojazd.

Dla ogranicznika prędkości, ta interakcja jest ogólnie korzystna na odcinkach wznoszących — hamowanie regeneratywne dodaje do efektu spowalniającego, gdy żądanie przepustnicy jest zmniejszone. Na odcinkach zjazdowych jednak ma zastosowanie ważne rozróżnienie: ogranicznik prędkości kontroluje prędkość pojazdu poprzez ograniczenie mocy napędowej, a nie poprzez stosowanie hamulców. Jest to jednakowo prawdziwe dla pojazdów EV i ICE.

Jeśli pojazd jedzie w dół zbocza i grawitacja przyspiesza go powyżej limitu prędkości, ani konwencjonalny ogranicznik prędkości, ani ogranicznik prędkości EV nie mogą tego zapobiec samą kontrolą przepustnicy/silnika. Kontroler silnika w EV może automatycznie stosować hamowanie regeneratywne w celu utrzymania ustawionej prędkości — niektóre platformy EV zawierają tę funkcję jako natywną — ale jest to funkcja własnego systemu sterowania EV, a nie ogranicznika prędkości.

Tam gdzie kontroler silnika EV obsługuje aktywne utrzymanie prędkości (łącząc hamowanie regeneratywne ze sterowaniem prędkością), ogranicznik prędkości może zlecać tę funkcję przez CAN bus. Stanowi to rzeczywistą przewagę możliwości ograniczników prędkości EV nad odpowiednikami ICE, gdzie ogranicznik prędkości nie może aktywnie stosować hamulców tarciowych.

Kwestie bezpieczeństwa wysokiego napięcia

Pojazdy elektryczne i hybrydowe zawierają systemy wysokiego napięcia — zazwyczaj 400V lub 800V DC w nowoczesnych komercyjnych EV. Systemy te są całkowicie oddzielone od pomocniczego systemu elektrycznego 12V lub 24V, do którego podłącza się ogranicznik prędkości. Bezpośredni kontakt z komponentami WN jest potencjalnie śmiertelny.

Instalacja ogranicznika prędkości w pojazdach elektrycznych i hybrydowych przestrzega ścisłych protokołów:

• Weryfikacja izolacji WN przed rozpoczęciem jakichkolwiek prac — potwierdzenie odenergetyzowania i izolacji systemu WN przed pracą w obszarach w pobliżu komponentów WN
• Praca wyłącznie w pomocniczym systemie 12V/24V — ogranicznik prędkości łączy się wyłącznie z niskonapięciową siecią pomocniczą, nie z żadnymi komponentami WN
• Świadomość prowadzenia kabli WN — kable WN w pomarańczowych osłonach nie mogą być zakłócane, wiercone ani prowadzone w pobliżu. Wiązki instalacyjne są planowane tak, aby unikać wszystkich prowadzeń kabli WN
• Osoby kompetentne — inżynierowie SGH Connect pracujący przy instalacjach EV posiadają lub zdobywają odpowiednie kwalifikacje do pracy przy systemach elektrycznych WN (np. Nagroda IMI 3. poziomu w zakresie naprawy i wymiany systemów pojazdów elektrycznych/hybrydowych)

Rosnący rynek komercyjnych pojazdów elektrycznych

Rynek komercyjnych EV rośnie szybko. Ford Pro E-Transit, Mercedes-Benz eSprinter, Renault Master E-Tech, Stellantis e-Ducato/e-Boxer/e-Relay i Volkswagen eBurago są teraz w powszechnym użytku flotowym. Cięższe elektryczne ciężarówki od DAF, Volvo, Mercedes-Benz (eActros), MAN i Scania wchodzą do służby we flotach wcześnie adoptujących technologię. Elektryczne autobusy od Alexander Dennis, Wrightbus i innych operują w miastach Wielkiej Brytanii.

Każda z tych platform ma własną architekturę kontrolera silnika, implementację CAN bus i charakterystykę sygnału żądania pedału. Zespół inżynierów AutoKontrol aktywnie rozszerza bazę danych kompatybilności EV Systemu 80, angażując się bezpośrednio z producentami pojazdów w celu uzyskania dokumentacji interfejsu wymaganej do prawidłowej, zgodnej integracji.

TrackSpeed dla flot elektrycznych

Rozwiązanie TrackSpeed — połączony ogranicznik prędkości i śledzenie GPS integruje ograniczanie prędkości Systemu 80 z telematyką ScorpionTrack Fleet. Dla operatorów flot EV, TrackSpeed zapewnia dodatkową wartość:

• Prędkość wyprowadzona z GPS jako krzyżowe odniesienie niezależne od własnego raportowania prędkości EV
• Dane lokalizacji i prędkości pojazdu na żywo na portalu ScorpionTrack Fleet
• Zdalne zarządzanie limitami prędkości dla geograficznie rozproszonych flot EV
• Monitorowanie zachowania kierowcy — szczególnie istotne, ponieważ układy napędowe EV umożliwiają bardzo szybkie przyspieszanie

Aby omówić kompatybilność ogranicznika prędkości dla swojej floty elektrycznych lub hybrydowych pojazdów komercyjnych, poproś o wycenę od zespołu AutoKontrol.