Compatibilidade de Limitadores de Velocidade com Veículos Elétricos e Híbridos

A eletrificação dos veículos comerciais está a acelerar. As carrinhas elétricas, os camiões híbridos e os autocarros elétricos a bateria estão a passar de programas-piloto para a implementação em frotas tradicionais. Para os operadores de frotas e gestores de transporte responsáveis pela conformidade dos limitadores de velocidade, isto levanta uma questão urgente: as tecnologias de limitadores de velocidade existentes funcionam com transmissões elétricas e híbridas, e o que muda quando o motor de combustão interna já não é a força motriz principal?

A resposta é que os limitadores de velocidade não apenas funcionam com veículos elétricos e híbridos — em vários aspetos, a integração é mais elegante do que com veículos ICE convencionais. Mas requer uma compreensão de como são controladas as transmissões elétricas e das considerações específicas de segurança que os sistemas de alta tensão introduzem.

Como São Controladas as Transmissões Elétricas

Num veículo convencional com motor de combustão interna, o limitador de velocidade controla em última análise a saída do motor — restringindo a abertura do acelerador, limitando o fornecimento de combustível ou limitando o binário através do ECU de gestão do motor. O motor é a fonte de força motriz, e limitar o motor limita a velocidade do veículo.

Num veículo elétrico a bateria, não há motor de combustão. A força motriz provém de um ou mais motores elétricos, acionados por um inversor que converte a energia CC da bateria em correntes AC que acionam o motor. A velocidade do veículo é controlada pelo controlador do motor — o sistema eletrónico que gere o binário e a velocidade do motor em resposta à exigência do condutor.

O pedal do acelerador num VE não controla um acelerador; envia um sinal eletrónico de exigência ao controlador do motor. Este sinal de exigência — que pode ser uma tensão analógica simples de 0–5V, um sinal PWM ou uma mensagem CAN bus dependendo da arquitetura do veículo — é o que o controlador do motor traduz em binário do motor.

Para um limitador de velocidade, esta situação é estruturalmente muito semelhante a um veículo ICE drive-by-wire. A tecnologia de limitador de velocidade drive-by-wire utilizada no System 80 interceta o sinal de exigência do pedal e modifica-o quando o veículo se aproxima do seu limite de velocidade programado. Quer o sinal de exigência vá para um ECU de motor ou para um controlador de motor, o princípio de intervenção é o mesmo.

Integração CAN Bus com Plataformas EV

Os veículos comerciais elétricos modernos utilizam redes CAN bus que transportam dados específicos de VE juntamente com dados de veículo mais convencionais. A norma J1939 principal utilizada para veículos comerciais pesados foi alargada para acomodar parâmetros EV, incluindo:

• Estado de carga da bateria (SoC)
• Pedido de binário do controlador do motor e binário real
• Velocidade e temperatura do motor
• Estado da travagem regenerativa
• Estado e códigos de avaria do sistema de alta tensão

Para um limitador de velocidade CAN bus, a fonte de dados de velocidade num VE é funcionalmente equivalente a um veículo ICE — a velocidade do veículo está disponível como parâmetro CAN bus (tipicamente do controlador do motor ou sensores de velocidade das rodas) com a mesma precisão e taxa de atualização. O comando de controlo de velocidade (TSC1 para veículos J1939) pode ser utilizado para solicitar um limite de binário ao controlador do motor da mesma forma que solicitaria um limite de binário a um ECU de motor num veículo a gasóleo, desde que o controlador do motor esteja configurado para o aceitar.

Nem todos os controladores de motor EV aceitam pedidos de controlo de velocidade TSC1 externos — isto varia por fabricante e modelo de veículo. Os engenheiros da AutoKontrol verificam a capacidade de controlo CAN bus para cada nova plataforma EV adicionada à base de dados de compatibilidade do System 80. Quando o TSC1 não é suportado, é utilizada a abordagem alternativa — intercetar o sinal de exigência do pedal antes de chegar ao controlador do motor.

Para informações de fundo detalhadas sobre a integração CAN bus, consulte o nosso guia sobre a interface CAN bus de limitadores de velocidade.

Considerações sobre Veículos Híbridos

Os veículos comerciais híbridos — incluindo híbridos ligeiros, híbridos completos e híbridos plug-in — apresentam complexidade adicional porque combinam transmissões ICE e elétricas. O limitador de velocidade deve gerir a velocidade do veículo independentemente de qual a transmissão que contribui para a força motriz em qualquer momento.

Num híbrido completo a funcionar em modo apenas elétrico, o controlo de velocidade deve ser aplicado ao controlador do motor. No modo ICE ou no modo híbrido, o controlo pode ter de ser aplicado ao ECU do motor, ao controlador do motor ou a ambos simultaneamente. A unidade de controlo híbrido (HCU) do veículo coordena a distribuição de energia entre as duas transmissões e é o ponto de integração adequado para um limitador de velocidade em arquiteturas híbridas complexas.

Alguns veículos comerciais híbridos — particularmente os híbridos ligeiros — utilizam o motor elétrico principalmente para assistência de binário a baixas velocidades e para as funções de arranque/paragem do motor. A velocidades onde a limitação de velocidade é relevante (tipicamente acima de 50 km/h), estes veículos estão a funcionar principalmente no ICE, tornando a integração direta.

Para plug-in híbridos com capacidades de alcance totalmente elétrico, a integração CAN bus do controlador do motor é fundamental. O limitador de velocidade deve permanecer eficaz independentemente de o condutor selecionar o modo VE, o modo híbrido ou o modo de sustentação de carga.

Travagem Regenerativa e Interação com o Limitador de Velocidade

A travagem regenerativa é uma característica definidora dos veículos elétricos e híbridos. Quando o condutor levanta o pé do acelerador, o controlador do motor inverte o papel do motor — atua como gerador, convertendo energia cinética de volta em energia elétrica e desacelerando o veículo.

Para um limitador de velocidade, esta interação é geralmente benéfica em secções de subida — a travagem regenerativa acrescenta-se ao efeito de desaceleração quando a exigência do acelerador é reduzida. Nas descidas, porém, aplica-se uma distinção importante: um limitador de velocidade controla a velocidade do veículo limitando a força motriz, não aplicando travões. Isto é igualmente verdade para veículos EV e ICE.

Se um veículo estiver a descer uma inclinação e a gravidade o estiver a acelerar além do limite de velocidade, nem um limitador de velocidade convencional nem um limitador de velocidade EV conseguem evitar isto apenas com o controlo do acelerador/motor. O controlador do motor num VE pode aplicar automaticamente a travagem regenerativa para manter uma velocidade definida — algumas plataformas EV incluem isto como uma funcionalidade nativa — mas esta é uma função do próprio sistema de controlo do VE, não do limitador de velocidade.

Quando o controlador do motor de um VE suporta a manutenção ativa da velocidade (combinando travagem regenerativa com controlo de velocidade), o limitador de velocidade pode comandar esta função via CAN bus. Isto representa uma vantagem genuína de capacidade dos limitadores de velocidade EV em relação às suas contrapartes ICE, onde o limitador de velocidade não consegue aplicar ativamente os travões de fricção.

Considerações de Segurança de Alta Tensão

Os veículos elétricos e híbridos contêm sistemas de alta tensão — tipicamente 400V ou 800V DC nos VEs comerciais modernos. Estes sistemas estão completamente separados do sistema elétrico auxiliar de 12V ou 24V ao qual o limitador de velocidade se liga. O contacto direto com componentes HV é potencialmente fatal.

A instalação de limitadores de velocidade em veículos elétricos e híbridos segue protocolos rigorosos:

• Verificação do isolamento HV antes do início de qualquer trabalho — confirmando que o sistema HV está desligado e isolado antes de trabalhar em áreas perto de componentes HV
• Trabalho apenas no sistema auxiliar de 12V/24V — o limitador de velocidade liga-se exclusivamente à rede auxiliar de baixa tensão, não a quaisquer componentes HV
• Consciência do encaminhamento dos cabos HV — os cabos HV com bainha laranja não devem ser perturbados, perfurados ou encaminhados nas proximidades. Os arneses de instalação são planeados para evitar todos os percursos de cabos HV
• Pessoas competentes — os engenheiros da SGH Connect que trabalham em instalações EV detêm ou estão a trabalhar para obter as qualificações relevantes para trabalhos em ou perto de sistemas elétricos HV (por exemplo, o Prémio de Nível 3 IMI em Reparação e Substituição de Sistemas Elétricos/Híbridos)

O Mercado Crescente de Veículos Comerciais EV

O mercado de VEs comerciais está a crescer rapidamente. O Ford Pro E-Transit, o Mercedes-Benz eSprinter, o Renault Master E-Tech, o Stellantis e-Ducato/e-Boxer/e-Relay e o Volkswagen eBurago estão agora em uso generalizado em frotas. Camiões elétricos mais pesados da DAF, Volvo, Mercedes-Benz (eActros), MAN e Scania estão a entrar ao serviço com frotas de adotantes antecipados. Os autocarros elétricos da Alexander Dennis, Wrightbus e outros estão a operar nas cidades do Reino Unido.

Cada uma destas plataformas tem a sua própria arquitetura de controlador de motor, implementação CAN bus e características de sinal de exigência do pedal. A equipa de engenharia da AutoKontrol está a alargar ativamente a base de dados de compatibilidade EV do System 80, envolvendo-se diretamente com os fabricantes de veículos para obter a documentação de interface necessária para uma integração correta e conforme.

TrackSpeed para Frotas Elétricas

A solução TrackSpeed de limitador de velocidade e rastreamento GPS combinado integra a limitação de velocidade System 80 com a telemática ScorpionTrack Fleet. Para os operadores de frotas EV, o TrackSpeed proporciona valor adicional:

• Velocidade derivada de GPS como referência cruzada independente do próprio relato de velocidade do VE
• Dados de localização e velocidade do veículo em tempo real no portal ScorpionTrack Fleet
• Gestão remota do limite de velocidade para frotas EV geograficamente dispersas
• Monitorização do comportamento do condutor — particularmente relevante dado que as transmissões EV permitem uma aceleração muito rápida

Para discutir a compatibilidade dos limitadores de velocidade para a sua frota de veículos comerciais elétricos ou híbridos, obtenha um orçamento da equipa AutoKontrol.