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섀시 개발자는 두 가지 측면에서 전기화 문제를 겪고 있습니다. 배터리는 차량을 더 무겁게 만들지 만 다른 한편으로 차량은 종종 더 나은 주행 역학을 나타냅니다. 이 두 가지 요소는 일반적으로 더 강력한 유압식 휠 브레이크를 필요로 합니다. 그러나 이것은 무게가 증가하고 소비가 증가하기 때문에 효율성을 줄이고 범위를 희생합니다.
Porsche Taycan은 회복 덕분에 더 큰 브레이크 시스템 없이도 잘 지냅니다. 운전자가 브레이크 페달을 밟는 즉시 전기 모터가 발전 모드로 전환됩니다. 일단 그렇게 되면 바퀴를 구동하는 것은 더 이상 모터가 아니라 그 반대입니다. 이것은 차량을 제동하는 동시에 배터리를 충전하는 데 사용할 수 있는 전기를 생성합니다. 섀시 개발자에게 중요한 것은 회복을 위해 드라이빙 다이내믹이 증가함에도 불구하고 브레이크를 더 크게 만들 필요가 없다는 것입니다. 따라서 브레이크는 범위에 부정적인 영향을 미치지 않습니다.
Taycan에서는 일상적인 상황에서 운전자가 제동을 거는 시간의 90percent가 유압 시스템 없이 전력만으로 가능합니다. 후자는 전기 모터가 거의 제동력을 발휘하지 못하는 5km/h 미만의 속도에서만 사용됩니다. 또한 마찰 브레이크는 전기 모터의 감속력이 충분하지 않을 때(예: 고속에서 완전 제동하는 동안) 작동합니다. 타이칸 터보 S (전력 소비* 복합(WLTP) 23.4~21.9kWh/100km, CO₂ 배출량* 복합(WLTP) 0g/km, 전기 레인지* 복합(WLTP) 440~468km, 시내 전기 레인지* (WLTP) 524 – 573km)는 제동 중에 최대 290kW의 전력을 생성할 수 있습니다. 이 전력 수준에서 2초의 감속은 약 700미터를 주행할 수 있는 전기를 생성하기에 충분합니다. 전반적으로 회복은 범위를 최대 30percent까지 증가시킵니다.
배터리 전기 자동차(BEV)용 섀시 개발의 주요 기술 과제 중 하나는 회생 및 유압 제동이 결합되는 블렌딩입니다. “운전자는 시스템 간의 전환을 느껴서는 안 됩니다.”라고 Porsche Engineering의 섀시 테스트 수석 관리자인 Martin Reichenecker는 강조합니다.
제동 시스템이 다르게 작동하기 때문에 부드러운 전환을 보장하려면 기술이 많이 요구됩니다. 전기 모터는 항상 동일한 제동 토크를 제공하지만 유압식 토크는 온도 및 습도와 같은 환경적 영향으로 인해 매번 달라질 수 있습니다. 따라서 전환 지점에서 유압 제동력이 전기 제동력과 다른 경우가 있을 수 있습니다. 운전자는 이것을 충격으로 느낍니다.
브레이크 보정
Porsche는 이러한 일이 발생하지 않도록 방지하는 Taycan용 알고리즘을 개발했습니다. 그들은 유압 시스템을 지속적으로 모니터링합니다. 각 충전 프로세스 동안 브레이크는 브레이크 페달 힘에 대한 브레이크 페달 이동의 현재 비율을 결정하기 위해 보정됩니다. 이를 통해 알고리즘은 다음에 차량이 제동되었을 때 유압 시스템이 제공할 동력의 양을 추정하고 회복 모드로의 전환이 원활하게 유지되도록 정확하게 배치할 수 있습니다.
차량에서 제동력은 일반적으로 불균등하게 분배됩니다. 제동력의 2/3는 프론트 액슬에서, 1/3은 리어 액슬에서 제공됩니다. 동일한 비율이 타이칸의 전기 시스템에 적용됩니다. 전면 전기 모터는 제동력의 2/3를 제공하고 후면 전기 모터는 1/3을 제공합니다. 하지만 후면 모터가 더 크고 이론적으로 더 많은 기여(및 회복)를 할 수 있습니다. 이 잠재력은 차축 사이의 제동력 분포를 변경하여 활용할 수 있습니다. 이와 관련하여 주행 안정성을 위해 충분한 안정성 예비를 보장하기 위해 상황에 따라 최대 리어 액슬 기여도를 제한해야 한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. “가장 많은 에너지를 흡수할 수 있는 전기 모터는 가장 큰 제동 토크를 제공할 것입니다.”라고 Porsche AG의 회생 제동 기능 개발자이자 통합 엔지니어인 Ulli Traut는 설명합니다.
유통회랑
유압 브레이크와 제너레이티브 브레이크 간의 상호 작용과 마찬가지로 힘의 변화가 운전자나 승객의 편안함을 저해해서는 안 됩니다. 한 가지 해결책은 두 개의 알고리즘을 동시에 작동시키는 것입니다. 첫 번째는 주행 상황을 분석하고 테스트 벤치 데이터를 기반으로 제동력이 앞차축과 뒤차축 사이에 최적으로 분배되는 ‘통로’를 제안합니다. 두 번째 알고리즘은 가장 효율적인 ‘통로’에서 현재 주행 상황에 맞는 분포를 선택합니다. 전문가 Traut에 따르면 이 솔루션은 이상적인 감속을 보장하고 “범위에서 상당한 이득”을 가져올 것입니다.
지금까지 자동차 공학의 브레이크는 그 자체로 비교적 고립된 시스템이었습니다. 전동 장치, 전력 전자 장치 및 배터리와 같이 차량의 더 많은 부품이 감속에 관여하기 때문에 전기 자동차에서는 이러한 상황이 바뀌었습니다. 또한 브레이크는 계기판에 자체 디스플레이가 있습니다. 이 모든 것에는 섀시 개발자의 더 많은 학제 간 작업이 필요합니다. 예를 들어 브레이크 작업을 하는 엔지니어는 미래에 변속기 작업을 하는 동료들과 더 긴밀하게 협의해야 합니다. 리어 액슬).
이것은 부하 용량에 대한 새로운 요구 사항을 생성하지만 Reichenecker가 지적한 것처럼 “개발자에게는 완전히 새로운 자유도가 있습니다.”라고 지적한 것처럼 새로운 기회도 제공합니다. 프론트 액슬과 리어 액슬 사이의 제동력 분배를 변수로 만드는 잠재적 기능이 가장 좋은 예라고 그는 말합니다. Reichenecker는 섀시와 드라이브 구성 요소에 대한 기술이 계속 통합될 것으로 예상합니다. “미래 아키텍처에서는 대부분의 소프트웨어 기능이 아마도 단일 제어 장치에 통합될 것입니다.”
운전과 관련하여 일부 전기 자동차 제조업체는 원 페달 운전으로 알려진 것에 집중하고 있습니다. 원칙은 운전자가 페달에서 발을 떼면 차량이 즉시 에너지를 회복하기 시작하고 극단적인 경우 브레이크가 너무 세게 작동하여 브레이크 표시등이 켜진다는 것입니다. 이것은 대부분의 상황에서 자동차가 실제로 하나의 페달로 구동될 수 있음을 의미합니다.
반면에 포르쉐는 무동력으로 차량이 계속 굴러가도록 하는 보다 자연스러운 과정인 코스팅을 사용합니다. 브레이크 페달을 밟아야 회복이 시작됩니다. “이것은 차량의 운동 에너지를 유지하기 때문에 보다 효율적인 운전 방법입니다.”라고 Reichenecker는 말합니다. 반면 원페달 주행은 먼저 회복한 다음 회복된 에너지를 다시 추진력으로 변환합니다. “그 결과 두 배의 손실이 발생합니다.”
브레이크 마모 감소
회복의 또 다른 긍정적인 효과는 유압 브레이크의 마모가 적다는 것입니다. “브레이크 패드는 마모가 아닌 노후화로 인해 교체해야 할 것으로 예상됩니다.”라고 Traut는 추측합니다. 브레이크 디스크를 깨끗하게 유지하기 위해 Taycan용 기능이 개발되었습니다. 이제는 덜 자주 사용됩니다. 차량은 전기 모터 없이 유압 시스템만 사용하여 일정한 간격으로 제동하여 디스크에서 먼지를 제거합니다. EU는 미래에 더 적은 미립자를 방출하기 위해 브레이크를 계획하고 있기 때문에 이것은 미래에 상당한 이점이 될 수 있습니다. 2025년에 발효될 예정인 새로운 Euro 7 배출 기준은 브레이크 마모에 대한 제한이 설정되는 최초의 사례가 될 것입니다. 이렇게 하면 제동할 때마다 10회 중 9회만 전기를 사용하는 Taycan과 같은 전기 자동차가 좋은 출발 위치에 놓일 것입니다.
정보
Porsche Engineering Journal, 2023년 1월호에 처음 게시된 텍스트
글: 콘스탄틴 길리스
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