Das Geheimnis von Brake-by-Wire

(Motorsport-Total.com) - Formel-1-Autos besitzen zwei Pedale: Das Gaspedal hat einen Weg von 50 Millimetern zurückzulegen, während das Bremspedal nur 10 Millimeter Spielraum hat.

© Craig Scarborough

Das Fly-by-Wire-System hat sich in den vergangenen Jahren bewährt Zoom

In den alten Zeiten gab es ein Gaskabel, das das Pedal mit dem Motor verbunden hat. Dieses wurde allerdings durch das Fly-by-Wire-System abgelöst. In diesem Jahr wurden im Zuge der großen Reglementänderungen mit den neuen "grünen" 1,6-Liter-Turbomotoren auch Fly-by-Wire-Hinterradbremsen eingeführt.

Um die Brake-by-Wire-Technologie zu verstehen, müssen wir zunächst einen Blick auf die etablierte Fly-by-Wire-Technolgie werfen.

So funktioniert Fly-by-Wire

Das Gaspedal ist nun ein "Drehmoment-Kontrollpedal" und wird gesteuert, den Drehmoment-Level an den Hinterrädern zu liefern. 2014 kann dieses Drehmoment aus einer Kombination der neuen 1,6-Liter-V6-Turbomotoren und den Energierückgewinnungssystemen produziert werden, und ist somit kompliziert als zuvor.

Verbunden mit dem Drehmoment-Kontrollpedal ist ein positionsempfindlicher Potentiometer. Dieser kann ein linearer oder ein Drehpotentiometer sein, der je nach Position verschiedene Level an elektrischen Signalen zur Steuereinheit schickt. Dieses Signal wird verarbeitet, und wenn - zum Beispiel - Benzin gespart werden muss, dann verlangt die Drehmoment-Kennlinie (Torque Map; in die elektronische Kontrolleinheit eingebettet) vielleicht nur das elektrische Drehmoment von der Batterie, bis es das maximal verfügbare elektrische Drehmoment erreicht hat.

Danach wird ein Befehl an das Hydraulik-Steuerventil gesendet. Dieses öffnet sich und schickt eine Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit an einen Auslöser, der mit dem Motor-Drosselklappensystem verbunden ist. Dieser Auslöser wird das Drosselventil öffnen, und dessen Position wird durch einen weiteren Potentiometer überwacht werden.

Diese elektrischen Signale werden zurück an die elektronische Steuereinheit (ECU) geschickt, und wenn die Position mit dem Auftrag des Fahrers übereinstimmt, dann wird das Hydraulikventil das Gas in der Position halten. Diese Systeme arbeiten sehr schnell und besitzen eine Reaktionszeit in der Region von 0,001 Sekunden.

Aus Sicherheitsgründen wird es einen Positionssensor am Ende jeder Betätigung des Drehmoment-Kontrollpedals geben, falls irgendetwas mit dem Potentiometer des Pedals schiefgehen sollte. Jedes Mal, wenn das Drehmoment-Kontrollpedal an irgendeinem Ende der Bewegung ist, wird ein Check durchgeführt, der sicherstellt, dass die Systeme noch vollständig übereinstimmen.

So funktioniert Brake-by-Wire

Im Gegensatz zur Gaseinstellung ist das Fly-by-Wire Hinterradbremssystem druckempfindlich. Ein Standard-Bremssystem in der Formel 1 besteht aus vier Bremssatteln, einer in jeder Ecke des Autos, und zwei Hauptzylindern, von denen einer mit den Vorderradsatteln und der andere mit den Hinterradsatteln verbunden ist.

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Brake-by-Wire ist eine in diesem Jahr erstmal auftauchende Technologie Zoom

Die Hauptzylinder sind mittels eines Aeroquip-Leitsystems mit den Satteln verbunden. Je kleiner die Leitung, desto langsamer der Fluss, aber desto steifer das System, wenn der Fahrer den Druck auf das Bremspedal bringt. Dieser Druck kann auf dem Bremspedal bis zu 180 Kilogramm betragen.

Das Bremspedal ist über die sogenannte Balance-Bar mit den Hauptzylindern verbunden. Dies ist eine Stange, bei der die Enden mit den Schubstangen der Hauptzylinder verbunden sind, und auf dessen Mitte das Bremspedal drückt. Der Fahrer kann die Bremsbalance dadurch verstellen, indem er den Punkt verschiebt, an dem das Pedal auf die Balance-Bar drückt. Wenn er es näher an den vorderen Hauptzylinder bewegt, dann bekommt er vorne mehr Bremsdruck und umgekehrt. Das passiert durch einen Schalthebel im Cockpit, der mit einem Kabel mit der Balance-Bar verbunden ist.

Das Brake-by-Wire-System wurde eingeführt, weil sich die potenzielle Speicherung (die Batterien durch das Rückgewinnungssystem aufzuladen, wäre beim Bremsen sonst verschwendet) verdoppelt hat. Es gibt also viel mehr Rückdrehmoment von der Hinterachse bei der Speicherung als noch 2013. Das würde die Bremsbalance und die Stabilität des Autos zerstören, wenn der Fahrer irgendwelche Veränderungen bei diesem Level der Speicherung vornehmen würde.

Um dieses System zu erschaffen, wurde die Leitung zwischen dem hinteren Hauptzylinder und dem T-Stück, das die Flüssigkeit, die zu jedem hinteren Sattel geflossen ist, getrennt hat, entfernt. Ein Drucksensor ist an den Hauptzylinder gekoppelt und misst den Druck, den der Fahrer auf das Bremspedal gibt, und schickt ihn an die ECU. Das kann eine Spannweite von null bar bis 100 bar umfassen.

Die ECU wird auch den Level an Energiespeicherung kennen, den der Fahrer beim Bremsen verlangt, um die Batterie aufzuladen. Dieser wird über eine Skala auf dem Lenkrad mit ungefähr zehn Positionen signalisiert. Diese zwei Signale werden kombiniert, und der Druck an der Hinterradbremse, der für die verlangte Bremsbalance nötig ist, wird definiert.

Der Druck wird durch das Öffnen eines Hydraulik-Steuerventils erreicht, der eine Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit durch lässt. Dieses Ventil wird in der Nähe des Hecks an den Leitungen befestigt, die normalerweise die Bremsflüssigkeit zu den Hinterradbremsen leiten. An den Leitungen wird sich ebenfalls ein Drucksensor befinden, der den neu verlangten Druck an der hinteren Bremse überwacht. Das Hydraulikventil würde sich dann hin und her bewegen, um den gewünschten Druck aufrecht zu erhalten und so die korrekte Bremsbalance einzustellen.

Die Kraft des Fahrers auf dem Bremspedal wird niemals einen stabilen Druck in den Hauptzylindern erschaffen, daher wird sich das Hydraulikventil immer öffnen und schließen, um den variierenden Druck aufrecht zu erhalten und eine stabile Bremsbalance zu ermöglichen.

Dennoch hat der Fahrer weiterhin die Möglichkeit, die Bremsbalance je nach Verlangen zu verändern. Alles, was das Fly-by-Wire-System macht, ist den vom Fahrer gewünschten hinteren Bremsdruck zu nehmen, und ihn um den Level des negativen Drehmoments, den die Batteriespeicherung verlangt, zu reduzieren. So kommt am Ende die gewünschte Bremsbalance für ein stabiles Anbremsen und einen stabilen Kurveneingang.