Frenar para ganar más…
Los vehículos eléctricos de batería plantean nuevas exigencias al chasís, sobre todo en lo que respecta al frenado y la recuperación. Los ingenieros de Porsche están trabajando en nuevos conceptos de distribución de la fuerza de frenado que permitan una mejor recuperación sin comprometer la comodidad.
La electrificación plantea dos retos a los fabricantes de chasises: por un lado, las baterías hacen que los vehículos sean más pesados; por otro, los vehículos suelen mostrar una mejor dinámica de conducción. Ambos factores suelen requerir un sistema de freno hidráulico más potente. Sin embargo, esto reduce la eficiencia y sacrifica la autonomía porque aumenta el peso y se dispara el consumo.
El Porsche Taycan se las arregla sin un sistema de frenos más grande, gracias a la recuperación: en cuanto el conductor pisa el pedal de freno, los motores eléctricos pasan al modo de generación. Una vez que lo hacen, ya no son los motores los que impulsan las ruedas, sino al revés. Esto frena el vehículo y, al mismo tiempo, genera electricidad que puede utilizarse para cargar la batería. Lo que es crucial para los desarrolladores del chasises es que la recuperación no requiere que el freno se haga más grande a pesar del aumento de la dinámica de conducción. Por tanto, el sistema de freno no repercute negativamente en la autonomía.
En el Taycan, noventa por ciento de las veces que el conductor frena en situaciones cotidianas, puede hacerlo utilizando únicamente energía eléctrica, es decir, sin la intervención del sistema hidráulico. Este último solo se utiliza a velocidades inferiores a cinco kilómetros por hora, cuando los motores eléctricos no alcanzan a desarrollar suficiente potencia de frenado. Además, el freno de fricción interviene cuando los motores eléctricos no tienen suficiente potencia de deceleración, por ejemplo, al frenar a fondo desde altas velocidades. El Taycan Turbo S puede generar hasta 290 kW de energía eléctrica durante el frenado. Con este nivel de potencia, dos segundos de deceleración bastan para generar electricidad para recorrer unos 700 metros. En general, la recuperación aumenta la autonomía hasta un treinta por ciento.
Uno de los principales retos técnicos en el desarrollo de chasises para vehículos eléctricos de batería (BEV) es la mezcla. Esta se produce cuando se combinan el frenado regenerativo y el hidráulico. “El conductor no debe sentir la transición entre ambos sistemas”, dijo Martin Reichenecker, director de pruebas de chasís de Porsche Engineering.
Ulli Traut, desarrollador de funciones e ingeniero de integración de frenado regenerativo en Porsche AG.
Garantizar una transición suave plantea grandes exigencias a la tecnología, porque los sistemas de frenado funcionan de forma diferente. Mientras que un motor eléctrico proporciona siempre el mismo par de frenado, el par de su homólogo hidráulico puede variar cada vez debido a influencias ambientales como la temperatura y la humedad. Por tanto, puede darse el caso de que la potencia hidráulica de frenado difiera de la eléctrica en el punto de transición. En este caso, el conductor lo percibe como una sacudida.
Calibración de frenos
Porsche ha desarrollado algoritmos para el Taycan que evitan que esto ocurra. Supervisan continuamente el sistema hidráulico. Durante cada proceso de carga, el freno se calibra para determinar la relación actual entre el recorrido y la fuerza del pedal de freno. Esto permite al algoritmo estimar cuánta potencia suministrará el sistema hidráulico la próxima vez que el vehículo frene, y desplegarla con precisión para que la transición al modo de recuperación sea suave.
En los vehículos, la potencia de frenado suele estar desigualmente repartida. Dos tercios de ella la proporciona el eje delantero y un tercio el trasero. La misma proporción aplica al sistema eléctrico del Taycan. El motor eléctrico delantero proporciona dos tercios de la potencia de frenado, el trasero un tercio, aunque el motor trasero es más grande y en teoría podría contribuir (y recuperar) más. Este potencial podría aprovecharse variando la distribución de la fuerza de frenado entre los ejes. En este contexto, es importante señalar que, por razones de estabilidad de marcha, la contribución máxima del eje trasero debe limitarse en función de la situación para garantizar una reserva de estabilidad suficiente. “El motor eléctrico que puede absorber la mayor cantidad de energía proporcionaría entonces el mayor par de frenado”, dijo Ulli Traut, desarrollador de funciones e ingeniero de integración de frenado regenerativo en Porsche AG.
Canal de distribución
Al igual que ocurre con la interacción entre los frenos hidráulicos y los frenos generativos, los cambios de fuerza no deben comprometer la comodidad del conductor ni de los pasajeros. Una solución sería tener dos algoritmos funcionando al mismo tiempo. El primero analiza la situación de conducción y propone un ‘canal’ en el que la fuerza de frenado sea distribuida de forma óptima entre los ejes delantero y trasero, basándose en los datos del banco de pruebas. Un segundo algoritmo selecciona una distribución que se adapte a la situación actual de conducción a partir del ‘canal’ más eficiente. Según el experto Traut, esta solución garantizaría una deceleración ideal y aportaría una “importante ganancia de autonomía”.