Bremse

Aus Prius Wiki

Version vom 20. Dezember 2009, 17:31 Uhr

Der Prius hat mehrere Bremssysteme. Im Normalbetrieb tritt, sofern nicht stark abgebremst werden muss, meistens die elektromotorische Bremsung in Funktion. Unterstützt wird die elektromotorische Bremsung bei Bedarf von der Motorbremsung, die vom Benzinmotor erzeugt wird. Wird stark abgebremst, tritt zusätzlich die mechanische Bremsung in Funktion, bei welcher die Bremswirkung in herkömmlicher Weise durch die Bremsklötze auf den Bremsscheiben erzielt wird.

Das Zusammenwirken der verschiedenen Bremssysteme wird in der Regel automatisch (elektronisch) geregelt. Der Fahrer "meldet" dem Reglersystem durch Betätigung des Bremspedals lediglich, wie stark die Bremsung sein muss.

Der durch die Pedalbetätigung erzeugte Flüssigkeitsdruck wird, ausser im Notbetrieb, nicht mechanisch zu den Radbremszylindern geleitet. Sondern der Flüssigkeitsdruck wird von zwei Hauptzylinderdrucksensoren und einem Bremspedalhubsensor erfasst, welche auf elektrischem Weg (by wire) ihre Signale der Antischlupfregelungs-ECU und der in ihr intigrierten Brems-ECU zuleiten. Diese errechnen aus Pedaldruck, aktueller Geschwindigkeit und Ladezustand der Batterie die erforderliche Bremskraft und deren Aufteilung auf die regenerative elektromotorische Bremsung und auf die mechanischen Radbremsen. Dabei wird der hydraulische Bremsdruck für jedes Rad einzeln kontrolliert. Bei der Betätigung des Bremspedals erzeugt ein hydraulischer Hubsimulator einen künstlichen Gegendruck, der nur dazu dient, den vom Fahrer bei konventionellen Fussbremsen verspürten Gegendruck zu simulieren.

Vorgehend wird der linke Bremskreis des zweikreisigen Hauptbremszylinders beschrieben. Der rechte Bremskreis ist im Normalbetrieb außer Funktion und wird über das Hauptbremszylinderabschaltventil nur bei Notbetrieb aktiviert.

Elektromotorisches Bremsen

Sofern man nur sanft bremst, wird die Bremswirkung (fast) nur durch den großen Motorgenerator MG2, der dabei als Generator tätig wird, erzeugt. Das heisst, die Bremsung erfolgt in diesem Stadium elektromotorisch (generatorisch): Der Generator gewinnt aus der Bewegungsenergie elektrische Energie. Die Kraft von deren elektromagnetischem Feld, wirkt der Drehkraft des Motors entgegen, was die Bremswirkung ergibt.

Beim elektromotorischen Bremsen wird durch den Generator Energie zurückgewonnen und in der NiMH-Batterie gespeichert (sogenannte Rekuperation). Dasselbe geschieht in geringerem Maße auch im Schiebebetrieb. Elektromotorisches Bremsen ist nur möglich, solange der Generator die erzeugte Elektrizität im Hybridakku speichern kann. Ist der Akku voll, schaltet das elektronische Bremsmanagement automatisch auf mechanische Bremsung um. Dasselbe geschieht auch bei nicht vollem Akkku, in dem Umfange als die aufzunehmende Bremsenergie die Kapazität des Generators übersteigt, was bei stärkerem Bremsen der Fall ist. Bei stärkerem Bremsen werden die mechanischen Bremsen zusätzlich(!) benutzt. Dann bremst bei beiden Modellen der MG2 mit maximaler Kraft und zusätzlich die hydraulische Anlage konventionell durch Umwandlung der Fahrenergie in Wärme.

Vom Übergang rein-elektromotorischem zu elektomotorischem und mechanischem Bremsen merkt man nichts, da der Übergang völlig gleichmäßig ist, man hört es höchstens.

• Beim Prius I ist das Verhältnis Energieabsorption E-Bremse zu mechanischer Bremse ungefähr 80:20, d.h. auch leichtes Bremsen benutzt etwas die Scheibenbremsen und Beläge.
• Beim Prius II ist das Verhältnis nahezu 100:0, d. h. er kann, solange der Akku nicht voll ist und die aufzunehmende Bremsenergie die Kapazität des Generators nicht übersteigt, Bremsvorgänge ohne mechanische Unterstützung ausführen.

Diese Verhältnisse werden erst verlassen, wenn der Wagen nur noch Schrittgeschwindigkeit (unter 8 km/h) hat. Wie bei einer Straßenbahn greifen dann auf den letzten paar Metern die mechanischen Bremsen, um ganz zum Stillstand zu kommen. Manche Fahrer und Beifahrer spüren dann, dass sich der Prius kurz vor dem Anhalten etwas anders verhält als ein konventionelles Fahrzeug.

Weil im Normalfall fast nur elektromotorisch gebremst wird, ist die Abnützung der Bremsscheiben- und Klötze beim Prius wesentlich geringer, als bei Fahrzeugen mit konventioneller (mechanischer) Bremsung.

Motorbremsung durch MG1 (Verbrennungsmotor)

Ist der Hybrid-Akku vollständig geladen, wird der Verbrennungsmotor auch im Schiebebetrieb zugeschaltet, obwohl er in diesem Stadium weder zum Vortrieb noch zum Aufladen des Hybrid-Akkus benötigt wird. Dies dient der Aufrechterhaltung der konventionellen Motorbremswirkung von MG1. Andernfalls würde bei Gefälle eine zu starke Beschleunigung des Fahrzeugs eintreten und den Fahrer zu vermehrtem Bremsen zwingen. Die Motorbremswirkung von MG1 bei Wählhebelstellung D ist allerdings spürbar geringer als bei einem konventionellen Personenwagen. Dies hat zur Folge, dass der Prius leichter rollt, bzw., z.B. im Schiebebetrieb, länger ausrollt, wodurch Benzin eingespart wird.

Bei Bedarf kann mit Stellung "B" des Wählhebels die Motorbremse des Verbrennungsmotors verstärkt werden, wodurch die elektromotorische und/oder die mechanische Bremsung zusätzlich entlastet werden. Der Rekuperationsgrad ist in diesem Fall natürlich vermindert, weil ein Teil der Bremsleistung im Verbrennungsmotor "vernichtet" wird und somit nicht dem Generator zugute kommt.

Zuschalten des V-Motors ist in Wählhebelstellung D nur sehr leise hörbar, in Stellung B-Modus (B steht für Brake = Bremsen) ist dagegen ein deutliches Geräusch des (plötzlich) hochdrehenden V-Motors aus dem Motorraum hörbar. Keine Motorbremswirkung entfaltet MG1 bei Wählhebelstellung N, was von erfahrenen Priusfahrern gelegentlich dazu genutzt wird, um noch länger auszurollen (unter anderem aus Sicherheitsgründen ist diese Praxis allerdings nicht zu empfehlen).

Mechanisches Bremsen

Der für die Betätigung der hydraulischen Radbremsen erforderliche Druck wird von einer aus der Hydraulikpumpe und dem Druckspeicher bestehenden (irreführend "Bremsdruckregler" genannten) Einheit erzeugt. Insgesamt 10 Magnetventile steuern die Weiterleitung des Druckes zu den Radbremszylindern.

Zwei Hauptzylinderabschaltventile können eine direkte Verbindung der vorderen Radbremszylinder zu den beiden Bremskreisen des Hauptbremszylinders herstellen bzw. trennen und schalten zwischen "Normalbetrieb" und "Notbetrieb" um.

Zur elektronischen Regulierung des Bremsdrucks sind pro Rad zwei Linearsolenoidmagnetventile vorhanden: Ein Druckerhöhungsventil leitet dem Radbremszylinder Bremsdruck aus dem Bremskraftregler zu. Ein Druckverminderungsventil lässt Bremsflüssigkeit vom Radbremszylinder zurück in den Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter fließen.

Vier Radzylinderdrucksensoren erfassen den Bremsdruck jedes einzelnen Rades und melden diesen an die ECU des Bremssystems.

Wenn die ECU einen hydraulischen Bremsvorgang auslösen möchte so errechnet sie zunächst den erforderlichen Flüssigkeitsdruck für jedes einzelne Rad. Anschließend werden die Druckerhöhungs- bzw. Druckverminderungsventile derart betätigt, dass sich der gewünschte Bremsdruck an jedem Rad einstellt. Das ganze passiert deratig schnell und verzögerungsarm, dass man das Gefühl hat die Bremse direkt und selber zu betätigen.

Einen Bremskraftverstärker im eigentlichen Sinne gibt es nicht, da die Pedalkraft normalerweise nicht auf direktem Wege den Radbremszylindern zugeleitet wird. Die Hydraulikpumpe zur Erzeugung der Bremskraft wird elektrisch angetrieben und ist damit unabhängig von der Antriebskraft des Verbrennungsmotors.

Wegen der elektronischen Steuerung der Bremsanlage ist der Prius selbstverständlich mit den üblichen Zusatzfunktionen wie ABS, EBD und TRC ausgestattet. Der Prius II verfügt zusätzlich über BA und VSC.

Dieses elektrohydraulische Bremssystem wird derzeit nur von Toyota und Mercedes eingesetzt. (Über den "Erfolg" und die "Zuverlässigkeit" des Systems vom Mercedes überzeuge man sich in der Fachliteratur...)

Auch den Prius bzw. seine Bremsen sollte man Einfahren, da speziell bei einer Notbremsung die mechanische Bremswirkung auch von der Güte der Bremsbeläge bzw. deren Anpassung an die Bremsscheibe abhängt.

Notfunktion

Zahlreiche Sicherheitsmechanismen sorgen dafür, dass die Bremsanlage des Prius trotz ihrer Komplexität genau so betriebssicher ist wie die Bremsanlagen konventioneller Fahrzeuge.

Die Stromversorgung der Bremsanlage ist durch einen Energiespeicher aus 28 Kondensatoren hoher Kapazität abgepuffert.

Ausfallsicherungsfunktion: Bei einem Ausfall der elektrischen Bremsdruckerzeugung oder bei Abschalten des Bremssystems geht das Bremssystem in die Ausfallsicherungsfunktion über. Ein Hubsimulator-Abschaltmagnetventil trennt den Hubsimulator vom Hauptbremszylinder. Die beiden Hauptzylinderabschaltventile öffnen und geben den Weg der beiden Kreise des Hauptbremszylinders zum linken bzw. rechten Vorderrad frei.

Die Bremsanlage fällt dadurch in einen Zustand zurück, der einer konventionellen Zweikreis-Bremse ohne Bremskraftverstärker entspricht, die Pedalkraft wird dann direkt zu den Radbremszylindern geleitet. Die Bremse wirkt in diesem Zustand nur auf die Vorderräder und die erforderliche Pedalkraft ist wesentlich höher.

Bremsscheibentausch / passende Teile

Fahrer von Prius I und II berichten, dass sie in 5 Jahren nur eine sehr geringe Abnutzung der Bremsbeläge zu verzeichnen hatten. Allerdings waren die Bremsscheiben beim Prius I in manchen Fällen so stark angerostet (wegen Nichtnutzung), dass sie abgedreht werden mussten. Quietschende Bremsen sind unter Umständen ein Hinweis, dass die Bremsscheiben- und/oder Klötze ausgewechselt werden müssen. Das Quitschen wird in diesem Falle durch Federn erzeugt, welche im Bereich der Bremsscheiben eingebaut sind und gegen diese schleifen, wenn diese so dünn geworden sind, dass sie ausgewechselt werden müssen. Es handelt sich also bei diesem Quitschen nicht um eine Fehlfunktion sondern um ein gewolltes Warnsystem.

Für den Hobbyschrauber gibt es unzählige Anbieter von angeblich passenden Scheiben und Klötzen für den Prius. Leider ist dem nicht so da hier sehr viele Teile mit falschen Abmessungen und Aufbauten in die Datenbanken der Anbieter gerutscht sind.

Kleiner Tipp: wer den ewigen Rost an den Scheiben nicht mehr haben will, behandelt die neuen Scheiben mit Zinkspray. Das gibt einen haltbaren und hübschen Schutz.

Wer auf Nummer Sicher gehen will läßt neue Scheiben und Klötze in der Toyota-Fachwerkstatt einbauen. Für den Selberschrauber hier einige Hinweise:

Vorderachse

Passende Abmessungen (255mm Durchmesser, 5 Loch, 100mm Lochkreis, 55mm Nabendurchmesser, 22mm Scheibendicke und 49mm Scheibenhöhe) fanden sich bei "Nipparts" unter der Artikelnummer J3302158.

Die Klötze von Herth+Buss (Jakoparts) mit der Artikelnummer J3602088 passen wunderbar. Der Zubehörsatz (Geräuschdämmscheiben sowie Klammern) muß nicht gekauft werden, da diese Teile in den meisten Fällen problemlos weiterverwendet werden können.

Hinterachse

<bitte um Ergänzung>

Bilder von Prius II

Prius II Bremsscheibe vorne

Prius II Bremsscheibe hinten

Weblinks

• Bremsscheibentausch beim Prius2 an der Vorderachse