Fahrzustände Hybridantriebssystem Funktion

GF08.30-P-2005FGH

Fahrzustände Hybridantriebssystem Funktion

02.11.2017

Motor	274.9 im Typ 213.050
Motor	274.920 im Typ 213.053/153
Motor	654.920 im Typ 213.016/216

 Die Teilfunktion "Fahrzustände Hybridantriebssystem Funktion" wird aus der Sicht des Hybridantriebssystems betrachtet und beschrieben.
Auf interne Signale und Funktionsabläufe des Verbrennungsmotors und des Automatikgetriebes wird hier nicht näher eingegangen.

Funktionsvoraussetzungen Fahrzustände Hybridantriebssystem allgemein

 Hybridantriebssystem "READY"

 Wählhebelstellung "D" oder "R"

Fahrzustände Hybridantriebssystem allgemein

Die Fahrzustände werden unterschieden in Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor, Hybridbetrieb (Antrieb mit Verbrennungsmotor und Elektrischer Maschine) und Elektrobetrieb (Segelmodus, Rangieren).

Beim Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor wird die Elektrische Maschine (A79/1) meist als Generator betrieben (Generatormodus).

Beim Hybridbetrieb wirkt, je nach Anforderung und Ladezustand der Hochvoltbatterie (A100g1), das Drehmoment der Elektrischen Maschine zusammen (unterstützend) mit dem Drehmoment des Verbrennungsmotors. Die Unterstützung erfolgt beim Anfahren und Beschleunigen (Boost­Modus).

Im Elektrobetrieb erfolgt der Antrieb des Fahrzeugs rein elektrisch durch die Elektrische Maschine.

Das Steuergerät CDI (N3/9) (bei Dieselmotor) oder das Steuergerät ME (N3/10) (bei Benzinmotor) liest im Hybridbetrieb folgende Signale ein:

 Fahrpedalsensor (B37), Signal (Motorlastanforderung Fahrer)

 Steuergerät Elektronisches Stabilitäts­Programm (N30/4) über den CAN­Verbund:

 Raddrehzahl

 Status Betriebsbremse

 Drehmomentreduzierung, Anforderung

 Steuergerät Batteriemanagementsystem (N82/2) über den CAN­Verbund:

 Spannung Hochvoltbatterie

 Temperatur Hochvoltbatterie

 Steuergerät Mercedes-Benz Intelligent Drive (bei Code (23P) Fahrassistenz­Paket)) über den CAN­Verbund:

 Anforderung Drehmoment­Änderung

 Steuergerät Leistungselektronik (N129/1) über den CAN­Verbund:

 Status Elektrische Maschine

 Drehmoment Elektrische Maschine

 Drehzahl Elektrische Maschine

 Ladespannung/­strom, Signal

 Steuergerät Vollintegrierte Getriebesteuerung (Y3/8n4) über den CAN­Verbund:

 Betriebsart

 Status Fahrstufe

 Status Motortrennkupplung

Fahrzustände Funktionsablauf

Bei Fahrzeugen mit Code B53 (Akustischer Umfeldschutz) wird bei Stillstand des Verbrennungsmotors abhängig von der Geschwindigkeit (eingelesen vom Drehzahlsensor Vorderachse links (L6/1), Drehzahlsensor Vorderachse rechts (L6/2), Drehzahlsensor Hinterachse links (L6/3) und Drehzahlsensor Hinterachse rechts (L6/4)) und der Fahrpedalstellung (eingelesen vom Fahrpedalsensor) zwischen 0 bis 30 km/h ein Audiosignal über den Soundgenerator (H4/16) ausgegeben. Bei Geschwindigkeiten größer als 30 km/h wird der Soundgenerator deaktiviert, da die Roll­ und Windgeräusche des Fahrzeugs laut genug sind, um auf das Fahrzeug aufmerksam zu werden.

Der Funktionsablauf ist in folgenden Punkten beschrieben:

 Funktionsablauf Antrieb mit Verbrennungsmotor

 Funktionsablauf Anfahren

 Funktionsablauf Boost­Modus

 Funktionsablauf Elektrobetrieb

 Funktionsablauf Generatorbetrieb

 Funktionsablauf Lastpunktverschiebung

Funktionsablauf Antrieb mit Verbrennungsmotor

Der Antrieb mit Verbrennungsmotor stellt den Standardfahrbetrieb dar.

Im Standardfahrbetrieb wird gefahren, wenn

 die vom Fahrer gewünschte Leistung nicht von der Elektrischen Maschine bereitgestellt werden kann.

 der Hybridbetrieb aufgrund eines zu niedrigen Ladezustands der Hochvoltbatterie nicht möglich ist.

 die Motoröltemperatur im Verhältnis zur Außentemperatur zu gering ist.

 Fehler im Hybridantriebssystem gemeldet werden.

Zusätzliche Funktionsvoraussetzungen anfahren

 Keine kritischen Fehler im Antriebssystem

 Fahrzeug steht.

Funktionsablauf Anfahren

Das Fahrzeug fährt entsprechend der Drehmoment­Anforderung des Fahrers, welche vom Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder vom Steuergerät ME (bei Benzinmotor) eingelesen wird, zunächst rein elektrisch an. Bei entsprechend hoher Leistungsanforderung wird der Verbrennungsmotor gestartet, drehzahl­synchronisiert und dann zum Fahrantrieb zugekuppelt. Bei starker Beschleunigung unterstützt die Elektrische Maschine den Verbrennungsmotor, insbesondere beim Beschleunigen aus niedrigen Drehzahlen. Falls das Anfahren aus einem Betriebszustand mit Verbrennungsmotor erfolgt, wird die Motortrennkupplung als Anfahrelement genutzt.

Beim Anfahren wird die Drehmoment­Anforderung des Fahrers vom Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder vom Steuergerät ME (bei Benzinmotor) eingelesen. Das Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder das Steuergerät ME (bei Benzinmotor) berechnet und verteilt das erforderliche Anfahrdrehmoment auf den Verbrennungsmotor und die Elektrische Maschine. Dazu fordert das Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder das Steuergerät ME (bei Benzinmotor) ein zusätzliches motorisches Drehmoment über das Steuergerät Leistungselektronik an.

Die Elektrische Maschine wird über das Steuergerät Leistungselektronik aus der Hochvoltbatterie mit Energie versorgt.

Es kann rein elektrisch angefahren werden, wenn

 die Drehmoment­Anforderung des Fahrers allein elektrisch umgesetzt werden kann.

 kein Fehler im Hybridantriebssystem gemeldet ist.

 der Ladezustand der Hochvoltbatterie ausreichend hoch ist.

 Ist der Verbrennungsmotor aus (z. B. Automatischer Motorstopp), wird die Ölversorgung des Automatikgetriebes über die Elektrische Zusatzölpumpe (M42) sichergestellt.

Funktionsablauf Boost­Modus

Im Boost­Modus unterstützt die Elektrische Maschine den Verbrennungsmotor, um schnellstmöglich das angeforderte Solldrehmoment zu erreichen oder um das Antriebsmoment bei maximal erreichtem Motordrehmoment des Verbrennungsmotors zu verstärken. Dauer und Intensität des Boost­Modus sind hierbei abhängig vom Ladezustand der Hochvoltbatterie und von der Stellung des Fahrpedals. Beim Boost­Modus während des Anfahrens erfolgt ein Drehzahlangleich zwischen Verbrennungsmotor und Elektrischer Maschine über die entsprechende Ansteuerung der Motortrennkupplung. Hierzu fordert das Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder das Steuergerät ME (bei Benzinmotor) über den CAN­Verbund die Ansteuerung der Motortrennkupplung an. Im Boost­Modus in höheren Geschwindigkeitsbereichen wird die Motortrennkupplung derart angesteuert, dass sich lediglich ein geregelter Nullschlupf einstellt. Um der Drehmoment­Anforderung des Fahrers zu entsprechen, fordert das Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder das Steuergerät ME (bei Benzinmotor) vom Steuergerät Leistungselektronik in gleicher Weise wie beim Elektrobetrieb ein Drehmoment der Elektrischen Maschine an, welches dann zusammen mit dem Verbrennungsmotor auf den Antrieb wirkt.

Um der Drehmoment­Anforderung des Fahrers zu entsprechen, fordert das Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder das Steuergerät ME (bei Benzinmotor) vom Steuergerät Leistungselektronik das maximal verfügbare Drehmoment der Elektrischen Maschine an.

Das Steuergerät Leistungselektronik steuert anhand des Signals tolerierbare/r Entladespannung/­strom, gemeldet vom Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder vom Steuergerät ME (bei Benzinmotor), die Elektrische Maschine entsprechend an.

Dazu fordert das Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder das Steuergerät ME (bei Benzinmotor) beim Steuergerät Leistungselektronik das vorher errechnete motorische Drehmoment der Elektrischen Maschine an. Diese wird über das Steuergerät Leistungselektronik aus der Hochvoltbatterie mit Energie versorgt und wirkt zusammen mit dem Verbrennungsmotor auf den Antrieb.

Funktionsablauf Elektrobetrieb

Wann immer das Fahrprogramm bzw. die Betriebsart den Elektrobetrieb zulässt, der Ladezustand der Hochvoltbatterie hoch genug ist, die Drehmoment­Anforderung des Fahrers rein elektrisch erfüllt werden kann und keine Diagnose oder kein Systemfehler den Elektrobetrieb verhindern, wird dieser Betriebszustand eingenommen. Dabei wird die Motortrennkupplung geöffnet und der Verbrennungsmotor vom Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder vom Steuergerät ME (bei Benzinmotor) abgeschaltet, wenn bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind.

Es müssen mindestens alle folgenden Voraussetzungen erfüllt und Freigaben erteilt sein:

 Maximale Fahrzeuggeschwindigkeit 130 km/h

 Getriebeöltemperatur > 0 °C

 Fahrstufe plausibel

 Ausreichend Unterdruck im Bremskraftverstärker

 ESP® hat Freigabe erteilt.

 Motorhaube geschlossen

 Kein Crash­Ereignis

 12­V­Bordnetzzustand in Ordnung und Freigabe erteilt

 Ladezustand der Hochvoltbatterie ausreichend

 Ölversorgung Automatikgetriebe sichergestellt

 Fahrertür geschlossen

 Sicherheitsgurt Fahrer angelegt

 Innenraumtemperatur kann mit vorhandener Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors eingeregelt werden.

 Klimaanlage hat Freigabe erteilt.

Der Funktionsablauf gliedert sich in die folgenden Fahrmodi:

 Funktionsablauf Elektrische Fahrt

 Funktionsablauf Kriechen

 Funktionsablauf Segelmodus

Funktionsablauf Elektrische Fahrt

Um der Drehmoment­Anforderung des Fahrers zu entsprechen, fordert das Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder das Steuergerät ME (bei Benzinmotor) vom Steuergerät Leistungselektronik, je nach Lastanforderung, das benötigte Drehmoment unmittelbar von der Elektrischen Maschine an.

Das Steuergerät Leistungselektronik steuert anhand der Signale "tolerierbare Entladespannung" und "tolerierbarer Entladestrom", gemeldet vom Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder vom Steuergerät ME (bei Benzinmotor), die Elektrische Maschine entsprechend an. Dazu fordert das Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder das Steuergerät ME (bei Benzinmotor) beim Steuergerät Leistungselektronik das vorher errechnete motorische Drehmoment der Elektrischen Maschine an. Diese wird über das Steuergerät Leistungselektronik aus der Hochvoltbatterie mit Energie versorgt und wirkt auf den Antrieb. Dabei versorgt die Hochvoltbatterie das Steuergerät Leistungselektronik mit Gleichspannung, die in 3­Phasen­Wechselspannung umgewandelt wird.

Das Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder das Steuergerät ME (bei Benzinmotor) fordert über den CAN­Verbund beim Steuergerät Vollintegrierte Getriebesteuerung die Ansteuerung der Motortrennkupplung an, um den Verbrennungsmotor vom Antrieb zu trennen. Nach der entsprechenden Rückmeldung über die geöffnete Motortrennkupplung schaltet das Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder das Steuergerät ME (bei Benzinmotor) den Verbrennungsmotor ab. Wird während des Automatischen Motorstopps eine Freigabe zurückgenommen oder eine Voraussetzung nicht mehr erfüllt, wird der Verbrennungsmotor automatisch ohne eine definierte Handlung des Fahrers gestartet.

Funktionsablauf Kriechen

Es wird das beim Automatikgetriebe typische Kriechen über die Elektrische Maschine oder über den Verbrennungsmotor und den Schlupf der Motortrennkupplung simuliert, wenn das Brems­ und das Fahrpedal nicht betätigt werden. Beim Kriechen im Elektrobetrieb wird die Elektrische Maschine mit einem geringen Strom versorgt und wirkt mit dem so erzeugten Drehmoment direkt auf den Antriebsstrang. Bei z. B. niedrigem Ladezustand der Hochvoltbatterie wird das Kriechen über den Verbrennungsmotor und den Schlupf der Motortrennkupplung realisiert.

Funktionsablauf Segelmodus

Werden Brems­ und Fahrpedal bei rollendem Fahrzeug nicht betätigt, wird der Verbrennungsmotor im Fahrprogramm ECO bis zu einer Geschwindigkeit < 160 km/h über das Öffnen der Motortrennkupplung vom Antrieb getrennt und abgeschaltet.

Bei ausreichend hohem Ladezustand der Hochvoltbatterie und leicht betätigtem Fahrpedal unterstützt die Elektrische Maschine den Antrieb, um der abfallenden Fahrzeuggeschwindigkeit entgegenzuwirken.

Dazu fordert das Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder das Steuergerät ME (bei Benzinmotor) über den CAN­Verbund ein motorisches Drehmoment beim Steuergerät Leistungselektronik an. Dieses steuert nach der Anforderung die Elektrische Maschine entsprechend an.

Zusätzliche Funktionsvoraussetzungen Generatorbetrieb

 SOC (State of Charge) < 60 %

 Kein Boost­Modus, keine Rekuperation oder Lastpunktverschiebung

Funktionsablauf Generatorbetrieb

Im Generatorbetrieb wird die Elektrische Maschine, angetrieben vom Verbrennungsmotor, als Generator verwendet, um elektrische Energie zu erzeugen.

Dazu wird die Rotationsenergie der Kurbelwelle vom Rotor der Elektrischen Maschine aufgenommen. Durch die Drehbewegung des Rotors wird in den drei Wicklungen des Stators Wechselspannung induziert. Die so gewonnene elektrische Energie in Form einer 3­Phasen­Wechselspannung wird vom Steuergerät Leistungselektronik begrenzt, überwacht und in Hochvolt­Gleichspannung umgewandelt.

Das Steuergerät Leistungselektronik versorgt mit der erzeugten elektrischen Energie das Hochvolt­Bordnetz, den Elektrischen Kältemittelkompressor (A9/5), das 12­V­Bordnetz und dessen Bauteile.

Zusätzliche Funktionsvoraussetzungen Lastpunktverschiebung

 SOC (State of Charge) < 60 %

 Kein Boost­Modus, keine Rekuperation

Funktionsablauf Lastpunktverschiebung

Die Möglichkeit der Aufnahme von Rekuperationsenergie der Hochvoltbatterie nimmt mit steigender Abweichung vom optimalen Ladezustand der Hochvoltbatterie (SOC­Arbeitspunkt) ab. Das heißt, wird die Hochvoltbatterie bei niedrigem bzw. sehr hohem Ladezustand (SOC) geladen bzw. entladen, entstehen dabei erhöhte Energieverluste in Form von Wärme. Um dies zu verringern und Platz für potenziell anfallende Rekuperationsenergie bereitzustellen, wird bei Überschreitung eines definierten SOC­Wertes die Hochvoltbatterie mit Unterstützung des Verbrennungsmotors durch die Elektrische Maschine entladen.

Damit wird der Lastpunkt des Verbrennungsmotors verschoben. Das heißt, das Drehmoment des Verbrennungsmotors wird vom Steuergerät CDI (bei Dieselmotor) oder vom Steuergerät ME (bei Benzinmotor) zurückgenommen.

Ziel ist es, die Verschiebung des Lastpunktes möglichst innerhalb des Lastpunktbereichs mit gutem Wirkungsgrad zu halten. Zudem wird die Lastpunktverschiebung genutzt, um den Verbrennungsmotor stärker zu belasten.

	Funktionsschema Elektrik Fahrzustände Hybridantriebssystem		PE08.30-P-2069-97DBH
	Übersicht Systembauteile Hybridantriebssystem		GF08.30-P-9999FGH