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 (A79/1)) und Elektrobetrieb (Segelmodus, Rangieren).
Beim Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor wird die Elektrische Maschine 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 (Boost-Modus).
Im Elektrobetrieb erfolgt der Antrieb des Fahrzeugs rein elektrisch durch die Elektrische Maschine.
Das Steuergerät ME (N3/10) liest im Hybridbetrieb folgende Signale ein:
Fahrpedalsensor (B37), Signal (Motorlastanforderung Fahrer)
Steuergerät Elektronisches Stabilitäts-Programm (N30/4) über den CAN-Verbund:
Raddrehzahl, Signal
Status Betriebsbremse
Drehmoment-Absenkung, Anforderung
Steuergerät Batteriemanagementsystem (N82/2) über den CAN-Verbund:
Spannung Hochvoltbatterie
Temperatur Hochvoltbatterie
Steuergerät Radarsensoren (N62/1), (bei CODE 23P (Fahrassistenz-Paket Plus)) über den CAN-Verbund:
Anforderung Drehmoment-Änderung
Steuergerät Leistungselektronik (N129/1) über den CAN-Verbund:
Status Elektrische Maschine
Drehmoment Elektrische Maschine
Drehzahl Elektrische Maschine
Ladespannung/-strom Signal
Steuergerät Vollintegrierte Getriebesteuerung (Y3/8n4) über den CAN-Verbund:
Betriebsmodus
Status Fahrstufe
Status Nasskupplung
Funktionsablauf Fahrprogramm- und Betriebsmodiauswahl
Während sich durch die Fahrprogramme Comfort, Sport, Glätte und Individual "ECO" im Wesentlichen das Fahrverhalten einstellen lässt, bieten die Betriebsmodi die Möglichkeit, auf die Nutzung der elektrischen Energie und damit auf den Ladezustand der Hochvoltbatterie unmittelbar Einfluss zu nehmen.
Der Status des Fahrprogrammreglers (N72/4s1) wird vom Bedienfeld Fahrprogramme (N72/4) eingelesen und über den CAN-Verbund zum Kombiinstrument (A1) und zum Steuergerät Antriebsstrang (N127) weitergeleitet. Bei der Auswahl des Fahrprogramms Individual "ECO" wird der Status des Fahrprogrammreglers über den CAN-Verbund an das Audiogerät weitergeleitet. Es erscheint im Audio-/COMAND-Display (A40/8) das Menü für die Einstellung des Fahrprogramms Individual. Über die Audio/COMAND Bedieneinheit (A40/9) wird das Fahrprogramm Individual "ECO" ausgewählt. Die Anforderung des Fahrers zur Auswahl des Fahrprogramms Individual "ECO" sendet das Audiogerät über den CAN-Verbund zum Kombiinstrument und zum Steuergerät Antriebsstrang. Das Steuergerät Antriebsstrang stellt das Fahrprogramm ein und das Kombiinstrument zeigt das eingestellte Fahrprogramm an.
Der Status der Taste Auswahl Betriebsart (N72/1s16) wird vom Steuergerät Oberes Bedienfeld (N72/1) eingelesen und über den CAN-Verbund zum Kombiinstrument und zum Steuergerät Antriebsstrang weitergeleitet. Das Steuergerät Antriebsstrang stellt das Fahrprogramm ein und das Kombiinstrument zeigt das eingestellte Fahrprogramm an.
Fahrzustände Funktionsablauf
Der Funktionsablauf ist in folgenden Punkten beschrieben:
Funktionsablauf Antrieb mit Verbrennungsmotor
Funktionsablauf Anfahren
Funktionsablauf Boost-Modus
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 Drehmoment-Anforderung des Fahrers, welche vom Steuergerät ME eingelesen wird, zunächst rein elektrisch an. Bei entsprechend hoher Leistungsanforderung wird der Verbrennungsmotor gestartet, drehzahl-synchronisiert 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 Nasskupplung als Anfahrelement genutzt.
Beim Anfahren wird die Drehmoment-Anforderung des Fahrers vom Steuergerät ME eingelesen. Das Steuergerät ME berechnet und verteilt das erforderliche Anfahrdrehmoment auf den Verbrennungsmotor und die Elektrische Maschine. Dazu fordert das Steuergerät ME 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 Drehmoment-Anforderung 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 Getriebeölpumpe (M42) sichergestellt.
Funktionsablauf Boost-Modus
Im Boost-Modus unterstützt die Elektrische Maschine den Verbrennungsmotor, um schnellstmöglich das angeforderte Solldrehmoment zu erreichen oder um das Antriebsmoment bei maximal erreichtem Verbrennungsmotordrehmoment zu verstärken. Dauer und Intensität des Boost-Modus sind hierbei abhängig vom Ladezustand der Hochvoltbatterie und der Stellung des Fahrpedals. Beim Boost-Modus während des Anfahrens erfolgt ein Drehzahlangleich zwischen Verbrennungsmotor und Elektrischer Maschine über die entsprechende Ansteuerung der Nasskupplung. Hierzu fordert das Steuergerät ME über den CAN-Verbund die Ansteuerung der Nasskupplung an. Im Boost-Modus in höheren Geschwindigkeitsbereichen wird die Nasskupplung derart angesteuert, dass sich lediglich ein geregelter Nullschlupf einstellt. Um der Drehmoment-Anforderung des Fahrers zu entsprechen, fordert das Steuergerät ME 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 Drehmoment-Anforderung des Fahrers zu entsprechen, fordert das Steuergerät ME 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 ME, die Elektrische Maschine entsprechend an.
Dazu fordert das Steuergerät ME 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. der Betriebsmodus den Elektrobetrieb zulässt, der Ladezustand der Hochvoltbatterie hoch genug ist, die Drehmoment-Anforderung des Fahrers rein elektrisch erfüllt werden kann und keine Diagnose oder kein Systemfehler den Elektrobetrieb verhindern, wird dieser Betriebszustand eingenommen. Dabei wird die Nasskupplung geöffnet und der Verbrennungsmotor vom Steuergerät ME abgeschaltet, wenn bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind.
Es müssen mindestens alle folgenden Voraussetzungen erfüllt und Freigaben erteilt sein:
Fahrzeuggeschwindigkeit maximal 130 km/h
Getriebeöltemperatur > 0 °C
Fahrstufe plausibel
Ausreichend Unterdruck im Bremskraftverstärker
Elektronisches Stabilitäts-Programm hat Freigabe erteilt.
Motorhaube geschlossen
Kein Crash-Ereignis
12-V-Bordnetzzustand 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 Drehmoment-Anforderung des Fahrers zu entsprechen, fordert das Steuergerät ME 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 ME, die Elektrische Maschine entsprechend an. Dazu fordert das Steuergerät ME 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 3-Phasen-Wechselspannung gewandelt wird.
Das Steuergerät ME fordert über den CAN-Verbund beim Steuergerät Vollintegrierte Getriebesteuerung die Ansteuerung der Nasskupplung an, um den Verbrennungsmotor vom Antrieb zu trennen. Nach der entsprechenden Rückmeldung über die geöffnete Nasskupplung schaltet das Steuergerät ME 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 Nasskupplung 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 Nasskupplung realisiert.
Funktionsablauf Segelmodus
Werden Brems- und Fahrpedal bei rollendem Fahrzeug nicht betätigt, wird der Verbrennungsmotor im Fahrprogramm Individual "ECO" bis zu einer Geschwindigkeit < 160 km/h über das Öffnen der Nasskupplung 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 ME über den CAN-Verbund 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 Boost-Modus, 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 3-Phasen-Wechselspannung wird vom Steuergerät Leistungselektronik begrenzt, überwacht und in Hochvolt-Gleichspannung umgewandelt.
Das Steuergerät Leistungselektronik versorgt mit der erzeugten elektrischen Energie das Hochvolt-Bordnetz, den Elektrischen Kältemittelkompressor (A9/5), das 12-V-Bordnetz und dessen Bauteile.
Zusätzliche Funktionsvoraussetzungen Lastpunktverschiebung
SOC (State of Charge) < 60 %
Kein Boost-Modus, keine Rekuperation
Funktionsablauf Lastpunktverschiebung
Die Möglichkeit der Aufnahme von Rekuperationsenergie der Hochvoltbatterie nimmt mit steigender Abweichung vom optimalen Ladezustand der Hochvoltbatterie (SOC-Arbeitspunkt) ab. Das heißt, wird die Hochvoltbatterie bei niedrigem bzw. sehr hohem Ladezustand (SOC) aufgeladen 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 SOC-Wertes 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 ME 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.
Referenzierte Dokumente
- gf0830p9999grh Übersicht Systembauteile Hybridantriebssystem