Funktionen mit 48-V-Bordnetz

Integrierter Startergenerator (ISG)

Highlight des innovativen Powertrains in Verbindung mit dem Motor M256 ist der ISG. Dieser besteht aus einer elektrischen Maschine mit Leistungselektronik, DC/DC-Wandler und einer Lithium-Ionen-48-V-Bordnetzbatterie.

Die Leistungselektronik befindet sich im Einbauort des nicht mehr notwendigen Ritzelstarters.

Der ISG wird in der so genannten "P1-Konfiguration" fest mit der Kurbelwelle verschraubt und ist zwischen Motor und dem Automatikgetriebe 9G-TRONIC angeordnet.

Der ISG erzeugt in Verbindung mit dem 48-V-Bordnetz eine maximale Leistung von 16 kW und ein Drehmoment von 220 Nm.

Die Energie liefert eine separate 48-V-Bordnetzbatterie.

Die Kombination aus Verbrennungsmotor und ISG bietet somit eine hohe Systemleistung bei vergleichsweise geringem Kraftstoffverbrauch und zusätzlichen Funktionen.

Außerdem kann der ISG die Drehschwingungen des Antriebsstrangs verringern und somit den Komfort verbessern.

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Riemengetriebener Startergenerator (RSG)

Der neue Vierzylinder-Ottomotor M264 ersetzt in einigen Leistungsvarianten den Starter und den 12-V-Generator durch einen RSG.

Der RSG wird in der so genannten "P0-Konfiguration" anstelle des Generators im Riementrieb eingebaut.

Neben der Generatorfunktion bietet der RSG auch die Möglichkeit, mithilfe der Energie aus der 48-V-Batterie Drehmoment zu erzeugen und den Verbrennungsmotor zu unterstützen. Dieses Drehmoment kann sowohl positiv als auch negativ sein, so wird der Motor effizient betrieben und überschüssige Energie in der Batterie gespeichert.

Mit diesem positiven Zusatzdrehmoment kann der Antriebsstrang auch mit verkleinertem Hubraum und bereits bei geringen Drehzahlen ein hohes Drehmoment erzeugen.

Der effiziente Betrieb durch das Zusammenspiel von Verbrennungsmotor und 48-V-Bordnetz führt zu einer Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen sowie einer spürbar besseren Agilität des Fahrzeugs.

Der Motor wird zudem deutlich schneller und komfortabler gestartet.

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Motorstart ISG und RSG

Die Motorstarts werden vom ISG oder RSG durchgeführt. Diese unterschiedlichen Starts (Schlüsselstart, Start-Stopp-System, Start im Segelmodus etc.) sind ruckelfrei und für den Fahrer kaum wahrnehmbar.

Hierzu bringt der ISG oder RSG den Motor schnell auf Leerlaufdrehzahl oder bei Betätigung des Fahrpedals auf die entsprechende Zieldrehzahl.

Zudem bewegt der ISG die Kurbelwelle in eine für das Anspringen des Verbrennungsmotors günstige Position (reproduzierbarer Komfortstart).

Die Positionierung ist auch nötig, damit während des Starts eine Momentenkompensation mit Vorsteuerung durchgeführt werden kann: Der ISG "weiß" von Anfang an, wann die nächste Kompression stattfindet und kann das notwendige Moment durch die Vorsteuerung entsprechend anpassen. Dadurch werden Drehzahlschwankungen ausgeglichen, die dadurch entstehen, dass der Motor während Kompressionen schwergängiger ist.

Start-Stopp ISG und RSG

Das Start-Stopp-System wurde in seinem Funktionsumfang erweitert und trägt so weiter zur Effizienz des Fahrzeugs bei. Zudem wurde das System weitaus kundenfreundlicher gestaltet.

Das Fahrzeug unterscheidet nun zwischen einem lohnenden Stopp und einem Kurzstopp.

Erst durch den Einsatz eines ISG oder RSG ist es möglich, Triebstrangrucke im "Change of Mind-Fall" zu verhindern, die dadurch entstehen, dass der beim "Ausrollen mit Motor aus" im Schub befindliche Wandler beim Anlassen in den Zugbetrieb übergeht. Durch eine spezielle Ansteuerung des ISG oder RSG wird der Start-Drehzahlverlauf so eingestellt, dass kein Ruck stattfindet.

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Beim lohnenden Stopp wird der Motor bereits bei einer Fahrtgeschwindigkeit unter 20 km/h abgeschaltet, sofern die Durchschnittsgeschwindigkeit zuvor höher lag und kein Lenkmanöver durchgeführt wird.

Alternativ wird der lohnende Stopp durch die Radarschnittstelle erkannt. Wird vor dem Fahrzeug ein stehender Vordermann registriert, wird ebenfalls ein Abschalten des Verbrennungsmotors initiiert.

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Einen Komfortgewinn stellt der verhinderte Motorstopp bei einem Kurzstopp und beim Rangieren dar.

Sofern die Durchschnittsgeschwindigkeit zuvor gering ist und Lenkmanöver durchgeführt werden, wird ein Motorstopp erst beim Nachdrücken der Bremse ausgelöst.

Zudem wird ein Motorstopp ohne Nachdrücken der Bremse verhindert, wenn die Radarschnittstelle einen fahrenden Vordermann erkennt.

Ebenso werden Schilder berücksichtigt (u. a. Stopp-Schilder) sowie Steigungen und Kreuzungen. Über "Live Traffic" können Stauinformationen als Kriterium verwendet werden.

Segelmodus

Der Begriff Segelmodus beschreibt beim Kraftfahrzeug die Funktion, während der Fahrt den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine vom Antriebsstrang abzukoppeln.

Dies hat den Vorteil, die vorhandene Bewegungsenergie zur Fortbewegung zu nutzen, anstatt sie in Form von Schleppleistung zu verlieren.

Zusätzliches Einsparpotenzial ergibt sich durch das Abschalten des Verbrennungsmotors bei abgekoppeltem Antriebsstrang.

Die Trennung des Antriebsstrangs reduziert die Schleppverluste im Powertrain und ermöglicht somit ein möglichst langes Rollen.

Die Wandlerüberbrückungskupplung (WÜK) ist während des Segelbetriebs immer geöffnet. Bei höheren Geschwindigkeiten wird zusätzlich auch eine Kupplung im Getriebe geöffnet.

Eine Zusatzölpumpe im Automatikgetriebe sorgt für die erforderliche Schmierung des Getriebes und für die Druckerhaltung im Segelbetrieb ohne Motorlauf.

Der Segelmodus mit dem Motor 256 funktioniert mit Motor "Aus". Der Segelmodus mit dem Motor 264 kann sowohl mit Motor "Aus" als auch mit Motor "An" funktionieren. Beim RSG ist das erforderlich.

Beim hochwertigeren System mit ISG ist ein elektrischer Kältemittelkompressor für die Klimaanlage verbaut. Dadurch ist die Stoppverfügbarkeit mit ISG so hoch, dass ein Segelmodus mit Motor "An" nicht erforderlich ist.

Eine ökologische Fahrweise wird durch intelligente Algorithmen unterstützt: Der Segelbetrieb wird so optimal mit der Rekuperations-Funktion verbunden, sodass situationsgerecht immer entweder gesegelt wird (Energie bleibt im Fahrzeug) oder rekuperiert wird (Energie wird in die Batterie gespeichert).

Zur Bewertung der Situation werden aktuelle Daten von den Fahrzeugsensoren herangezogen. "Advanced Driver Assistance Systems"-Karte, Kamera und Radarsensor sind entscheidend.

Der Unterschied zum bisher bekannten Segelmodus liegt darin, dass eine direkte Verknüpfung mit einer Fahrerhandlung nicht mehr nötig ist. Das Fahrzeug wählt eigenständig den effizientesten Betrieb auf Grundlage der aktuellen Fahrsituation.

Segelmodus Aktivierung

Das Fahrzeug geht in den Segelmodus über, falls folgende Bedingungen erfüllt sind:

 Fahrzeugseitige Segelmodus Voraussetzungen:

 Die Werte der Fahrzeuggeschwindigkeit können von Antriebsart und Baureihe variieren.

 Die Querbeschleunigung darf eine modellabhängige Querbeschleunigung nicht überschreiten.

 Seit dem Verlassen des letzten Segelmodus sind 2 Sekunden vergangen.

 Der Motor muss den Segelmodus erlauben, d. h., es dürfen zum Beispiel keine Motordiagnosen durchgeführt werden.

 Das elektronische Stabilitäts-Programm (ESP®) muss den Segelmodus erlauben. 1

 Start-Stopp-Funktion Freigabe muss erteilt sein (M256 (M264 segelt auch mit Motor an)). 1

 Kein Anhänger befestigt (Erkennung über gesteckten Stecker am Anhängermodul).

 Strecken- und verkehrsabhängige Segelvoraussetzungen:

 Gefälle ist kleiner als ein Grenzwert. 1, 2

 Steigung ist kleiner als ein Grenzwert. 1, 2

 Die intelligente Rekuperation muss Segelmodus erlauben. 1

 Es wird kein vorausfahrendes Fahrzeug erkannt bzw. eine Annäherung an das erkannte Fahrzeug ist unwahrscheinlich. 1

 Fahrerseitige Segelvoraussetzungen:

 Fahrprogramm E muss angewählt sein. 1

 Fahrpedal ist nicht betätigt. 1

 Lenkradwinkel ist kleiner als ein Grenzwert.

 Getriebeseitige Voraussetzungen:

 Fahrstufe D ist eingelegt. 1

 Es ist keine Geländeübersetzung aktiv. 1

 Freigabe vom Automatikgetriebe muss vorliegen. 1

 1 Die Voraussetzungen müssen auch während des Segelbetriebs erfüllt sein.
2 Die Segelaktivierung und -deaktivierung kann durch "ECO-Assist" abweichend angesteuert werden.

Segelmodus Deaktivierung

Das Fahrzeug beendet den Segelmodus, falls eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

 Eine der obigen Eintrittsbedingungen, die dauerhaft erfüllt sein müssen, wird nicht mehr erfüllt.

 Starkes Bremsen

 Häufiges leichtes Bremsen

 Fahrstufe D wird erneut angewählt.

 Schaltwippe wird betätigt.

 "ECO-Assist" erkennt eine Situation, die ein Abbremsen des Fahrzeugs nötig macht (z. B. Aufrollen auf vorausfahrendes Fahrzeug, starkes Gefälle.)

Boost-Modus ISG und RSG

Der ISG oder RSG ermöglicht eine Überlagerung des Drehmoments des Verbrennungsmotors mit dem Drehmoment des ISG oder RSG.

Dieser so genannte "E-Boost" verbessert das Ansprech- bzw. Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs.

Beim Motor M256, der über einen elektrischen Zusatzkompressor verfügt, besteht eine zweite Boost-Möglichkeit.

Die Regelstrategie sieht vor, dass durch eine intelligente Ansteuerung des elektrischen Zusatzkompressors oder des ISG immer die bestmögliche Fahrleistung bei geringstmöglichem Energieverbrauch erzielt wird.

Beim Anfahren mit geringen Drehzahlen des Verbrennungsmotors unterstützt der ISG oder RSG aufgrund seiner Drehzahl-/Drehmomentcharakteristik den Verbrennungsmotor und sorgt so für mehr Agilität. Der Zeitraum und die Leistung, die zur Verfügung stehen, werden über mehrere Faktoren bestimmt. Diese sind z. B. die Zeit und verbrauchte Energie.

Der elektrische Zusatzkompressor stellt bei ausreichender Spannungsversorgung des 48-V-Bordnetzes, den Ladedruck im unteren Drehzahlbereich für ein agileres Ansprechen, bis der Abgasturbolader einsetzt, zur Verfügung.

Während des Boostvorgangs wird zusätzlich zum Moment des Verbrennungsmotors noch Antriebsmoment über den ISG oder RSG zur Verfügung gestellt.

Folgende Stichpunkte sind zu beachten:

 Drehzahl Verbrennungsmotor nicht zu groß - im oberen Drehzahlbereich wird nicht mehr in vollem Umfang "geboostet" (Motordrehzahl > 2500 U/min, dieser Wert kann von Antriebsart und Baureihe variieren; die Boostleistung wird gegebenenfalls bereits früher bei zunehmender Drehzahl sukzessive reduziert)

 Fahrzeuggeschwindigkeit in bestimmtem Bereich (bis ca. 200 km/h - dieser Wert kann je nach Antriebsart und Baureihe variieren)

 Ladezustand der Batterie ausreichend, um den Antrieb während des Boostvorgangs mit ausreichend Leistung zu versorgen.

 Verbrennungsmotor muss laufen (nicht im Segelmodus oder bei Start-Stopp)

 Keine systemseitige Anforderung zum Nachladen der Batterie

 Gang darf nicht in Fahrstufe P oder N sein.

 Das Fahrerwunschmoment ist größer als das aktuelle Maximalmoment des Verbrennermotors (Unterstützung nur bei dynamischen Fahranforderungen).

 Fahrpedalzustellung groß genug (bei geringer Fahrpedalzustellung soll nicht jedes Mal ein Boost-Effekt ausgelöst werden).

 Die Boostleistung kann mit dem gewählten Fahrprogramm variieren.

Die eingespeiste Leistung hängt dabei auch von den Anforderungen des restlichen Systems und den Umgebungsbedingungen ab.

Die verfügbare Leistung aus der Batterie muss auf Antrieb und sonstige Verbraucher im Fahrzeug aufgeteilt werden. Dazu zählen je nach Motorisierung und Ausstattung beispielsweise Klimaanlage, Sitzheizung, Infotainment, Massagefunktion usw.

Bei wiederholten dynamischen Fahrmanövern wird die Boostleistung reduziert, um die Batterie nicht übermäßig zu belasten.

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Die Symbole stellen Kombinationen aus Segelmodus und Start-Stopp dar. Bei 48-V-Systemen ist es möglich, während der Fahrt (im Segelmodus) den Motor abzuschalten.

Voraus fahrendes Fahrzeug: Bei Annäherung im Segelmodus an ein vorausfahrendes Fahrzeug (2) wird der Segelmodus beendet (Antriebsstrang schließen und Motor starten) und das Schubmoment über Rekuperation erhöht. Je näher auf das vorausfahrende Fahrzeug aufgefahren wird, desto größer ist die Verzögerung des eigenen Fahrzeugs.

Situationsgerechte Fahrmodi: Situationsgerecht werden Kartendaten (zulässige Höchstgeschwindigkeit und Gefälle, beides nur mit "ECO-Assist") einbezogen und mit aktuellen Daten entschieden, ob der Segelmodus in der momentanen Fahrsituation sinnvoll ist. Bei starkem Gefälle ist Rekuperation oft besser, bei leichtem Gefälle kann auch mit gestopptem Motor im Segelmodus die Geschwindigkeit gehalten werden.

Rekuperation ISG und RSG

Mithilfe der Rekuperation wird die Bewegungsenergie des Fahrzeugs in elektrisch speicherbare Energie umgewandelt.

Dabei wird im Schubbetrieb durch den ISG oder RSG dem Schubmoment des Verbrennungsmotors ein elektrisches Drehmoment überlagert.

Die 48-V-Bordnetzbatterie wird geladen, Bremsbeläge werden geschont.