Motore elettrico - Funzionamento

Presupposti per il funzionamento - Generalità

 Morsetto 15

Motore elettrico - Descrizione generale del funzionamento

La trazione elettrica è costituita dal motore-alternatore (A79/3), dal cambio e dalla centralina di comando elettronica di potenza (N147/2). La gestione della trazione avviene tramite la centralina di comando organi della trasmissione (N127) (centralina di comando master). Questa legge direttamente il segnale del sensore del pedale dell'acceleratore (B37). La gestione dell'energia avviene tramite la centralina di comando elettronica di potenza. Gli altri dati rilevanti ai fini della gestione del veicolo (ad es. posizione del cambio innestata, stato del pedale del freno) vengono letti tramite il CAN autotelaio (CAN E).

Da questi dati la centralina di comando organi della trasmissione rileva il fabbisogno di potenza della trazione elettrica e richiede tale potenza tramite il CAN veicolo (CAN V), la centralina di comando gateway organi della trasmissione (N93/8) e il CAN trazione elettrica (CAN EL) alla centralina di comando elettronica di potenza. La centralina di comando elettronica di potenza attiva tramite il raddrizzatore integrato il motore-alternatore con una tensione alternata trifase e sorveglia il motore-alternatore relativamente alla temperatura e alla coppia motrice generata. Il motore alternatore trasmette la coppia motrice tramite un cambio a rapporti di demoltiplicazione fissi (i = 9,73:1) agli alberi conduttori e alle ruote anteriori.

Per proteggere la trazione elettrica dal surriscaldamento, il motore-alternatore e la centralina di comando elettronica di potenza vengono raffreddati dalla circuito di raffreddamento trazione elettrica e caricabatteria.

Informazioni sul flusso di energia e sullo stato di carica della batteria ad alto voltaggio (G5) sono trasmesse al conducente tramite lo strumento combinato (A1) e il display Audio/COMAND (A40/8).

Il funzionamento del motore elettrico si articola come segue:

 Direzione di marcia

 Cambio

 ESERCIZIO DI MARCIA

 Fase di rilascio dell'acceleratore

 Supporto della rete di bordo

 Scarica rapida alto voltaggio in caso di crash

 Trazione elettrica e circuito di raffreddamento caricabatteria

 Circuito di raffreddamento a bassa temperatura batteria ad alto voltaggio

 Riduzione della potenza

Direzione di marcia

La direzione di marcia viene prescritta dal conducente selezionando la posizione del cambio tramite la leva selettrice DIRECT SELECT (S16/13). La leva selettrice DIRECT SELECT viene letta dalla centralina di comando modulo del piantone dello sterzo (N80). Questa trasmette i segnali d'innesto tramite il CAN autotelaio alla centralina di comando organi della trasmissione

La centralina di comando organi della trasmissione richiede alla centralina di comando elettronica di potenza la direzione di marcia in funzione della posizione della leva selettrice. La centralina di comando elettronica di potenza attiva tramite il raddrizzatore integrato il motore-alternatore con una tensione alternata trifase.

La retromarcia con posizione della leva selettrice "R" viene eseguita mediante inversione del senso di rotazione del motore-alternatore.

Cambio

Il cambio è del tipo a monorapporto fisso con differenziale a ingranaggi conici integrato.

Nel differenziale pignone conico ha luogo l'adattamento della coppia dei pignoni di comando.

L'innesto del bloccaggio in posizione di parcheggio è di tipo puramente elettrico e avviene in assenza di collegamento meccanico della leva selettrice DIRECT SELECT al modulo del bloccaggio di parcheggio nel cambio.

Ulteriori informazioni sull'innesto del bloccaggio in posizione di parcheggio sono contenute nel documento Comando del bloccaggio in posizione di parcheggio - Funzionamento

ESERCIZIO DI MARCIA

Nell'esercizio di marcia avviene la conversione dell'energia elettrica proveniente dalla batterie ad alto voltaggio in energia meccanica di trazione. A tal fine la tensione continua ad alto voltaggio proveniente dalla batteria ad alto voltaggio tramite i cavi elettrici e il distributore di energia ad alto voltaggio (F19/3) viene alimentata alla centralina di comando elettronica di potenza. Nella centralina di comando elettronica di potenza la tensione continua ad alto voltaggio viene trasformata nel raddrizzatore integrato in tensione alternata trifase e alimentata al motore-alternatore. La centralina di comando elettronica di potenza legge e valuta permanentemente la posizione, il n. di giri e la temperatura del motore-alternatore tramite il sensore di posizione rotore motore-alternatore (L20). Inoltre la centralina di comando elettronica di potenza sorveglia lo stato del raddrizzatore integrato nella centralina di comando elettronica di potenza. Lo stato del motore-alternatore e del raddrizzatore viene trasmesso dalla centralina di comando elettronica di potenza tramite il CAN trazione elettrica, la centralina di comando gateway organi della trasmissione e il CAN veicolo alla centralina di comando organi della trasmissione. In base a questi dati la centralina di comando organi della trasmissione ricava dati previsionali relativi alle prestazioni della trazione elettrica.

In base a tali dati previsionali la centralina di comando organi della trasmissione richiede alla centralina di comando elettronica di potenza la potenza prefissata tramite il CAN veicolo, la centralina di comando gateway organi della trasmissione e il CAN trazione elettrica.

La centralina di comando elettronica di potenza regola tramite il raddrizzatore in funzione della potenza prefissata la frequenza e l'ampiezza della tensione alternata, regolando così direttamente la coppia motrice generata.

A seconda della velocità (ricavata dai dati forniti dal sensore n. di giri assale anteriore lato sinistro (L6/1), dal sensore n. di giri assale anteriore lato destro (L6/2), dal sensore n. di giri assale posteriore lato sinistro (L6/3) e dal sensore n. di giri assale posteriore lato destro (L6/4)) e della posizione del pedale dell'acceleratore (ricavata dai dati forniti dal sensore del pedale dell'acceleratore (B37)) nella fascia compresa tra 0 e 30 km/h viene emesso un segnale acustico di avvertimento tramite il generatore di suono del veicolo elettrico (H4/16). Se la velocità è superiore a 30 km/h, il generatore di suono viene disattivato in quanto la rumorosità prodotta dal rotolamento e dal vento di marcia è sufficientemente elevata.

Fase di rilascio dell'acceleratore

Se con il veicolo in movimento il pedale dell'acceleratore non viene azionato, a seconda della situazione di guida il veicolo avanza oppure l'energia cinetica può essere assorbita dal motore-alternatore e trasformata in energia elettrica (recupero). La conversione dell'energia elettrica in coppia frenante meccanica simula la coppia motore in fase di rilascio di un veicolo con motore a combustione e può essere regolata fino a 3 stadi di marcia.

L'energia acquisita nella fase di rilascio serve ad alimentare gli utilizzatori ad alto voltaggio e a caricare la batteria ad alto voltaggio. A tal fine l'energia elettrica generata dal motore-alternatore viene nuovamente alimentata tramite il raddrizzatore alla rete di bordo ad alto voltaggio.

L'unità di comando COLLISION PREVENTION ASSIST (A90) (fino all'anno modello 2015 con CODICE 258 (Collision Prevention Assist), a partire dall'anno modello 2015 con CODICE 258 (COLLISION PREVENTION ASSIST PLUS) o con CODICE 252 (COLLISION PREVENTION ASSIST)) registra la distanza e la velocità relativa rispetto al veicolo che precede e invia tale informazione tramite il CAN autotelaio alla centralina di comando organi della trasmissione. La coppia motore in fase di rilascio viene regolata automaticamente in modo continuo in funzione della situazione di guida all'interno della centralina di comando organi della trasmissione. La fascia di lavoro corrisponde alle posizioni del cambio selezionabili manualmente mediante il tasto sul volante per il passaggio ad una marcia superiore (S111/1) e mediante il tasto sul volante per il passaggio ad una marcia inferiore (S110/1) (con CODICE 428 (Tasti di comando sul volante)). I segnali dei tasti sul volante per il comando del cambio vengono letti tramite l'elettronica del volante (N135), il lIN dello sterzo (LIN E1), la centralina di comando modulo del piantone dello sterzo e il CAN autotelaio e trasmessi alla centralina di comando organi della trasmissione.

Tramite il tasto sul volante per il passaggio ad una marcia superiore o inferiore (con CODICE 428 (Tasti di comando sul volante)) il conducente ha la possibilità di aumentare o ridurre il recupero di energia in fase di rilascio. A tal fine il conducente dispone di 3 posizioni del cambio:

 D+(fase di rilascio)

Marcia senza interventi troppo frequenti sul freno, priva di ostacoli e di curve accentuate. Il veicolo riesce a mantenere la massima energia cinetica possibile.

La zona radar del veicolo viene sorvegliata dall'unità di comando COLLISION PREVENTION ASSIST (fino all'anno modello 2015 con CODICE 258 (Collision Prevention Assist), a partire dall'anno modello 2015 con CODICE 258 (COLLISION PREVENTION ASSIST PLUS) o con CODICE 252 (COLLISION PREVENTION ASSIST)). Se viene rilevato un oggetto, questo dato viene trasmesso tramite il CAN autotelaio alla centralina di comando organi della trasmissione. La centralina di comando organi della trasmissione invia la richiesta di avanzamento per inerzia (fase di rilascio) tramite il CAN veicolo e il CAN trazione elettrica con l'interfaccia della centralina di comando gateway organi della trasmissione alla centralina di comando elettronica di potenza. La centralina di comando elettronica di potenza inibisce l'eventuale precedente attivazione del motore-alternatore (recupero energetico o trazione).

 D

Marcia normale

 D -

Marcia sportiva. Il pedale del freno deve essere usato di meno in quanto l'intensità della decelerazione è maggiore che in D. L'utilizzo dell'energia nella decelerazione è sensibilmente maggiore rispetto a quanto si verifica nella frenata eseguita con il pedale del freno.

 DAUTO

Il livello del recupero viene adattato automatico all'attuale condizione del traffico.

La decelerazione nominale (accelerazione negativa) viene calcolata in base alla velocità e alla distanza dal veicolo che precede. Da ciò si ottiene una forza o una coppia ideale stimata che viene impostata come coppia motore in fase di rilascio. La decelerazione per effetto dell'aumento della coppia di recupero interviene nel caso in cui il proprio veicolo si avvicina ad un veicolo che procede più lentamente, ad un veicolo che sta frenando o che si trova davanti in un tratto in discesa.

La velocità relativa e la distanza vengono registrate dall'unità di comando COLLISION PREVENTION ASSIST (fino all'anno modello 2015 con CODICE 258 (Collision Prevention Assist), a partire dall'anno modello 2015 con CODICE 258 (COLLISION PREVENTION ASSIST PLUS) o con CODICE 252 (COLLISION PREVENTION ASSIST)) e inviate tramite il CAN autotelaio alla centralina di comando organi della trasmissione. La centralina di comando organi della trasmissione calcola la corrispondente decelerazione nominale e invia la richiesta di coppia frenante rigenerativa tramite il CAN veicolo e il CAN trazione elettrica con l'interfaccia della centralina di comando gateway organi della trasmissione alla centralina di comando elettronica di potenza. La centralina di comando elettronica di potenza attiva il motore-alternatore nella sua funzione di organo di trazione.

 Dopo l'inserimento dell'accensione (trasmesso dalla centralina di comando blocchetto di accensione elettronico (N73)) è impostata sempre la posizione del cambio D. Il veicolo si trova sempre in posizione D (recupero moderato).

 Nei veicoli con comandi al volante dopo l'inserimento dell'accensione viene impostata sempre la posizione del cambio DAUTO.

Adattamento automatico del recupero in pendenza (in veicoli senza CODICE 428 (Tasti di comando sul volante) in posizione del cambio D o in veicoli con CODICE 428 (Tasti di comando sul volante) in posizione del cambio DAUTO)

Per limitare l'accelerazione in discesa, la coppia di recupero viene aumentata al fine di ridurre l'accelerazione in misura confortevole.

Il tratto in salita e la coppia frenante richiesta (il dato viene ricavato dall'interruttore luce di arresto (S9/1)) vengono rilevati dalla centralina di comando Programma Elettronico di Stabilità (N30/4) e inviati tramite il CAN autotelaio alla centralina di comando organi della trasmissione. La centralina di comando organi della trasmissione calcola la corrispondente decelerazione nominale e invia la richiesta di coppia frenante rigenerativa tramite il CAN veicolo e il CAN trazione elettrica con l'interfaccia della centralina di comando gateway organi della trasmissione alla centralina di comando elettronica di potenza. La centralina di comando elettronica di potenza attiva il motore-alternatore nella sua funzione di recupero.

Supporto della rete di bordo

La centralina di comando convertitore CC/CC (N83/1) trasforma l'alta tensione al livello della tensione della rete di bordo a 12 V per l'alimentazione delle utenze a 12 V e per caricare la batteria rete di bordo (G1). A tal fine la centralina di comando convertitore CC/CC riceve dalla centralina di comando SAM (N10) tramite CAN un valore nominale di tensione per la rete di bordo a 12 V.

Scarica rapida alto voltaggio in caso di crash

In caso di crash (il separatore pirotecnico (F19/3f750) nel distributore di energia ad alto voltaggio viene innescato oppure segnale di crash sul CAN) in caso di velocità < 20 km/h la trazione elettrica scarica la rete di bordo ad alto voltaggio entro 5 secondi fino a raggiungere una tensione < 60 V. L'energia viene convertita in calore nell'avvolgimento statorico del motore-alternatore.

P08.00-2061-79

P08.00-2112-79

Trazione elettrica e circuito di raffreddamento caricabatteria

Durante la trasformazione dell'energia elettrica in energia cinetica e la conversione delle diverse tipologie di tensione (12 V / alto voltaggio / tensione alternata trifase) si genera secondariamente del calore residuo. Per eliminare questo calore residuo, la trazione elettrica si avvale di un circuito di raffreddamento caricabatteria. Quest'ultimo raffredda attraverso la scatola della trazione elettrica i componenti integrati e cede all'aria ambiente l'energia termica in eccesso tramite il radiatore della trazione elettrica e il circuito di raffreddamento caricabatteria. Se il flusso d'aria non dovesse essere sufficiente, la centralina di comando organi della trasmissione attiva inoltre il motorino del ventilatore.

Per far circolare il liquido di raffreddamento nella trazione elettrica e nel circuito di raffreddamento caricabatteria, la centralina di comando gestione termica (N13) attiva la pompa liquido di raffreddamento trazione elettrica e il caricabatteria in base alla temperatura dell'elettronica di potenza, della centralina di comando caricabatteria (valutata internamente) e alla temperatura della trazione elettrica e del circuito di raffreddamento caricabatteria (misurata tramite il sensore temperatura del liquido di raffreddamento trazione). La centralina di comando gestione termica sorveglia inoltre la pompa liquido di raffreddamento trazione elettrica e caricabatteria.

Circuito di raffreddamento a bassa temperatura batteria ad alto voltaggio

Per far circolare il liquido di raffreddamento nel circuito di raffreddamento a bassa temperatura batteria alto voltaggio la centralina di comando gestione termica attiva la pompa liquido di raffreddamento 1 raffreddamento batteria e la pompa liquido di raffreddamento 2 raffreddamento batteria in base alla temperatura della batteria ad alto voltaggio (valutata internamente) e alla temperatura del circuito di raffreddamento a bassa temperatura batteria alto voltaggio, (misurata tramite il sensore temperatura del liquido di raffreddamento a monte della batteria ad alto voltaggio e il sensore temperatura del liquido di raffreddamento a valle della batteria ad alto voltaggio). La centralina di comando gestione termica sorveglia inoltre la pompa liquido di raffreddamento 1 raffreddamento batteria e la pompa liquido di raffreddamento 2 raffreddamento batteria.

Se il raffreddamento ottenuto cedendo l'energia termica tramite il radiatore del circuito di raffreddamento batteria alto voltaggio è insufficiente (ad es. a causa dell'elevata temperatura ambiente), per il raffreddamento del circuito di raffreddamento a bassa temperatura batteria alto voltaggio tramite lo scambiatore di calore viene richiesto anche l'intervento del circuito del fluido refrigerante. A tal fine la centralina di comando gestione termica attiva la valvola di commutazione pompa liquido di raffreddamento batteria. Il liquido di raffreddamento passa attraverso lo scambiatore di calore e consente in tal modo di cedere l'energia termica al circuito del fluido refrigerante.

A tal fine la centralina di comando gestione termica invia la richiesta di inserimento del compressore elettrico del fluido refrigerante (A9/5) tramite il CAN trazione elettrica, la centralina di comando gateway organi della trasmissione, il CAN veicolo, la centralina di comando organi della trasmissione, il CAN autotelaio, la centralina di comando blocchetto di accensione elettronico e il CAN abitacolo (CAN B) all'apparecchiatura di controllo e di comando climatizzatore automatico (N22/7). L'apparecchiatura di controllo e di comando climatizzatore automatico attiva il compressore elettrico del fluido refrigerante tramite il LIN controllo del climatizzatore (LIN B8-1). Lo scambiatore di calore viene raffreddato che così sottrae l'energia termica al liquido di raffreddamento del circuito di raffreddamento a bassa temperatura batteria alto voltaggio.

Riduzione della potenza

La trazione elettrica limita la coppia effettiva o riduce la massima potenza possibile e la velocità nelle seguenti condizioni:

 Surriscaldamento del motore-alternatore (temperatura avvolgitore > 180 °C)

 Frequenti fasi di accelerazione in rapida sequenza

 Surriscaldamento dell'elettronica di potenza (temperatura convertitore di frequenza > 100 °C)

 Temperatura in entrata eccessiva del liquido di raffreddamento a bassa temperatura (valore calcolato internamente > 80 °C)

 Guasto riconosciuto sulla pompa del liquido di raffreddamento a bassa temperatura

 Riconosciuti sensori di temperatura difettosi

 Livello del liquido di raffreddamento troppo basso

 Riconosciuta batteria ad alto voltaggio difettosa

 Riduzione di potenza a causa della insufficiente (< 0°C) o eccessiva (> 50°C) temperatura della batteria ad alto voltaggio

 Riduzione di potenza a causa dell'insufficiente stato di carica della batteria ad alto voltaggio

 Riduzione di potenza in caso di eccessivo assorbimento di corrente dalla batteria ad alto voltaggio

 La potenza disponibile della trazione elettrica viene visualizzata nello strumento combinato tramite il "Wattmetro".

Sorveglianza

L'intero sistema di sorveglianza è integrato nella centralina di comando organi della trasmissione.

Il sistema di sorveglianza della centralina di comando organi della trasmissione è organizzato nei seguenti tre livelli:

 Livello di funzione (livello 1)

 Primo livello di sorveglianza (livello 2)

 Secondo livello di sorveglianza (livello 3)

Mentre nel livello di funzione sono comprese tutte le funzioni della trazione elettrica implementate nella centralina di comando organi della trasmissione, gli altri livelli servono a sorvegliare il sistema e quindi a garantire la sicurezza di funzionamento ed un comportamento plausibile del veicolo.

Sorveglianza delle funzioni delle centraline di comando

Il primo livello di sorveglianza (livello 2) comprende il confronto valore nominale/effettivo relativamente alla coppia richiesta dal conducente (posizione del pedale dell'acceleratore) e alla coppia motrice.

Bella centralina di comando organi della trasmissione il livello 2 controlla se la coppia motrice generata è superiore a quella richiesta dal conducente tramite il sensore del pedale dell'acceleratore. In questo caso si presuppone la presenza di un guasto nella centralina di comando organi della trasmissione e la trazione elettrica viene disattivata.

All'interno della centralina di comando organi della trasmissione il livello 2 prevede inoltre di controllare se la coppia motrice richiesta dalla centralina di comando organi della trasmissione tramite la rete CAN risulta sempre maggiore della coppia motore generata dal motore-alternatore calcolata in base ai flussi di corrente e all'angolazione del rotore. In questo caso il motore-'alternatore viene commutato dalla centralina di comando elettronica di potenza in modalità passiva.

Funzione di sorveglianza implementata nell'hardware del sistema di sorveglianza delle centraline di comando

Il secondo livello di sorveglianza (livello 3) consiste nella sorveglianza hardware autonoma. Questo livello utilizza un computer di controllo che verifica le funzioni base del primo livello di sorveglianza all'interno della centralina di comando organi della trasmissione (controllo del controllore).