FEVs A48V Konzeptfahrzeug

Das konventionelle 12 V-Bordnetz des Serienfahrzeugs wurde um ein 48 V-Leistungs-Bordnetz erweitert. Dieses umfasst neben einer leistungsstarken 48 V-Batterie und einem DC/DC-Wandler zur Versorgung des 12 V-Systems auch einen hocheffizienten Riemenstartergenerator, der die traditionelle Lichtmaschine ersetzt und die elektrischen Systeme mit Energie versorgt. Gleichzeitig kann der Riemenstartergenerator den Verbrennungsmotor mit einem elektrischen Drehmoment unterstützen und in Verbindung mit einem elektrischen Zusatzverdichter das Ansprechverhalten unabhängig vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors signifikant verbessern.

Software Architecture
Als Entwicklungsdienstleister mit ausgeprägten Kompetenzen im Bereich der Elektrifizierung und Fahrzeugelektronik hat FEV in ihrem Konzeptfahrzeug eine effiziente Mild-Hybridisierung von der mechanischen über die elektrische Auslegung und Integration bis hin zur optimalen Betriebsstrategie umgesetzt. Die Steuerungssoftware auf Basis der FEV PERSIST Softwarearchitektur wurde von FEV Ingenieuren entwickelt.

Diese wird beim A48V-Konzeptfahrzeug auf einem Rapid-Control-Prototyping-Steuergerät ausgeführt und übernimmt sowohl die Regelung des 48 V-Systems als auch die Koordination übergeordneter Funktionen wie dem Mild-Hybrid-Boosting oder der prädiktiven Segel- und Rekuperationsstrategie. Aufgrund der ausgeprägten Komponentenorientierung ist die Softwarearchitektur sehr flexibel und modular erweiterbar.

Rekuperation
Zur Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie wird die E-Maschine als Generator betrieben. Die zur Stromerzeugung notwendige mechanische Energie kann entweder durch den Verbrennungsmotor erzeugt oder während eines Bremsmanövers durch die kinetische Energie des Fahrzeugs geliefert werden. Dabei speist der Riemenstartergenerator über den Gleichspannungswandler das 12 V-Bordnetz und lädt zeitgleich die 48 V-Batterie.

Der Rekuperationsbetrieb kann durch den Fahrer durch Betätigung der Bremse oder durch einen prädiktiven Algorithmus eingeleitet werden, welcher die aktuelle Verkehrssituation berücksichtigt und ein Bremsmanöver im Idealfall ohne Nutzung der mechanischen Bremsanlage durchführt. Hierdurch kann die Effizienz der Rekuperationsfunktion noch einmal deutlich gesteigert werden.

Komfort Stop/Start
Der Riemenstartergenerator ermöglicht einen sehr komfortablen und schnellen Start des Verbrennungsmotors. Das hohe Drehmomentvermögen stellt auch bei niedrigen Außentemperaturen ein schnelles Erreichen der Leerlaufdrehzahl sicher, so dass komfortbeeinträchtigende Resonanzen, wie sie bei konventionellen 12 V- Stopp/Start-Systemen auftreten können, für den Fahrer nicht mehr wahrnehmbar sind. Verglichen mit dem konventionellen Startsystem des A45 AMG, kann mit Hilfe eines Riemenstartergenerators je nach Kalibrierung die Startzeit um bis zu zwei Drittel, die für den Start benötigte Energiemenge oder das Überschwingen der Drehzahl des Verbrennungsmotors reduziert werden. Erst die deutlich reduzierte Startzeit erlaubt den Einsatz einer Segelfunktion, bei der der Verbrennungsmotor abgeschaltet werden kann, da dieser bei einem Beschleunigungswunsch des Fahrers nahezu verzögerungsfrei wieder gestartet werden kann.

Mild-Hybrid-Boosting
Sowohl der elektrische Zusatzverdichter als auch der Riemenstartergenerator werden beim A48V genutzt, um insbesondere bei niedrigen Drehzahlen das Ansprechverhalten sowie das verfügbare Drehmoment zu steigern. Der Einsatz eines elektrischen Verdichters ermöglicht einen nahezu verzögerungsfreien Ladedruckaufbau in Betriebsbereichen, in denen der Abgasturbolader prinzipbedingt Schwächen aufweist. So kann das maximale Drehmoment bereits bei 1.600 U/min und somit 650 U/min früher erreicht werden als beim A45 AMG. Mit Hilfe des Riemenstartergenerators kann blitzschnell Drehmoment aufgebaut werden, was das Fahrzeug und den Fahreindruck sehr viel agiler macht.
In Kombination kann durch den Einsatz von Riemenstartergenerator und elektrischem Zusatzverdichter das effektiv nutzbare Drehzahlband nach unten erweitert werden und ermöglicht so umfassenderes Downsizing oder Downspeeding.

Segeln
Im Schubbetrieb, in dem der Verbrennungsmotor zwar mitgeschleppt wird, aber keinen Vortrieb liefern muss, ist es aus energetischer Sicht sinnvoll, die Getriebekupplung zu öffnen und so den Motor vom restlichen Antrieb zu entkoppeln. So kann die kinetische Energie des Fahrzeugs effizienter zur Überwindung der Fahrwiderstände genutzt werden, da die Reibleistung des Verbrennungsmotors nicht zusätzlich überwunden werden muss. Der Verbrennungsmotor wird dabei entweder im Leerlauf betrieben, in dem die Reibleistung aufgrund der geringeren Drehzahl niedriger ist, oder komplett abgeschaltet. Die Abschaltung des Verbrennungsmotors erfordert ein besonders komfortables und schnelles Startsystem, um die Akzeptanz des Fahrers für eine solche Funktion zu gewährleisten. Ein 48 V-Riemenstartergenerator bietet diese Möglichkeit.

Zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs ist der A48V mit einer Segelfunktion ausgestattet, bei der der Verbrennungsmotor abgeschaltet werden kann. Während des Segelbetriebs werden die elektrischen Systeme aus der 48 V-Batterie versorgt. Dazu zählt unter anderem eine elektrische Vakuumpumpe, welche auch bei abgeschaltetem Motor den Betrieb des Bremskraftverstärkers und der Servolenkung sicherstellt.

Prädiktive Funktionen
Um die Effizienzvorteile der Segelfunktion optimal zu nutzen und die Akzeptanz des Fahrers zu steigern, ist das Fahrzeug mit einem prädiktiven Algorithmus ausgestattet, welcher auf Basis eines kamerabasierten Sensorsystems, welches die aktuelle Verkehrssituation analysiert, entscheidet, ob der Segel- oder Rekuperationsbetrieb energetisch sinnvoller ist. Bei ungestörter Fahrt wird die Funktion automatisch den Segelbetrieb einleiten und des Verbrennungsmotor abstellen.

Wird ein anderer Verkehrsteilnehmer erkannt, prädiziert die Funktion den Geschwindigkeitsverlauf des A48V und entscheidet ob der Rekuperationsbetrieb zur Vermeidung einer Abstandsunterschreitung eingeleitet werden muss. In diesem Fall übernimmt die Funktion die Regelung des Rekuperationsmoments, mit dem Ziel, den A48V ohne Eingriff des Fahrers und somit ohne Einsatz der mechanischen Bremsanlage zu verzögern, wodurch das energetische Potential optimal genutzt werden kann.