Konventioneller Antriebsstrang und Hybridantriebe (eBook)

Die Autoren Fachwissen aus erster Hand wird durch die Ingenieure der Bosch-Entwicklungsabteilung garantiert, die den Inhalt als Autoren erarbeitet haben. Der Herausgeber Prof. Dr.-Ing. Konrad Reif leitet den Studiengang Fahrzeugelektronik und Mechatronische Systeme an der Dualen Hochschule Baden-Württemberg, Ravensburg, Campus Friedrichshafen. Er ist Lehrbeauftragter an der Technischen Universität München, Herausgeber der Schriftenreihe Bosch Fachinformation Automobil sowie des Handbuches Kraftfahrzeugelektronik. Er verantwortet als Schriftleiter das Bosch Kraftfahrtechnische Taschenbuch und ist Autor des Fachbuches Automobilelektronik.

Vorwort 5
Inhaltsverzeichnis 6
Autorenverzeichnis 8
Hybridantriebe 9
Prinzip 9
Betriebsmodi 10
Start/Stopp-Funktion 12
Hybridisierungsgrade 13
Antriebskonfigurationen 15
Betrieb von Hybridfahrzeugen 22
Hybridsteuerung 22
Betriebsstrategien für Hybridfahrzeuge 23
Betriebspunktoptimierung 25
Auslegung des Verbrennungsmotors 28
Regeneratives Bremssystem 31
Strategien der regenerativen Bremsung 31
Elektroantriebe für Hybridfahrzeuge 35
Antriebe für Parallelhybrid- Fahrzeuge 35
E-Maschine für den IMG-Antrieb 36
Steuergerät für Hybridantriebe 41
DC/DC-Wandler für die 12- V-Versorgung 44
Funktionen des E-Antriebs 45
Bordnetze für Hybridfahrzeuge 47
Bordnetze für Fahrzeuge mit Start/Stopp-System 47
Bordnetze für Mild- und Full-Hybridfahrzeuge 49
Aufbau des Batteriesystems 52
Batteriemanagementsystem 54
Elektrische Energiespeicher 57
Brennstoffzellen für den Kfz-Antrieb 60
Funktionsprinzip 60
Hybridisierte Brennstoffzellen-Fahrzeuge 63
Betrieb des BZ-Systems 64
Komponenten des Brennstoffzellensystems 68
Wasserstoffspeicherung für mobile Anwendungen 74
Alternative Kraftstoffe 77
Einsatz alternativer Kraftstoffe im Kfz 77
Alternative Kraftstoffe für Dieselmotoren 80
Alternative Kraftstoffe für Ottomotoren 84
Well-to-Wheel-Analyse 92
Getriebe für Kraftfahrzeuge 97
Getriebe im Triebstrang 97
Anforderungen an Getriebe 99
Handschaltgetriebe 100
Automatisierte Schaltgetriebe (AST) 101
Doppelkupplungsgetriebe (DKG) 105
Automatische Getriebe (AT) 107
Stufenlose Getriebe (CVT) 115
Toroidgetriebe 121
Elektronische Getriebesteuerung 123
Triebstrangmanagement 123
Markttrends 124
Steuerung automatisierter Schaltgetriebe AST 125
Steuerung von Automatikgetrieben 129
Steuerung stufenloser Getriebe 145
Sensoren 147
Einsatz im Kfz 147
Getriebe-Drehzahlsensoren 148
Mikromechanische Drucksensoren 149
Temperatursensoren 152
Positionssensor für Getriebesteuerung 153
Sensorsignalverarbeitung 154
Signalaufbereitung (Auswerte-IC) 154
Steuergerät 155
Einsatzbedingungen 155
Aufbau 155
Datenverarbeitung 155
Steuergeräte für die elektronische Getriebesteuerung 161
Thermo-Management 168
Prozesse und Tools in der Steuergeräteentwicklung 170
Softwareentwicklung 171
Elektrohydraulische Aktuatoren 185
Anwendung und Aufgabe 185
Anforderungen 185
Aufbau und Arbeitsweise 186
Aktuatorausführungen 187
Simulationen in der Entwicklung 196
Module für Getriebesteuerung 199
Anwendung 199
Modulausführungen 200
Literaturverzeichnis 203
Abkürzungen 204
Sachwortverzeichnis 206

Regeneratives Bremssystem (S. 32-33)

Beim regenerativen Bremsen wird kinetische Energie der Antriebsräder durch die E-Maschine - die dafür generatorisch betrieben wird - in elektrische Energie umgewandelt. So kann ein Teil der Energie, die beim Bremsen normalerweise als Reibungswärme verloren geht, in Form von elektrischer Energie in die Batterie eingespeist und anschließend genutzt werden. Gleichzeitig wird durch den generatorischen Betrieb der E-Maschine eine das Fahrzeug abbremsende Wirkung erzielt.

Zur besseren Nutzung eines Hybridantriebssystems ist es notwendig, den elektrischen Energiespeicher effizient laden zu können. Hinreichende elektrische Energie muss zur Verfügung gestellt werden für die unter bestimmten Umständen häufig auftretenden Wiederstarts der Verbrennungsmaschine beim Start/Stopp- System, die elektrische Momentenunterstützung oder den elektrischen Fahrbetrieb bei Mild- und Full-Hybrid-Systemen.

Die elektrische Energie zum Laden der Batterie kann zum einen durch eine Lasterhöhung der Verbrennungsmaschine und durch den Betrieb des Elektromotors als Generator aufgebracht werden. Zum anderen ist eine Nutzung der kinetischen Energie des Fahrzeuges während Verzögerungsvorgängen sinnvoll. Diese Energie wird bei konventionellen Fahrzeugen entweder durch das Motorschleppmoment oder bei Betätigung des Bremspedals durch die Fahrzeugbetriebsbremse in Wärme umgewandelt. Hybridfahrzeuge eröffnen durch generatorische Nutzung des Elektromotors die Möglichkeit, zumindest einen Teil der Energie zurückzugewinnen und sie entweder elektrischen Verbrauchern oder dem elektrischen Antrieb des Fahrzeuges zuzuführen.

Dieser Vorgang wird regeneratives oder rekuperatives Bremsen genannt. Strategien der regenerativen Bremsung Prinzip Bei einem Full Hybrid wird zum regenerativen Bremsen der Verbrennungsmotor abgekoppelt und das Schleppmoment durch ein äquivalentes generatorisches Moment des Elektromotors ersetzt (Schleppmomentensimulation).

Die frei werdende Energie wird gespeichert. Lässt sich der Verbrennungsmotor nicht abkoppeln (wie bei einem Mild Hybrid), kann alternativ ein geringeres generatorisches Moment zusätzlich zum Schleppmoment des Verbrennungsmotors auf den Triebstrang aufgeprägt werden (Schleppmomentenerhöhung). Unter Berücksichtigung des Fahrverhaltens lassen sich durch Schleppmomentensimulation bzw. -erhöhung jedoch keine großen Verzögerungen umsetzen. Problematisch ist das bei den einzelnen Bremsvorgängen unterschiedliche regenerative Bremsmoment und die daraus resultierende unterschiedliche Bremsleistung. Diese muss dem Ladezustand der Batterie und der thermischen Belastung des elektrischen Antriebs angepasst werden.