A&T 12/2021

12 | DEZEMBER 2021

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FACHWISSEN Hybridantriebe Hybridantriebe können anhand ihres Hybridisierungsgrades oder aber nach der Anordnung der drehmomentaktiven Baugruppen entlang des Antriebsstranges unterschieden werden, wobei das Zusammengehen von mechanischem und elektrischem Drehmoment technisch ziemlich trickreich sein kann.

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88 12/21 NEWS

BENTELER

ELEKTRISCH BEHEIZTER KATALYSATOR FÜR EURO 7 Bild: Benteler

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oraussichtlich 2025 tritt die Euro-7-Abgasnorm für Verbrennermotoren in Kraft.

Deren exakten Vorgaben stehen zwar noch nicht fest, unter anderem wird es aber erforderlich sein, dass die Abgasanlage sofort nach dem Start des Motors eine hoch effektive Schadstoffreinigung gewährleistet. Hierzu entwickelt der Metall-Prozess-Spezialist Benteler zusammen mit den Experten für Metallträger und Katalysatorsysteme der Oberland Mangold GmbH einen elektrisch beheizten Katalysator, der den Schadstoffausstoss während des Kaltstarts fast auf null senkt.

Eine gewickelte Metallstruktur bildet den zentralen Bestandteil des elektrisch beheizten Katalysators, der zwischen Turbolader und eigentlichem Katalysator in die Ab-

Der elektrisch beheizte Katalysator besteht aus einer gestapelten Metallstruktur, die zwischen Turbolader und eigentlichem Katalysator eingeschweisst ist.

gasanlage eingeschweisst wird und sich für alle Automobile mit Verbrennungsmotor eignet – egal, ob Benziner, Diesel- oder Hybridantrieb.

Die gewickelte Metallstruktur besteht aus hauchdünnen, maximal 50 Mikrometer starken Folien. Das Wickeln erfordert höchste Präzision und spezialisiertes Know-how. So nutzt Benteler eine vorvalidierte Wickelund Vakuum-Löttechnik, was Entwicklungsarbeit, Kosten und Zeit spart. Automobilhersteller als Kunden profitieren dadurch auch von einer baldigen Marktreife, um frühzeitig auf die strengen Vorgaben der Euro-7-Abgasnorm reagieren zu können. Als erfahrener Partner der Automobilindustrie beherrscht Benteler Automotive zudem die weltweite Produktion in grossen Stückzahlen. (pd/sag)

UFI FILTERS

DOPPELTE AIRBOX MIT RÖHREN-LUFTFILTERSYSTEM Bild: UFI Filters

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ie OE-Kompetenz von UFI Filters wird um eine wichtige Kooperation mit der Mercedes-Benz AG erweitert: Die Motorluftfilter-Technologie UFI Multitube wird die neue Mercedes-Maybach S-Klasse mit einer doppelten Airbox ausstatten. Da der Motorraum des Fahrzeugs, in dem der leistungsstarke V12-Motor verbaut ist, nur wenig vertikalen Platz für den Durchlass von gefilterter und sauberer Luft bietet, hat UFI Filters eine massgeschneiderte Lösung entwickelt, die sich an die spezifischen Bedürfnisse des Modells anpasst. Die doppelte Airbox ist jeweils mit einem UFI-MultitubeRöhrensystem ausgestattet, wodurch der Platzbedarf minimiert und die Strömungsdynamik optimiert wird.

Die doppelte Airbox der Mercedes-Maybach S-Klasse ist jeweils mit einem UFI-Multitube-Röhrensystem ausgestattet.

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Im Vergleich zu traditionellen Luftfiltersystemen sorgt UFI Multitube für eine Verringerung der Druck- und Energieverluste, wodurch der Motor eine höhere Leistung generieren kann und somit die Emissionen und der Verbrauch gesenkt werden können. UFI Multitube hat diese Vorteile bereits bei verschiedenen Anwendungen unter Beweis gestellt und bei einigen Fahrzeugen eine Leistungssteigerung von bis zu 4 % ermöglicht. DieTechnologie reduziert nicht nur Druckverluste im Ansaugsystem, sondern bietet auch eine hohe Wasser- und Feuerfestigkeit – das eingesetzte Filtermedium «Formula­ UFI.EXTREME», ein hydrophobes Filtermaterial auf synthetischer Basis, bildet einen für Wassertropfen und Feuchtigkeit undurchlässigen Tiefenfilter. (pd/sag)

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NEWS 12/21 89

BILSTEIN ACADEMY

SELBSTSTÄNDIG DURCHFÜHRBARE E-TRAININGS Bild: Bilstein

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ie Bilstein Academy führt ihre Fahrwerk-Trainings seit 2021 ganz regulär und kostenfrei auch im Internet durch. Das virtuelle Klassenzimmer mit Live-Kursen und professionellen Trainern hat sich dabei zu einer beliebten Alternative zum Präsenzunterricht entwickelt. Nun möchte die Academy die Hürden mit einer dritten Alternative weiter senken und bietet über ihre Website autonom durchführbare und ebenfalls kostenfreie E-Trainings an, die jeweils 20 bis 30 Minuten dauern.

Hier wird anhand von Präsentationsfolien und einem Fragenkatalog Fahrwerkwissen kompakt vermittelt und anschliessend im Zuge der Lernzielkontrolle automatisch abgefragt. Dabei kommt die bewährte Lernplattform ILIAS zum Einsatz.

Die kostenfreien E-Trainings dauern jeweils ca. 30 Minuten und vermitteln anhand von Präsentationsfolien und einem Fragenkatalog Fahrwerkwissen in kompakter Form.

Bei einem guten Ergebnis erhält der Teilnehmer direkt im Anschluss an das E-Training ein Zertifikat, das man sich ausdrucken kann.

Bei den E-Trainings wird es hauptsächlich öffentliche Schulungen geben, die jeder Werkstattmitarbeiter besuchen kann. Daneben besteht ein geschlossener Bereich für das Trainthe-Trainer-Programm. Zum Start sind die allgemein zugänglichen Kurse «Grundlagen der Fahrwerktechnik» und «Der Fahrwerktest und Schadensdiagnose» in Deutsch und Englisch verfügbar, die Angebote «Passive Dämpfungssysteme», «Aktive Dämpfungssysteme», «Die Bilstein-Produkte für den Serienersatz» und «Luftfedersysteme» werden in Kürze folgen. (pd/sag) workshop.bilstein.com/de/ trainings-schulungen/

SCHAEFFLER REPXPERT

ONLINEPORTAL FÜR FREIE WERKSTÄTTEN IN NEUEM LOOK Bild: Schaeffler

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chaeffler hat sein Werkstattportal einem Relaunch unterzogen und mit der Version Repxpert 3.0 auf ein neues Level gehoben. Zahlreiche technische Informationen und Reparaturdaten, eine Übersicht über das Schulungsangebot, News und Events sind für jeden WebsiteBesucher frei zugänglich. Registrierte Nutzer können zudem auf den kompletten Aftermarket-Teilekatalog mit allen Herstellerdaten zugreifen und sehen ihre letzten Aktivitäten. Ein personalisierter Einstieg mit dem eigenen Dashboard zeigt alle relevanten Bereiche auf einen Blick.

Das überarbeitete Navigationsmenü und die neue, globale Suche im Katalog und in den technischen Informationen führen schnell zu den gewünschten Inhalten.

Reparaturdaten, technische Informationen, Schulungen und vieles mehr: Mit dem neuen Repxpert 3.0 erleichtert Schaeffler Werkstätten den Arbeitsalltag.

Werkstätten stehen darüber hinaus das Bonusprogramm, das komplette Angebot an Reparaturdaten inklusive der fahrzeugspezifischen Reparaturdaten RMI von TecAlliance und die Anmeldung zu Schulungen zur Verfügung. Im neu gestalteten Trainingsbereich vermitteln die zahlreichen Repxpert-Schulungen interessierten Werkstätten umfangreiches Theorie- und Praxiswissen. Präsenztrainings, Online-Schulungen und E-Learnings sind entweder direkt abrufbar oder per Online-Anmeldung buchbar. Zusätzlich bietet Repxpert ein tiefer gehendes Angebot an technischen Informationen wie Einbauvideos, Schritt-für-Schritt-Anleitungen, Werkstatt-Tipps sowie Hilfen bei typischen Einbaufehlern. (pd/sag) www.repxpert.de

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90 12/21 FACHWISSEN Hybridantriebe

ZWISCHENLÖSUNGEN? Hybridisch angetriebene Fahrzeuge verbreiten sich zusehends und treffen häufig den Geschmack der Kunden. Der niedrige Verbrauch und die Gewissheit, etwas für die Umwelt zu tun, ohne Einbussen in den Fahrgewohnheiten zu erleben – das scheint im Moment salonfähig. Doch technisch ist das ­Zusammengehen von mechanischem und elektrischem Drehmoment häufig ziemlich trickreich.

Text: Andreas Lerch | Bilder: Audi, BMW, Schaeffler, Toyota, Lerch

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ährend von der poli­tischen Seite aus­ schliesslich nach der Elektromobilität ge­rufen wird, sprechen sich Wissenschaftler noch immer dafür aus, dass – zumindest in der nächsten Zeit – alle CO2-neutralen Antriebsmöglichkeiten nebeneinander bestehen müssten, um der umweltfreundlichen Mobilität zum Durchbruch zu verhelfen. Neben der Elektromobilität und der Wasserstoffmobilität könnten dabei auch synthetische Treibstoffe mithelfen.

Der grösste Vorteil dieser E-Fuels ist, dass sie die bestehende Infrastruktur weiter nutzen würden. Hybride Antriebe können so lange Reichweite garantieren, bis Batterien auch diese Anforderungen erfüllen können und die Elektromobilität eventuell für alle Nutzer brauchbar und befriedigend sein wird.

Vorteile von Hybrid Der Hybridantrieb verbindet die guten Eigenschaften des Verbrennungsmotors (Reichweite, Leistungsfähigkeit) mit jenen des elektrischen Antriebs (lokale Emissionsfreiheit und gutes Drehmoment bei tiefen Drehzahlen).

Durch das Zusammenspiel der beiden Antriebe können weitere Antriebsoder Verbrauchs- bzw. Emissionsvorteile generiert werden: • Start-Stopp-Funktion (Vermeidung von Leerlaufverlusten) • Rein elektrisches Fahren (lokale Emissionsfreiheit) • Boostfunktion (Drehmomentbzw. Leistungsaddition) • Rekuperationsfunktion (Umwandlung der kinetischen

Fahrzeugenergie in elektrische Energie) • Lastpunktverschiebung (dadurch wird der Verbrennungsmotor vermehrt in den verbrauchsgünstigsten Betriebsbereichen betrieben) • Der Verbrennungsmotor wird vermehrt zur Grundlastversorgung und für die Reichweitenverlängerung eingesetzt. Extreme Fahrbereiche im niederen Lastbereich werden elektrisch und im hohen Lastbereich werden sie verbrennungsmotorisch und elektrisch angefahren. So vermindern sich die ausgedehnten Drehzahl- und Lastvariabilitäten des Verbrennungsmotors und e ­ r kann verbrauchs- und emissionsmässig optimiert werden.

• Segeln, Coasting (Rollen des Fahrzeugs bei beliebiger Geschwindigkeit ohne Antrieb und bei abge­koppeltem und ausgeschaltetem Verbrennungsmotor)

Konzepte Hybridantriebe können anhand ihres Hybridisierungsgrades oder aber nach der Anordnung der drehmomentaktiven Baugruppen entlang des Antriebsstranges unterschieden werden. Der Hybridisierungsgrad ist als Verhältnis zwischen der elektrischen Antriebsleistung und der verbrennungsmotorischen Leistung definiert.

Dabei wird zwischen Mikro-, Mild-, Full- und Plug-in-Hybrid unterschieden. An dieser Stelle gehen wir auf die Unterscheidung gemäss den Bauteilanordnungen vor.

Serieller Hybrid Unter einem seriellen Hybridantrieb hat man ursprünglich einen Verbrennungsmotor verstanden, welcher über einen Generator einen Elektromotor betrieben hat. Ob sich zwischen den beiden E-Maschinen noch eine Bat­terie befand oder nicht, war weniger wichtig. Heute hat sich die Betrachtungsweise verändert.

Eine Batterie gehört unbedingt dazu. Je kleiner jedoch die Batterie ist, desto grösser müssen die drei Motoren werden: Ohne Batterie müssen Verbrennungsmotor, Generator und E-Motor ungefähr die gleiche Leistung aufweisen. Ist eine grosse Batterie verbaut, können Verbrennungsmotor und Generator kleiner ausfallen, denn in diesem Fall handelt es sich eigentlich um ein

• E-Segeln, aktives Segeln (Rollen des Fahrzeuges, abgekoppelter, ausgeschalteter Verbrennungsmotor, elektrische Konstanthaltung der Geschwindigkeit)

Bild 1. Auf der Weltausstellung in Paris wurde im Jahr 1900 ein Hybridfahrzeug ­ausgestellt, welches vom damals 25-jährigen Ferdinand Porsche in der k.u.k.-Hofwagen-Fabrik Jakob Lohner & Co in Wien-Floridsdorf entwickelt und konstruiert wurde.

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• Klimatisierung (ist der Verbrennungsmotor ausgeschaltet und HVAC eingeschaltet, müssen diese Systeme mit elektrischer Energie versorgt werden.

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Bild 2. Ein serieller Hybrid hat keine ­mechanische Verbindung zwischen ­Verbrennungsmotor und Achsantrieb.

FACHWISSEN 12/21 91

• P4 liegt die E-Maschine auf der Hinterachse. Ähnlich ist • P5, einfach mit Radnabenmotoren. Diese Variante wurde von der Firma Schaeffler ins Spiel gebracht, bis heute gibt es jedoch keine Serienanwendung, da der Radnabenantrieb eher mit vollelektrischen Antrieben in Verbindung gebracht wird als mit Hybriden.

Bild 3. Der Audi A1 e-tron stellte einen interessanten seriellen Hybrid bzw. einen Range Extender dar. 1 Range-Extender-Modul – 2 Abgasanlage – 3 Treibstofftank – 4 Hochvolt-Batteriemodul – 5 Hochvoltleitungen – 6 Leistungselektronik – 7 Ladegerät – 8 12-V-Batterie – 9 Traktionsmotor und Achsantrieb.

Elektrofahrzeug, welches zur Not noch seriell betrieben werden kann (= Range Extender). Der im Bild 3 gezeigte Audi-A1-e-tron-Prototyp war ein typisches Beispiel dieser Variante. Er besass eine Batterie für eine elektrische Reichweite von ca.

50 km. Das war vor zehn Jahren kein schlechter Wert. Daneben war im Kofferraum ein kleiner EinscheibenWankelmotor mit einem Hubvolumen von 254 cm3 verbaut. Über einen 15-kW-Generator konnte die Batterie nachgeladen und so im schlimmsten Fall der Nachhauseweg angetreten werden. Heute sind so­ wohl die seriellen Hybridantriebe wie auch die Range Extender nicht mehr in Mode. Die Batterieentwicklung hat grosse Fortschritte gemacht und die Reichweiten haben sich gegenüber dem Audi-Prototyp mehr als vervierfacht.

Parallelhybrid Parallelhybride Antriebe sind dagegen im Trend. Sie werden von P0 bis P4, in einzelnen Fällen auch bis P5 unterschieden. Am Antriebsstrang wird eine E-Maschine angebaut, welche den Antriebsstrang mit zusätzlichem Drehmoment unterstützen (boosten) oder von ihm Drehmoment abnehmen kann (rekuperieren, Lastpunkt verschieben). Je nach Lage der EMaschine kann auch elektrisch gefahren werden.

• P0 ist die einfachste Variante und wird häufig bei 48-Volt-Anlagen eingesetzt. Die E-Maschine ersetzt den Alternator und übernimmt die Aufgabe des Starters.

P0-Hybridantriebe sind verbreitet und finden sich bei fast allen Herstellern in der Produktion.

Verknüpfungen und Spezialanfertigungen gibt es zu den aufgezählten Parallelhybrid­ varianten auch. Die Variante

tens permanenterregte Synchronmaschinen eingebaut. Diese weisen schon bei kleinen Drehzahlen grosse Drehmomente und gute Wirkungsgrade auf. Bei der Zweiwellenlösung werden der Verbrennungsmotor und der Elektromotor auf unterschiedlichen Getriebewellen miteinander gekoppelt. Interessant ist dabei, dass bei dieser drehmomentverzweigten Hy­bridvariante (Parallel Torque Split PTS) die Drehmomente über Zahnradpaarungen einander zugeführt werden und so die beiden Motoren in ihren wirkungsgradoptimierten Bereichen laufen können und sich nicht der eine Motor an die Drehzahl des anderen anpassen muss.

• P12 enthält zwei E-Maschinen zwischen Motor und Getriebe und dazwischen eine Kupplung und bei

Dedizierte Getriebe Renault hat für das Modell Clio ein spezielles Hybridgetriebe entwickelt (Bild 6). Im «Fachjargon» heisst das • P14 versorgt der VerbrenDHT (Dedicated Hybrid Transmission) nungsmotor die eine Achse mit und meint nicht, dass im Getriebe eine oder in diesem Fall zwei EDrehmoment und über eine Elektromaschine die E-Achse mit Maschinen eingebaut sind, sondern, • P1: Hier ist die E-Maschine mit dass dieser Antriebsstrang ohne die elektrischer Energie (Peugeot E-Maschinen nicht vollständig funktider Kurbelwelle verbunden und 3008, BMW i8). onsfähig wäre. Im Fall des Renaultleitet das Drehmoment weiter zu Kupplung und Getriebe. Honda Während die aufgezählten Sys­- Getriebes wäre das Anfahren nicht teme grundsätzlich zur Einwellen­ mehr möglich, da keine Kupplung war ein früher Vertreter von P1. lösung gehören, gibt es auch noch vorhanden ist, und auch der feine • P2: Die E-Maschine ist nach die Zweiwellenlösung. Als Nachteil Gangwechsel würde nicht funktioder Kupplung, aber vor dem der Einwellenlösung gilt, dass sich nieren (siehe auch AUTO&Technik Getriebe eingebaut. P2 kann die Elektromaschine der Drehzahl 5/2021). des Verbrennungsmotors anpassen zusätzlich eine zweite Kupplung muss. Eigentlich hätte sie einen min- Leistungsverzweigter Hybrid am Getriebeeingang aufweisen. destens doppelt so grossen nutzba- Leistungsverzweigte Hybridantriebe • P3 verfügt über eine E-Maschine ren Drehzahlbereich. Deshalb wer- werden auch Power Split Hybrid den bei den Einwellenlösungen meis- oder gemischt-hybride Antriebe ge­nach dem Getriebe und bei nannt, weil sie einen direkten mechanischen Pfad neben einem elek­trischen Pfad laufen lassen. Toyota als fast übermächtiger Vertreter die­ser Antriebsart benötigt dazu neben dem Verbrennungsmotor zwei E-Ma­­schinen und einen einfachen Pla­ netensatz (Bild 7). Dabei ist der Verbrennungsmotor mit dem Planetenträger, die eine E-Maschine mit dem Sonnenrad und das Hohlrad sowohl mit der anderen E-Maschine als auch mit dem Achsantrieb Bild 4. Beim parallelen Hybrid ergeben sich heute unterschiedlichste Einbaulagen verbunden. der E-Maschinen. Deshalb werden die Systeme P0 bis P4 unterschieden.

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92 12/21 FACHWISSEN

Bild 5. Ein typisches P0-System: Der Starter-Generator ist über einen Inverter mit der Batterie verbunden.

Nomogramm Um die Kinematik eines einfachen Planetensatzes zu verstehen, eignet sich das Nomogramm. Auf der xAchse (Bild 8) befindet sich in der Mitte die senkrechte Drehzahllinie des Planetenträgers. Nach rechts und nach links sind in proportionalen Abständen der Zähnezahlen oder Radien von Sonnen- und Hohlrad deren Drehzahllinien aufgetragen. Auf der Ordinate werden im quantitativen Diagramm die Drehzahlen eingetragen.

Beim kurzen Abstand befindet sich die Linie des Hohl- und beim weiten Abstand jene des Sonnenrades.

Im Beispiel des Toyota-Hybrides mit einem Planetensatz (THS I) weist

das Hohlrad 78, die Planetenräder 23 und das Sonnenrad 30 Zähne auf.

Da die Zähnezahlen proportional zu den Radien der Zahnräder stehen, kann auch mit diesen gerechnet bzw. das Nomogramm aufgebaut werden.

Der Planetenträger ist mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, das Hohlrad mit dem Ab­trieb zum Achsantrieb verbunden. Zusätzlich wird das Hohlrad von der E-Maschine 2 angetrieben. Das Sonnenrad ist mit der E-Maschine 1 verbunden.

werden. Dabei bleibt der Verbrennungsmotor (= Planetenträger) stehen. Das führt dazu, dass die E-Maschine 1 mit hoher Drehzahl rückwärtsläuft. Im Beispiel (Bild 8, 9) dreht das Hohlrad (rechte senkrechte Linie) mit genau 2000/min und das Sonnenrad mit ca. –5000/min. Wird die E-Maschine 1 nicht zu dieser Rückwärtsdrehzahl angetrieben, bleibt ein Schleppmoment übrig, welches versucht, den Verbrennungsmotor anzutreiben.

Soll der Verbrennungsmotor infolge zu geringer Batterieladung oder zu hoher Drehmomentanforderung durch den Fahrer gestartet werden, wird die E-Maschine 1 abgebremst.

Verändert dabei das Fahrzeug seine Geschwindigkeit nicht, bleibt die Hohlraddrehzahl bei 2000/min konstant. Durch die Abbremsung des Sonnenrades müssen nun der Planetenträger und damit die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu drehen beginnen. Hat die E-Maschine 1 eine Drehzahl von ca. –1500/min erreicht, wird der Verbrennungsmotor mit ca.

1000/min geschleppt. Bei dieser Drehzahl wird die Motorelektronik die Einspritzung und die Zündung einschalten, und der Verbrennungsmotor läuft und steuert seine Dreh-

zahl und sein Drehmoment ebenfalls in das Planetengetriebe.

Fahrsituationen Die aufwendige Programmierung von leistungsverzweigten Hybridantrieben kommt daher, dass sich die Drehzahlen und die Drehmomente der drei Planetenbauteile ständig gegenseitig beeinflussen und aus dem Planetensatz ein stufenloses Getriebe machen (E-CVT).

Im Bild 9 sind im Nomogramm einige Linien für bestimmte Fahrsituationen eingetragen. Daneben sind die Drehzahlbereiche der drei Energiewandler (Motoren) auf den Achsen eingezeichnet.

Die Gerade a zeigt das Anfahren mit der E-Maschine 2, die Gerade b weist auf den Endbereich des elektrischen Fahrens hin: Die Fahrzeuggeschwindigkeit nähert sich 50 km/h und die negative Drehzahl der EMaschine 1 ihrem Maximum von –6000/min. Somit wird in diesem Moment der Verbrennungsmotor gestartet. Dazu erhält die E-Maschine 1 ein Bremsmoment, ihre Drehzahl wandert in Sekundenbruchteilen in den positiven Bereich und der Verbrennungsmotor wird angeschleppt (Linie c). Dabei bleiben die Hohlrad-

Anfahrsituation Da das THS-I-System keine An­fahr­kupplung aufweist, muss elek­t­risch über die E-Maschine 2 an­ge­fahren

Bild 6. Das dedizierte Getriebe, wie es von Renault bereits am Genfer AutomobilSalon 2019 vorgestellt wurde, weist zwei angeflanschte E-Maschinen auf.

Bild 7. Die wichtigsten Baugruppen des Prius-Hybridantriebs: 1 Verbrennungsmotor – 2 E-Maschine 1 – 3 E-Maschine 2 – 4 Antriebskette – 5 Reduktionsgetriebe – 6 Planetengetriebe.

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FACHWISSEN 12/21 93

Bild 8. Das Nomogramm eines einfachen Planetengetriebes zeigt die kinematischen Zusammenhänge im Getriebe deutlich.

Bild 9. Verschiedene Fahrsituationen mit dem One-Mode-Hybrid aus dem Toyota-­ Programm. Die dicken, blauen Linien weisen auf die Drehzahlbereiche der Motoren hin.

drehzahl und damit die Fahrzeug­ geschwindigkeit konstant. Wird nach dem Motorstart weiter beschleunigt, kann beispielsweise bei nun gleichbleibender Drehzahl der EMaschine 1 die Verbrennungsmotorendrehzahl angehoben werden.

Damit geht die Linie auf der Hohlradseite nach oben.

Die Linie d steht für eine andere Anfahrphilosophie. Ist der SOC der Batterie niedrig und kann kaum elektrisch angefahren werden, steigt die Drehzahl der E-Maschine 1 sofort auf hohe positive Drehzahlen (im Beispiel >3000/min). So kann der Verbrennungsmotor auch bei sehr geringer Fahrgeschwindigkeit be­ reits gestartet werden.

Die Linien e und f weisen auf eine Geschwindigkeit von 80 km/h oder eine Hohlraddrehzahl von ca.

3000/min hin. Da die Linie e nach unten links verläuft, verweist sie auf eine niedrige Verbrennungsmotorendrehzahl, was darauf schliessen lässt, dass der Verbrennungsmotor zu dieser Geschwindigkeit nicht viel beitragen muss. Anders bei der Linie f: Dort wird der Verbrennungsmotor belastet und dazu auf einem erhöhten Drehzahlniveau gefahren.

Mit Hilfe der beiden E-Maschinen kann der Verbrennungsmotor auf der Drehzahllinie gehalten werden,

Two-Mode-System Während sich Toyota dem leistungs­ ver­zweigten One-Mode-System verschrieben hat und damit eine sehr einfache Getriebekonstruktion mit nur einem Planetensatz realisieren konnte, entschied sich eine deutschamerikanische Kooperation (BMW– Mercedes-Benz–GM) für das TwoMode-System mit drei Planetensätzen. Das Two-Mode-Getriebe verfügt über vier feste Schaltstufen (Gänge).

Dazu kommen zwei stufenlos ver­ änderbare Gangstufen, welche wie beim One-Mode-System funktionieren. Das One-Mode-System hat nur den Modus des vollvariablen Getriebes mit der elektrischen Abstützung der Reaktionsmomente. Den zweiten Modus bei denTwo-Mode-Systemen stellen die über Lamellenkupplungen und La­mellenbremsen geschalteten Gänge dar. Der Wirkungsgrad ist bei den geschalteten Gängen besser, da­für ist der Bauaufwand grösser und das hydraulische System für die Kupplungen muss ebenfalls betrieben werden.

Während Toyota das One-Mo­deSystem auch nach mehr als 25 Jahren immer noch erfolgreich am Markt umsetzt, hat es das Two-ModeSystem – trotz seiner Vorteile – nur vereinzelt in die Serienproduktion geschafft.

welche für einen geringen Verbrauch nötig ist. Stimmt dabei die Last nicht, kann diese angehoben werden und die E-Maschine 1 wandelt diese zusätzliche Leistung (= Drehmoment und Drehzahl) in elektrische Energie um und lädt damit die Batterie. Auch umgekehrt funktioniert die Geschichte: Müsste der Verbrennungsmotor mehr Drehmoment abgeben, als er in seinem wirtschaftlichen Bereich liefern kann, wird er elektrisch durch die E-Maschine 2 unterstützt.

Maschinenauslegung Allein durch die Drehzahlbereiche, welche im Bild 9 für die einzelnen Maschinen dargestellt sind, ist deutlich erkennbar, dass sie exakt aufeinander abgestimmt sein müssen.

So fällt auf, dass die E-Maschine 1 einen grossen Drehzahlbereich auf­ weist, während die E-Maschine 2 sich exakt der Raddrehzahl mal der Achsübersetzung anpassen muss.

Diese Drehzahlen liegen vom kleinen negativen Bereich (Rückwärtsgang) bis gegen 6000/min. Durch die geschickte Schaltung im Planetengetriebe genügt auch dem Verbrennungsmotor eine Maximaldrehzahl von 5000/min, was ihm mechanisch, verbrennungs- und vor allem abgastechnisch Vorteile einbringt.

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FRAGEN

1. B ild 9: Welche Drehzahlen weisen die einzelnen Motoren bei Volllast und maximaler Geschwindigkeit ­ von 160 km/h auf?

2. W ie werden serielle Hybridfahrzeuge genannt, welche nur einen kleinen Verbrennungsmotor und einen ebenso kleinen Generator aufweisen?

3. W elches Bauteil, welche Bauteile stützen das Anfahrmoment im ­One-Mode-Hybrid von Toyota ab?

LÖSUNG ZUR AUSGABE 11/2021 1. Anoden- und Kathodenzuweisung werden vertauscht. Definitionsgemäss gehört die Anode zur elektronenabgebenden Reaktion. Beim Entladen einer Batterie werden die Elektronen am Minuspol freigesetzt, beim Laden werden sie am Pluspol freigesetzt und mit Energiezufuhr zum Minuspol befördert. Deshalb liegt während des Entladens die Anode beim Minuspol, beim Laden jedoch beim Pluspol.

2. Anode, Oxidation, Elektronenabgabe 3. Die Dendritenbildung wird vermindert (verhindert). Dadurch kann der Lithiumgehalt der Elektroden und damit die Energiedichte erhöht ­werden. Zudem sinkt die Brand­ gefahr und dadurch wird das Thermomanagement einfacher.

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94 12/21 TECHNIK

Die Software kann Verkehrssituationen etliche Sekunden im Voraus berechnen und komplexe Fahrmanöver einleiten.

Hochautomatisiertes Fahren

BRENZLIGE SITUATIONEN AUCH BEI AUTOBAHNTEMPO MEISTERN Eine von Continental entwickelte intelligente Software für das hochautomatisierte Fahren ab Level 3 kann auch komplexe Fahrmanöver bis zu einer Geschwindigkeit von 130 km/h planen und soll bereits ab 2024 zum Einsatz kommen.

Text: Stefan Gfeller | Bilder: Continental

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it dem Next Generation Driving Planner zeigt Continental eine intel­ ligente Software für das hochautomatisierte Fahren, die selbstständig komplexe Fahrmanöver ermöglicht. Die Entwicklungsphase des Softwaresystems sei abgeschlossen und die Technologie, welche einen signifikanten Sprung in Sachen Fahrintelligenz darstelle, werde voraussichtlich 2024 auf den Markt kommen, lässt der Automobilzulieferer verlauten.

Hochautomatisiert bis 130 km/h Die Softwarelösung ermöglicht hochautomatisiertes Fahren ab Level 3, Fahrzeuge können also bestimmte Fahraufgaben selbstständig und ohne Eingriff des Fahrers meistern.

Hierzu berechnet der Driving Planner – der in der Lage ist, Fahrmanöver bis zu einer Geschwindigkeit von 130 km/h zu planen – aus einer Vielzahl von Sensorikdaten präzise Entscheidungsvarianten, um komplexe Fahrmanöver auf der Autobahn oder auf Schnellstrassen automatisiert zu bewältigen. Dafür kann die Software Verkehrssituationen etliche Sekunden im Voraus berechnen und daraus die optimale Reaktion des Fahrzeugs ableiten.

Denn während heute verfügbare Einzelsysteme Längs- und Querbewegungen unabhängig voneinander planen – zum Beispiel die Längsbewegung mit einem Abstandsregeltempomaten und die Querbewegung mit einem Spurwechselassistenten –, berechnet der Driving Planner die

Kombination von Längs- und Querbewegungen in einem eng getakteten Zusammenspiel über einen Zeithorizont von mehreren Sekunden. Der Driving Planner agiert in Kombination mit zwei weiteren Software-Modulen, einem zur Umfelderkennung sowie einem zur Aktivierung und Koordination von Lenkung, Getriebe, Motor und Bremsen.

Reif für den Einsatz: Die Technologie wird voraussichtlich 2024 auf den Markt kommen.

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Routine- und Gefahrensituationen Ein Beispiel, wie das neue System – dessen wesentlichen Komponenten von der Software bis zu den benötigen Sensoriksystemen von Continental entwickelt wurden – in Zukunft den Fahrer entlasten kann, ist die Standardsituation Auffahrt auf eine Autobahn über den Beschleunigungsstreifen: Der Driving Planner berechnet dieses komplexe Manöver aus Radarsensor- und Ka­ meradaten und trifft die optimale Entscheidung. Weitere Softwaremodule übernehmen die Umsetzung des berechneten Fahrmanövers. Das Fahrzeug beschleunigt nach vorne, fädelt zur Seite in den laufenden Verkehr ein und nimmt dann entsprechend dem Verkehrsfluss und anderen Verkehrsteilnehmern Fahrt auf.

Als weiteres Beispiel nennt Continental eine stressige und gefährliche Fahrsituation: Das Fahrzeug fährt mittig auf einer dreispurigen Autobahn, rechts stauen sich Fahrzeuge, links ist das Tempo hoch. Plötzlich schert von rechts ein Personenwagen auf die mittlere Spur aus. Der Driving Planner berechnet in Bruchteilen von Sekunden das sicherste Fahrmanöver und zieht dabei alle Möglichkeiten in Betracht – vom Bremsen in der Spur über Beschleunigen und Einfädeln nach links bis hin zum Bremsen und Einfädeln hinter einem anderen Fahrzeug auf der linken Spur.

TECHNIK 12/21 95

wird für die AGR-Ventilsteuerung in Ansaugrohren verwendet (mit typischen Temperaturbereichen von –40 °C ~ 500 °C), während die an­ deren Typen im unteren, mittleren oder oberen Teil des Fensters liegen (20 °C ~ 980 °C).

Abgastemperatursensoren müssen hitze- und vibrationsbeständig sein und gleichzeitig ein schnelles Ansprechverhalten bieten.

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FIEBERTHERMOMETER IN DER AUSPUFFANLAGE Ursprünglich zum Schutz von Katalysatoren entwickelt, erfüllen Abgastemperatursensoren inzwischen verschiedene Aufgaben in Diesel- und Benzinfahrzeugen. Dazu kommen verschiedene Typen mit unterschiedlichen Genauigkeiten und Temperaturbereichen zum Einsatz. Bilder: Denso

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enso hat 1975 den weltweit ersten Abgastemperatursensor (AGT-Sensor) in die Erstausrüstung gebracht und seitdem seine Produktpalette kontinuierlich weiterentwickelt. 1998 beispielsweise hat das Unternehmen einen Temperaturfühler mit der damals weltweit höchsten Sensorempfindlichkeit vorgestellt. Heute übernehmen Abgastemperatursensoren unterschiedliche Aufgaben, wobei in Europa die meisten Produkte in Dieselfahrzeugen zum Einsatz kommen, wo sie die Steuerung der Regeneration des Dieselpartikelfilters, die On-Board-Diagnose der Katalysatoren und die AGR-VentilFehlererkennung unterstützen. In Benzinern kommen AGT-Sensoren bei hochmodernen Triebwerken mit

Direkteinspritzung und Turbo-Motoren zum Einsatz. Hier übernehmen sie ähnliche Funktionen wie beim Diesel: den Schutz von Turbolader und Katalysator, die AGR-Ventil-Fehlererkennung sowie die On-BoardDiagnose für den Ottopartikelfilter.

Unterschiedliche Genauigkeiten und Temperaturbereiche Dabei sind unterschiedliche Arten von AGT-Sensoren erhältlich. Einige Sensorhersteller arbeiten unter anderem mit platinbasierten Messwertgebern, die Sensoren von Denso sind entweder vom Typ Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) und arbeiten gemäss den Halbleitereigenschaften, oder es sind Thermoelementtypen, die nach dem Seebeck-Effekt arbeiten.

Am weitesten verbreitet ist der NTC-Thermistor-Typ, der in vier verschiedene Arten mit unterschiedlichen Genauigkeiten und Temperaturbereichen erhältlich ist. Der Typ mit der niedrigsten Temperatur

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Schnelles Ansprechverhalten Abgastemperatursensoren müssen ultrafein und äusserst hitze- und vibrationsbeständig sein und gleichzeitig ein schnelles Ansprechverhalten bieten. Bei Denso besteht der dünne Sensorteil, der in das Abgasrohr eingesetzt wird, im Gegensatz zu herkömmlichen AGT-Sensoren nur aus einer einzelnen feinen Röhre, nicht aus zwei. Da dadurch weniger Material aufgeheizt oder abgekühlt werden muss, bevor die Wärmeänderung das Sensorelement erreicht, bieten diese Sensoren eine schnellere Reaktionszeit auf Temperaturänderungen.

Eine Verarbeitungstechnik, die feine Keramikpartikel verwendet, erlaubt zudem einen äusserst kleinen NTC-Thermistor und damit eine kleine Bauweise. Trotz ihrer geringen Grösse können die Sensoren Temperaturänderungen von ±10 °C erkennen und haben eine sehr kurze Ansprechzeit: In weniger als 7 s kommen sie von Raumtemperatur auf 1000 °C. Damit bieten sie gegenüber AGT-Sensoren mit Platin-Widerstand, die anfälliger für Vibrationsfehler sind, weniger genau arbeiten, teurer und oft grösser sind, entscheidende Vorteile. (pd/sag)

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98 12/21 VORSCHAU

LESEN SIE IN DER AUSGABE 1+2/2022: & Wirtschaft

&Technik

TITELTHEMA Schmierstoffe/Öl Moderne Triebwerke stellen hohe Anforderungen ans Motorenöl, und die Schmierstoffhersteller entwickeln entsprechende Hightechprodukte: A&W stellt die Neuheiten vor.

WIRTSCHAFT Prognosen 2022 Marktprognosen, Fahrzeughandel, ­Händlernetze sowie Aftermarket: Wir geben einen Ausblick auf das neue Jahr.

Zu den weiteren Themen der Januar-/­ Februar-Ausgabe zählen Berufsbekleidung, Sicherheit in der Werkstatt sowie Entsorgung/Recycling.

FACHWISSEN Vorausschauendes Aktivfahrwerk Das vorausschauende Aktivfahrwerk verleiht dem Audi A8 den souveränen Abrollkomfort einer Chauffeurlimousine oder das straffe Handling eines Sportwagens und kann jedes einzelne Rad mittels elektromechanischer Aktoren mit zusätzlichen Kräften be- oder entlasten. Damit gelingt es mit den nötigen Sensorinformationen, Bodenwellen oder Schlaglöcher quasi unbemerkbar werden zu lassen. Die Fahrwerkwelt lässt sich nicht bremsen und rückt dem «fliegenden Teppich» immer näher, wie das «Fachwissen» der Januar/ Februar-Ausgabe von AUTO&Technik zeigt.

SCHWERPUNKT Lackierkabinen und Lacktrends 2022 In der ersten Ausgabe des neuen Jahres, die Anfang März erscheint, setzt AUTO&Carrosserie den Schwerpunkt auf Lackieranlagen und Lacktrends. Zum einen spüren wir die neusten Trends bei den Lacken auf. Einer davon ist, dass die Produkte laufend verbessert werden und noch schneller zu applizieren und zu trocknen sind. Zum anderen stellen wir die neusten Lackierkabinen, Multiarbeitsplätze sowie innovative Technologien bei der Lackaufbringung vor.

AUTO-EVENTS 2021/2022 Termin

Veranstaltung

Ort

Internet

11.12.21

Tiny Car Meet

Rothenburg/LU

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18.12.21

4x4 Meet

Rothenburg/LU

acecafeluzern.ch

19.12.21

V8 Christmas Meet

Rothenburg/LU

acecafeluzern.ch

26.12.21

Winter American Car Meet

Rothenburg/LU

acecafeluzern.ch

27.01.21

Swiss Car Registry

Safenwil/AG

swisscarregister.ch

18.01.22

Tag des Garagisten

Bern

agvs.ch

19.01.22

Winter Raid

Seefeld/A

raid.ch

02.02.22-06.02.22

Salon Retromobile

Paris

retromobile.com

03.02.22

Motorworld Tech Talk

Kempthal/ZH

motorworld.de

26.02.22

The Ice St. Moritz

St. Moritz

theicestmoritz.ch

03.03.22

Motorworld Race Talk

Kempthal/ZH

motorworld.de

03.03.22-06.03.22

Moto Festival

Bern

motofestival.ch

05.03.22

Sam's OTM

Brunegg/AG

nicanaotm.ch

26.03.22

Oldtimer Galerie Toffen

Toffen/BE

oldtimergalerie.ch

06.05.22-08.05.22

Motorworld Classics Bodensee

Friedrichshafen/D

motorworld-classics-bodensee.de

12.05.22

Driving Day

Brunegg/AG

aboutfleet.ch

26.05.22-29.05.22

Tuning World Bodensee

Friedrichshafen/D

tuningworldbodensee.de

TAG DES GARAGISTEN 2022

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em Garagisten kommt als fachmännischer Berater in der Mobilität der Zukunft eine Schlüsselrolle zu. Allerdings muss er selbst noch stärker zu einer eigenen Marke werden.

Inspirationen dazu liefert mit dem «Tag der Schweizer Garagisten» die grösste Fachtagung der Schweizer Autobranche. Sie findet statt am 18. Januar 2022 im Kursaal in Bern und hat traditionell zur Aufgabe, Perspektiven aufzuzeigen und zu inspirieren. Thematisch im Zentrum steht nächstes Mal der Garagist als Unternehmer, der sein Geschäft

im Rahmen seiner Möglichkeiten nach eigenen Vorstellungen betreibt und damit erfolgreich ist. Auf Basis dieser Haltung soll er noch stärker als eigene Marke ins Bewusstsein der Kunden rücken – unabhängig davon, ob und welche Fahrzeugmarke oder -marken er vertritt. Die Haltung gegenüber seinen Kunden und seinen Mitarbeitenden haben auf seinen Erfolg einen entscheidenden Einfluss. Moderiert wird der Anlass erneut von Mélanie Freymond und Röbi Koller. (pd/ml) www.agvs-upsa.ch

CarGarantie wünscht der gesamten Branche frohe Weihnachten und alles Gute im neuen Jahr.

Statt der Weihnachtsgrüsse engagiert sich CarGarantie in diesem Jahr im gemeinnützigen Bereich.

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