MHEV plus: a hibridizáció következő generációja az Audinál

A Premium Platform Combustion (PPC) rendszerre épülő új A5 és Q5 sorozattal az Audi piacra dobta első belső égésű motorjait az új MHEV plus technológiával. A hajtáslánc-generátor (PTG), a generátorszíj-indító (BAS) és a lítium-vas-foszfát akkumulátor egyedülálló összjátékával a 48 voltos enyhe hibrid rendszer támogatja a belső égésű motort, csökkenti a szén-dioxid-kibocsátást, ugyanakkor növeli a teljesítményt és az agilitást. A teljesen összekapcsolható vagy szétválasztható PTG integrált teljesítményelektronikával és egy elektromos motorral rendelkezik, amely részben elektromos vezetést tesz lehetővé. Ez csökkenti a fogyasztást és még simább vezetési élményt biztosít.
"Az új MHEV plus technológiával előmozdítjuk az új, belső égésű motoros járműveink villamosítását a Premium Platform Combustion rendszeren, amely ügyfeleink igényeire szabott" – mondja Geoffrey Bouquot, az igazgatótanács műszaki fejlesztésért felelős tagja. az AUDI AG-nál. "Ez megerősíti termékportfóliónkat a teljesen elektromos modellekből, a hálózatról tölthető hibridekből és a hatékony belsőégésű motorral rendelkező járművekből." Az MHEV plus olyan vonzó funkciókat kínál, mint a részben elektromos vezetés, az elektromos hajtás, valamint a hatékonyság és a kényelem jelentős növelése. Az új Audi A5 és Q5 szelíd hibrid rendszere három fő összetevőből áll: a kompakt kialakítású új hajtáslánc-generátorból (PTG) integrált teljesítményelektronikával és állandó gerjesztésű szinkronmotorral (PSM), egy 48 voltos akkumulátorból és a szíjgenerátorból. indító (BAS). A 48 voltos rendszer alkatrészei folyadékhűtésesek az optimális működési feltételek elérése érdekében. Az MHEV plus rendszer architektúrája különféle modellekbe integrálható a Premium Platform Combustion (PPC) alapú első és quattro hajtásláncokkal. A teljesítményelektronika és a villanymotor helyzetspecifikus folyadékhűtése lehetővé teszi az alkatrészek optimális üzemi körülmények közötti üzemeltetését, hogy minden üzemállapotban megfeleljenek a teljesítmény- és nyomatékigényeknek. Az új MHEV plus technológia tisztán elektromos üzemállapotokat tesz lehetővé, és támogatja a belső égésű motort is. A rendszer ezáltal növeli a teljesítményt és az agilitást, miközben csökkenti az üzemanyag-fogyasztást és a CO 2 -kibocsátást is.
Például az A5 2.0 TDI-ben (150 kW elöl/ quattro ) (kombinált üzemanyag-fogyasztás l/100 km-ben: 5,7-4,8; kombinált CO 2 -kibocsátás g/km-ben: 150-125; CO 2 osztály: E-D ), akár 10 g/km vagy 0,38 l/100 km is megtakarítható, egy 3.0 TFSI-ben V6-os motorral (270 kW quattro ) (üzemanyag-fogyasztás kombinált l/100 km-ben: 8,0–7,4; kombinált üzemanyag-fogyasztás; 182–169 (g/km) kombinált CO 2 -kibocsátás; CO 2 osztály: G–F), akár 17 g/km vagy 0,74 l/100 km (WLTP szerint) megtakarítás lehetséges.
Erőátviteli generátor, mint kiegészítő nagy teljesítményű hajtásmodul
További jelentős előny, hogy az MHEV plus rendszer javítja a teljesítményt és a vezetési kényelmet. Az új MHEV plus rendszer kompakt, mégis nagy teljesítményű elektromos hajtásmodulja a hajtáslánc generátor (PTG). Ez az alkatrész jelenti a legnagyobb különbséget is az Audi által korábban kínált MHEV technológiához képest, amely kizárólag szíjgenerátoros indítóval működik. A PTG, amely egy kompakt egységbe, integrált teljesítményelektronikával közvetlenül a sebességváltó kimenő tengelyére van felszerelve, akár 18 kW (24 LE) elektromos teljesítménnyel is hozzájárulhat a hajtáshoz. A modul 230 Nm maximális nyomatékot tesz lehetővé a sebességváltó kimenetén, amely a jármű indításakor már hajtásnyomatékként elérhető. A PTG kompakt sebességváltója 3,6:1 arányban működik. Az MHEV plus a PTG-t 140 km/h maximális sebességig használja a maximális hatékonyság érdekében. Nagyobb járműsebességnél a PTG egy integrált tengelykapcsolón keresztül válik le a hajtásláncról.
A PTG körülbelül 21 kilogrammot nyom, és percenként maximum 5550 fordulatot tesz lehetővé a kimenő tengelyen. Ez járműtől és hajtásváltozattól függően 130-140 km/h sebességnek felel meg.
A környező alkatrészek és alkatrészek minimális módosításával megteremtették a szükséges helyet ahhoz, hogy a meglévő járműalagút határain belül elektromos motort integráljanak a sebességváltó kimenetén. A közvetlenül a sebességváltó mögötti elhelyezés számos előnnyel jár: a PTG által biztosított 18 kW-os hajtási teljesítmény vagy akár 25 kW-os regeneratív fékezési teljesítmény további veszteségek nélkül közvetlenül a tengelykimeneten érhető el. Ennek a konfigurációnak köszönhetően a PTG minden módosítás nélkül, modulárisan használható első- és összkerékhajtású járművekben is.
A rendszer magas kényelmi követelményeinek kielégítéséhez biztosítani kell a villanymotor nyomatékának, áramának és fordulatszámának pontos szabályozását. Az üzemi hőmérséklet-tartomány mínusz 40 és plusz 75 Celsius-fok között mozog. Egy vízköpeny veszi körül az elektromos motort, és hűti a kompakt és nagymértékben integrált teljesítményelektronikát a közös hűtőfolyadék-körben, amely helytakarékosság érdekében közvetlenül az elektromos motorra van felszerelve. A nagy teljesítményű teljesítménymodulok a teljesítményelektronikán belül a hűtőborda körül vannak elrendezve. A közbenső köri kondenzátorokat a hűtőborda veszi körül helytakarékosan és termikusan optimálisan.

A fejlesztés az ügyfelek igényeire összpontosított
Az Audi az MHEV plus technológiát úgy fejlesztette ki, hogy a vevők elvárásaira összpontosítson. Az első generációs start-stop vagy enyhe hibridizációval elérhető hagyományos hajtásláncok olyan kulcsfontosságú hatékonysági összetevőkre támaszkodnak, mint a motor leállítása álló járműnél, szabadonfutás, szabadonfutás kikapcsolt motor mellett és 12 voltos vagy 48 voltos energiavisszanyerés. Az új technológiával megnövekedett villamosítási fok fő előnyei közé tartozik a további kényelem a start-stop működés, a károsanyag-kibocsátásmentes kifutás, az energia-visszanyerés, a részben elektromos vezetés például elektromos parkolásnál és manőverezésnél, valamint az elektromos hajtásnak köszönhetően megnövelt teljesítmény. a belső égésű motor támogatása.
Ez lehetővé teszi a jármű tisztán elektromos vezetését, így a belső égésű motor hosszabb ideig le van kapcsolva, például ha lassan halad a városban, vagy ha a forgalom lassan halad a városon kívüli utakon, vagy amikor közeledik a következő városhoz. Sőt, a jármű indítási reakciója jelentősen javult és spontánabb, mivel a PTG alacsony sebesség mellett is akár 230 Nm nyomatékot biztosít. Ez észrevehetően jobb reakciókészséget eredményez, ami egyértelműen felismerhető agilitásnövekedést jelent, különösen az indulás első néhány méterén.
0 és maximum 140 km/h közötti sebességnél a PTG támogatja a belső égésű motort. Ez azt jelenti, hogy az MHEV plus további 18 kW elektromos teljesítményt kínál, ami lehetővé teszi, hogy a belső égésű motor a lehető leghatékonyabban működjön. Ebben a sebességtartományban a PTG akár 25 kW energiát is képes visszanyerni a regeneratív fékezéssel egészen röviddel azelőtt, hogy a jármű leállna. Az integrált keverési képességű fékvezérlő rendszer nyomásmentes fékezést és optimális regeneratív fékezést biztosít, általában súrlódó fékek használata nélkül. Az elektromos klímakompresszornak köszönhetően az MHEV plus a klímarendszer folyamatos működését is lehetővé teszi, még akkor is, ha a belső égésű motor le van állítva, például amikor piros lámpánál várakozik.
BAS, lítium-ion akkumulátor és iBRS: ideális kombináció
Az MHEV plus technológia részeként a szíjgenerátor-indító (BAS) feladata a motor beindítása és elektromos energia szállítása az akkumulátorhoz. A szíjhajtás akusztikai előnyökkel rendelkezik a fogaskerék-indítóhoz képest, és nagyobb indítási sebességet biztosít a belső égésű motor számára. Ez jobb fogyasztást és nagyobb indulási komfortot eredményez. A szíjgenerátor-indító is képes visszanyerni a motor energiáját, ha le van állítva, és a hengereket az újraindításhoz optimális helyzetbe állítja.
A lítium-vas-foszfáttal (LFP) készült lítium-ion akkumulátor 37 amperórás tárolókapacitással rendelkezik, ami alig 1,7 kWh-nak (bruttó) felel meg. Maximális kisülési teljesítménye 24 kW. A rendelkezésre állás, a teljesítmény és a nyomaték követelményei miatt az akkumulátor egy alacsony hőmérsékletű vízhűtő körbe van integrálva, amely 25 és 60 Celsius fok közötti tartományban optimális körülményeket biztosít. Ez az első alkalom, hogy az Audi LFP akkumulátort használ enyhe hibrid rendszereihez.
Az integrált fékvezérlő rendszer (iBRS) fontos szerepet játszik az energia-visszanyerésben. Az MHEV plus technológiával felszerelt modellekben az iBRS nyomásmentes fékezést biztosít, és regeneratív fékezéssel éri el a szükséges lassulást a mechanikus kerékfék használata nélkül. A mechanikus fékek csak akkor működnek, ha a fékpedált erősebben lenyomják. Ennek nincs hatása a fékezésre.

Kifinomult MHEV plusz működési stratégia
A hibrid rendszerben az az alapszabály, hogy az 50-60 százalékig feltöltött akkumulátor működik a leghatékonyabban, mivel nagy áramot tud eljuttatni a villanymotorhoz, és nagy töltőáramokat tárolni az energia-visszanyerés során. A hibrid rendszer középpontjában nem az elektromos hatótáv, hanem az akkumulátor gyors ciklusokban történő kisütése és újratöltése áll. Ez lehetővé teszi a lehető legtöbb energia visszanyerését és gyors újrafelhasználását a hajtáshoz.
Az MHEV plus technológiával egy vezérlőszoftver értékeli a jármű üzemállapotát a belső égésű motor, a PTG és a BAS közötti optimális kölcsönhatás érdekében. Erre a célra tároljuk a két villanymotor optimális használatához szükséges jellemző értékeket, valamint a meghajtáshoz vagy az energiavisszanyeréshez szükséges nyomaték kívánt szintjeit. Az akkumulátor töltöttségi állapotát is figyelembe veszik. A cél a stabil működés – a vezérlőrendszer pedig a helyzettől függően eltérő eredményeket ér el. Ennek az az oka, hogy a kiegészítő elektromos hajtások működési stratégiája minden belső égésű motorhoz optimalizálva van. Az eredmény a lehető legalacsonyabb fogyasztás a menetdinamika veszélyeztetése nélkül.
A működési stratégia figyelembe veszi a kiválasztott átviteli módot és a gázpedál modulációját. Például D vezetési módban a teljes, maximum 18 kW-os elektromos többletteljesítményt csak a hajtáslánc generátora adja ki, körülbelül 80 százalékos gázpedálnál vagy kickdownnál. S vezetési módban a 18 kW-os többletteljesítmény már alacsonyabb gázpedálértékeknél is elérhető. D-ben a PTG 85 km/h-tól kezdve leválasztható, hogy elkerülje a PTG villanymotorjának elektromos veszteségét, amikor állandó sebességgel halad belsőégésű motorral autópályákon és a város határain kívüli utakon. S-ben azonban a PTG a maximálisan megengedett motorfordulatszámig, 5550 ford./percig kapcsolva marad, hogy bármikor spontán reakciókészséget tegyen lehetővé.
A D és S vezetési módok tekintetében a működési stratégia különösen a 48 voltos akkumulátor cél SoC (töltési állapota) tekintetében különbözik egymástól. D-ben az átlagos 50-55 százalékos SoC biztosítja az optimális egyensúlyt ahhoz, hogy elegendő energia álljon rendelkezésre a belsőégésű motor elektromos támogatásához egészen a részben elektromos vezetésig. Ez a SoC arra is elegendő, hogy a közlekedési lámpáknál vagy a városokba való belépéskor enyhe és hosszabb fékezési fázisokból származó nagy mennyiségű visszanyert energiát tároljon. S-ben a magasabb, 70 százalék körüli SoC-érték nagyobb mennyiségű rendelkezésre álló energiát biztosít a belsőégésű motor elektromos támogatásához a sportosabb vezetés érdekében. Ahogy az várható volt, a sportos vezetés rövidebb és intenzívebb fékezési fázisokat foglal magában, ami azt jelenti, hogy kevesebb energiát kell helyreállítani.
Az erőátviteli generátor használata menetdinamikai szempontból is előnyökkel jár, hiszen a plusz és azonnal elérhető nyomatéknak köszönhetően a jármű spontánabban tud reagálni a terhelésváltozásokra, és agilisabban tud kigyorsulni a kanyarokból. A terhelésváltás típusa a D és az S üzemmódokban is eltérően van módosítva, hogy kényelmesebb kezelhetőséget biztosítson D-ben, és érzékenyebb, dinamikusabb kezelést S-ben.
Az MHEV plus-szal felszerelt modellek tisztán elektromosan is működhetnek, például amikor a jármű egy városhoz közeledik, majd a PTG segítségével megtarthatják sebességét. Ha a vezető vagy az adaptív sebességtartó automatika (ACC) által igényelt teljesítmény túllép egy bizonyos értéket, a belső égésű motor beindul és átveszi a meghajtást. Az indítási küszöb a 48 voltos akkumulátor aktuális SoC értékétől és a jármű sebességétől függ.
Ha az aktuális SoC a cél SoC alatt van, a belső égésű motor hamarabb bekapcsol. Ezzel egyrészt elkerülhető, hogy az elektromos vezetésnél többletenergiát fogyasszunk, és így még tovább csökkentsük az SoC-t. Másrészt a belső égésű motor szükség szerint ismét növelheti az SoC-t a BAS és a PTG együttes teljesítménynövelésével – vagyis újratöltheti az akkumulátort. Ez nem vonatkozik az elektromos meghajtású manőverezésre, a lassú forgalomban való kúszásra vagy a parkolásra, amelyek lényegesen alacsonyabb töltési állapotban tarthatók.
Ha az aktuális SoC a cél SoC felett van, a belső égésű motor később kapcsol be – amikor valamivel nagyobb teljesítményigény van. Ezáltal a 48 voltos akkumulátor lemerül a cél SoC felé, hogy elegendő energiát tudjon felvenni a jövőbeli energia-visszanyerési fázisokban. A jármű sebességének növekedésével a belső égésű motor teljesítményének küszöbértéke csökken. Leegyszerűsítve ez azt jelenti, hogy minél nagyobb a fordulatszám, annál nagyobb teljesítményt ad a belső égésű motor az autónak.
A tartályban lévő anyaggal kombinálva a hajtáslánc hatékonyságnövekedése észrevehetően javítja a jármű teljes hatótávolságát. Ez az MHEV plus technológiával felszerelt járműveket lényegesen alkalmasabbá teszi a hosszú távú utazásokhoz, és sokkal kényelmesebbé teszi ezeket az utazásokat.
Ezt a technológiát az egyesült államokbeli piacon nem kínálják az eltérő vásárlói igények miatt.