Zahlreiche innovative Konzepte bieten Kraftstoff-Einsparpotentiale
Elektronik senkt Kraftstoffverbrauch
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Autor:
 | war Leiter des Entwicklungsbereiches Elektrotechnik bei der Hella KGaA Hueck & Co. in Lippstadt und von 1984 bis 2002 Chairman der Baden-Badener Tagung „Elektronik im Kraftfahrzeug“. Seit 2002 ist er im Ruhestand. christian.trowitzsch@t-online.de |
Siehe auch:
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Von der Firma Hella wurden unterschiedliche Bordnetze beispielhaft erläutert, die durch den Einsatz von DC/DC-Wandlern signifikante Einsparpotentiale liefern und keine nennenswerten Einschränkungen für den Fahrer darstellen. Als Ausgangsbetrachtung wird ein normales Fahrzeugbordnetz zugrunde gelegt, welches jedoch einen DC/DC-Wandler zur Stabilisierung bei der Versorgung unterspannungsempfindlicher Verbraucher hat (Bild 6).
Bei der Auswahl zu stabilisierender Lasten sollte vor allem Augenmerk auf deren gesamte Leistungsaufnahme gelegt werden, da die Bordnetzleistung in den Stillstandsphasen exklusiv aus der Batterie kommt und nicht mehr durch einen Generator bereitgestellt wird. Für den Anlassvorgang muss zusätzlich zum Starterstrom auch noch die Energie für das stabilisierte Netz von der Batterie bereitgestellt werden.
Tabelle 1 stellt die zum Starterstrom zu addierenden Ströme zur Versorgung des Teilnetzes in Abhängigkeit der Eingangsspannung dar. Als Ausgangsspannung werden hier 12,5 V und als Wandlerwirkungsgrad 85 % definiert. Es wird deutlich, dass bereits relativ kleine zu stabilisierende Leistungen einen hohen Eingangsstrom hervorrufen. Somit können nur Teilbereiche des Bordnetzes stabilisiert werden.
Beim Stopp/Start-Konzept befindet sich der Starter in einem zusätzlichen Bordnetzbereich mit eigener Energiequelle für den Anlassvorgang. Dieser Speicher wird zeitlich versetzt über einen Gleichspannungswandler nachgeladen (Bild 7).
Die in Bild 8 dargestellte Bordnetztopologie stellt zwei getrennte Bordnetze dar, welche über einen Gleichspannungswandler miteinander verbunden sind. Das Spannungsniveau liegt mit 20 bis 50 V auf der Erzeugerseite über dem konventionellen 14-V-Bordnetz. Hochstromverbraucher befinden sich auf der Generatorseite, das Restbordnetz wird über den DC/DC-Wandler versorgt. Infolge der Speichereinheit direkt am Generator ist kein separater Rekuperationswandler zur Ladung des Doppelschichtkondensators erforderlich; dies kann die Generatorregelung übernehmen.
Energieeinsparung bei gleichzeitigen Funktionsvorteilen durch moderne Lenkungstechnik
Von der ZF Lenksysteme GmbH kommt ein Konzept zur Weiterentwicklung der Lenkungstechnik durch vermehrten Einsatz von Elektronik hin zu einem bedarfsorientierten System.
Kernpunkt zum Verständnis ist die Häufigkeitsverteilung der benötigten Lenkleistung in verschiedenen Fahrzyklen. Bild 9 zeigt die Häufigkeitsverteilung der relativen Zahnstangenleistung (Produkt aus Zahnstangenkraft und Zahnstangengeschwindigkeit, bezogen auf die Maximalleistung) in verschiedenen Fahrzyklen.
Die Stadtfahrt ist charakterisiert durch eher häufige Lenkbewegungen. Überlandfahrt und Autobahnfahrt zeichnen sich durch wenige Lenkbewegungen aus, wobei nahezu alle Lenkbewegungen mit Leistungen unter 50 % stattfinden. Allein das Parkmanöver, welches im eigentlichen Sinn keinen Fahrzyklus darstellt, aber für die Lenkauslegung von hoher Bedeutung ist, zeigt signifikante Anteile über 50 % Lenkleistung.
Diese Diagramme beruhen auf Messfahrten mit einem Fahrzeug der oberen Mittelklasse mit Hydrolenkung bei sportlicher Fahrweise. Sie sind in ihrer qualitativen Ausprägung auf andere Fahrzeugklassen übertragbar. Wie aus Tabelle 2 für charakteristische Werte der Zahnstangenleistung bei einem Fahrzeug der oberen Mittelklasse ersichtlich, wird selten mit nennenswerter Lenkleistung gelenkt.
Natürlich können systembedingt Einschränkungen der ASSF erfolgen. So kann das Abschalten des Motors unterbunden werden, wenn beispielsweise der Katalysator noch nicht betriebswarm ist oder der Klimakomfort im Innenraum noch nicht erreicht wurde (Aufheizung oder Abkühlung nach längerer Standzeit des Fahrzeugs). Weitere Abschaltverhinderungen können durch den Ladezustand der Batterie oder durch Systemdiagnose erfolgen.
Eine besondere Herausforderung stellt die Integration einer Maßnahme wie ASSF in das Energiemanagement des Gesamtfahrzeugs dar. Die Funktion ist über mehrere Steuergeräte hochgradig vernetzt. Das umfasst Systeme wie Klimatisierung, Fahrwerksregelsysteme, Bordnetz und Motorsteuerung, aber auch Belange wie Diagnosen, elektronische Wegfahrsperre etc. Die erforderliche Koordination der Fachstellen wurde daher bei der BMW Group in Form einer Funktions- und Umsetzungsverantwortung im Gesamtfahrzeugbereich angesiedelt.
Mit der ASSF können im NEFZ je nach Fahrzeug und Antrieb bei den 4-Zylindermodellen von BMW und beim Mini zwischen 2,5 und 3,5 % Kraftstoff eingespart werden. Im städtischen Betrieb sind aber auch weit höhere Potentiale erreichbar, wogegen ein typischer Langstreckenfahrer natürlich keine relevanten Verbrauchsvorteile aus der Start-Stoppfunktion erhalten wird.
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- Variable elektromotorische Ventiltriebe
