48-Volt-Hybridtechnik im Fahrversuch

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Innovatives Konzeptfahrzeug von Schaeffler

Mit einem innovativen Konzeptfahrzeug untersucht Schaeffler das Potenzial der 48-Volt-Hybridisierung. Während derzeitige Hybridfahrzeuge mit hohen Spannungen von rund 300 Volt arbeiten, setzt Schaeffler auf ein 48-Volt-Bordnetz, um rein elektrisches Fahren in niedrigen Geschwindigkeitsbereichen zu realisieren. „Für den Autofahrer bedeutet dies, dass er trotz moderater Mehrkosten einerseits deutlich Kraftstoff spart, andererseits aber auch mehr Fahrspaß erlebt“, erläutert Prof. Dr. Peter Gutzmer, Technologievorstand des Automobilzulieferers. Schaeffler erprobt und demonstriert die Leistungsfähigkeit der 48-Volt-Hybridisierung mittlerweile mit einer Reihe von Konzeptfahrzeugen. So verfügt das gemeinsam mit Ford und Continental realisierte „Gasoline Technology Car“ (GTC) ebenso über eine 48-Volt-Architektur, wie auch das 2015 auf der Detroit Motor Show (NAIAS) vorgestellte „Schaeffler Efficient Future Mobility North America“, mit dem das Unternehmen darstellt, wie sich bereits heute mit einem Mid-Size-SUV die für 2025 definierten gesetzlichen Verbrauchsvorgaben in Nord Amerika erreichen lassen. Ein weiterer Technologieträger ist das auf Basis eines Audi TT realisierte Schaeffler-Konzeptfahrzeug „Schaeffler System 48 V“.

Der Antrieb des „Schaeffler System 48 V“ basiert auf einer elektrifizierten Hinterachse, die den auf die Vorderachse wirkenden Verbrennungsmotor ergänzt. Zusätzlich kommt ein mit dem Verbrennungsmotor verbundener Riemen-Startergenerator zum Einsatz, der ebenfalls mit einer Spannung von 48 Volt arbeitet. Das 48-Volt-Teilbordnetz nutzt als Energiespeicher eine Lithium-Ionen-Batterie. Es wird über einen Spannungswandler mit dem 12-Volt-Bordnetz verbunden, das vom Scheinwerfer bis zur Sitzverstellung die Mehrzahl aller elektrischen Komponenten im Auto versorgt. Wie die Antriebskomponenten zusammenwirken, hängt davon ab, für welchen Fahrmodus sich der Fahrer entscheidet. Per Schalter kann er zwischen „Eco“ und „Sport“ wählen.

Geringerer Verbrauch durch sanfte Elektrifizierung

Im verbrauchsoptimierten Eco-Modus wird der Verbrennungsmotor so häufig wie möglich abgestellt. Das Anfahren erfolgt elektrisch, ebenso die Fahrt mit niedrigen Geschwindigkeiten, etwa im Stop-and-Go-Verkehr oder beim Rangieren in der Parklücke. Bei jedem Bremsvorgang wirken die E-Maschinen als Generator und laden die Lithium-Ionen-Batterie wieder auf. Mit der elektrischen Hinterachse ist außerdem „aktives Segeln“ möglich: Wird – etwa bei Innenstadtfahrten mit konstanter Geschwindigkeit – nur sehr wenig Antriebsleistung erfordert, bleibt der Verbrennungs-motor aus und die elektrische Maschine übernimmt. Kann auf den Verbrennungsmotor nicht verzichtet werden, so wird dieser durch den Riemen-Startergenerator komfortabel und sehr schnell gestartet. Bei Beschleunigungsvorgängen wirken Verbrennungsmotor und die E-Maschinen zusammen, dadurch erhöht sich die Systemleistung. Zudem kann der Verbrennungsmotor durch die elektrische Unterstützung in verbrauchsgünstigeren Betriebspunkten arbeiten. Insgesamt erwartet Schaeffler eine spürbare Verringerung des Kraftstoffverbrauchs – exakte Messwerte stehen jedoch erst nach der Fertigstellung des Konzeptfahrzeugs zur Verfügung. Auch ermöglicht die gewählte Antriebsanordnung höhere Fahrstabilität. Denn durch die elektrische Hinterachse steht kurzzeitig ein Allradantrieb zur Verfügung, beispielsweise für das Anfahren auf Schnee und Eis.

Mehr Fahrspaß im Sport-Modus

Wechselt der Fahrer in den Sport-Modus, verändert sich die Charakteristik des kompletten Antriebsstrangs. Der Verbrennungsmotor bleibt stets zugeschaltet. Über den Riemen-Startergenerator lädt er die Batterie permanent, so dass immer ausreichend elektrische Energie zur Verfügung steht, um die maximale Systemleistung abzurufen. Zudem kann im Sport-Modus das vom Elektromotor erzeugte Drehmoment über eine integrierte Torque-Vectoring-Getriebestufe zwischen den beiden Hinterrädern verteilt werden. Das Fahrzeug gewinnt dadurch bei schneller Kurvenfahrt deutlich an Agilität.

Bei der Entwicklung des Konzeptfahrzeugs arbeiten die Spezialisten aus Herzogenaurach eng mit dem hauseigenen Entwicklungs-Dienstleister Schaeffler Engineering zusammen. Auf dem Prototypen-Steuergerät „PROtroniC“ wird die Software hinterlegt, die das Zusammenspiel der vielen Einzelkomponenten steuert und regelt.

Chancen der 48-Volt-Technik

Auf der IAA 2013 hatte Schaeffler grundsätzlich gezeigt, welche Chancen die Einführung eines 48-Volt-Bordnetzes für eine kostengünstige Hybridisierung bietet. „Mit dem 48-Volt-Konzeptfahrzeug wollen wir nun nachweisen, dass es trotz der im Vergleich zu üblichen Hybridfahrzeugen sehr niedrigen Spannung möglich ist, den Verbrauch spürbar zu senken“, so Gutzmer. Von der 48-Volt-Technik sollen künftig auch andere elektromechanische Systeme profitieren, die sich bei Schaeffler in der Entwicklung oder der Serienfertigung befinden. Ein Beispiel hierfür stellt der elektromechanische Wankstabilisator dar, der die Fahrstabilität dadurch verbessert, dass er in schnellen Kurven starke Vertikalbewegungen der Karosserie verhindert.