Priusfreunde.de

Szenario: Fahren auf der Autobahn mit > 80 Km/h

In welchem Drehzahl-Bereich läuft der Verbrenner am effizientesten?

Oder anders gefragt: ist die Effizienz bei 1200 Upm noch gut?

Berg runter kann ich entweder das Gaspedal soweit zurücknehmen dass er den Verbrenner mitschleift (kein Verbrauch) oder ich kann leicht beschleunigen und den Verbrenner mit ca. 1-2 L/h laufen lassen.

Und dann die Frage: gibt es einen X-Gauge Wert um den Energiefluss der Leistungsverzweigung anzuzeigen, also wie viel Kraft geht den mechanischen Weg und wie viel Kraft den elektrischen Weg?

Der Gedanke dahinter: bei Reisetempo die Kraft über den elektrischen Pfad minimieren um den Wirkungsgrad zu maximieren.

Wie ihr seht bin ich mit dem Autobahnverbrauch noch nicht zufrieden und hoffe das da noch etwas rauszuholen ist.

Grüße,

Santosha

Interessante Frage. Ein X-Gauge für den Strom, der über den Inverter zwischen MG1 und MG2 fließt kenne ich nicht.

Erste Prio sollte wohl sein, dass BTA gering ist, da man ansonsten nicht nur die Verluste des Inverters, sondern auch die des Akku-Laden-/Entladens hat. Angenommen BTA ist fast 0:

Wie wäre es mit der Leistung von MG1 oder MG2? Siehe MG1/2 RPM und MG1/2 Torque in der X-Gauge-Tabelle (docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0AiH...1eVE&hl=en#gid=5)

Belegt halt zwei Anzeigeplätze und man muss immer Drehzahl und Drehmoment im Kopf multiplizieren um an die Leistung zu kommen.

Da bei MG2 die Drehzahl linear zur Fahrgeschwindigkeit ist, wäre bei (fast) konstanter Geschwindigkeit evtl. das Drehmoment von MG2 ein brauchbarer Wert, den man versuchen könnte Richtung 0 zu bekommen.

probier doch mal den IGN wert. diesen beim beschleunigen auf 18 halten und beim langsamer werden auf 14. infos dazu findest du unter "shm prius"...

damit sind die ströme zur batterie relativ gering, wenn diese sollzustand hat. bei 18 kommen etwa 5 l/100km zustande und bei 14 dann etwa 2,5. allerdings bricht das tempo doch schon gelegentlich deutlich ein, also nicht unbedingt was für die autobahn, sondern doch eher für den highway.

Servus.

santosha schrieb:
In welchem Drehzahl-Bereich läuft der Verbrenner am effizientesten?
Ist zwar nicht explizit für dein Fahrzeug, dürfte aber als erste Orientierung ausreichen:
klick mich


Grüße ~Shar~

Zum Thema "Verluste über den elektrischen Pfad minimieren" habe ich mir noch ein paar Gedanken gemacht. Alle Überlegungen unter der Vorbedingung, dass der Batteriestrom bereits minimal ist, so dass es nur um den Stromfluss zwischen MG1 und MG2 geht. Aus dem minimalen Batteriestrom folgt auch, dass der Verbrenner läuft, denn irgendwo muss die Leistung herkommen. Es geht hier ja nicht um Ausrollen oder Rekuperation bergab, sondern um konstante Geschwindigkeit oder Beschleunigung.

• Mir ist wieder der Beitrag "HSD-Getriebe - Vor- und Nachteile" von Schnappie eingefallen, den sollte man zum Einstieg mal lesen.


• Ich habe mit dem Simulator gespielt: eahart.com/prius/psd/ und mir die Überlegungen und Messungen von Bob Wilson zum MG1/MG2/ICE Drehmoment angeschaut: www.greenhybrid.com/discuss/f10/measurin...g1-mg2-torque-18220/


• Da wir annehmen, dass die Batterieleistung fast 0 ist, muss alle Leistung die über den elektrischene Pfad geht entweder von MG1 erzeugt und von MG2 verbraucht oder von MG2 erzeugt und von MG1 verbraucht werden (abzüglich Verluste bei der Umwandlung)


• Die Leistung der MGs ist 0, wenn die Drehzahl 0 oder das Drehmoment 0 ist (P = 2*Pi*M*n, M = Drehmoment in Nm und n = Drehzahl in 1/s)


• Die Drehzahl von MG2 hängt linear von der Fahrgeschwindigkeit ab, kann also während er Fahrt nicht 0 werden.


• Das Drehmoment von MG1 kann bei unter Last laufendem Verbrenner nicht dauerhaft 0 werden, da MG1 mit 28% des Verbrenner-Drehmoment gegenhalten muss. Anderfalls würde sich die Drehzahl von MG1 erhöhen.


• Es bleibt also nur der Fall, dass das Drehmoment von MG2 minimiert wird, was das führen müsste, dass die Drehzahl von MG1 Richtung 0 geht. MG1 muss immer noch ein Drehmoment aufbringen, aber da die Drehzahl niedrig ist, ist die Leistung auch niedrig.


• Eine Drehzahl von 0 für MG1 ergibt eine feste Übersetzung zwischen Verbrenner und MG2 (siehe Simulator). In dem Fall ergibt sich im Simulator die Drehzahl des Verbrenners (in 1/min) aus der Geschwindigkeit (in km/h) * 26,5. Als minimale Geschwindigkeit ergibt sich bei 1280/min 48 km/h. Über ca. 60-70 km/h ergeben sich leider Drehzahlen, bei denen die Leistung für konstante Geschwindigkeit in der Ebene zu hoch ist. Das Fahrzeug würde also beschleunigen. Bei 120 km/h wäre man z. B. bei unnötig hohen 3180/min. Will man die Drehzahl des Verbrenners senken muss MG1 rückwärts drehen. Die dazu nötige Leistung muss von MG2 generiert und elektrisch an MG1 geleitet werden.

Fazit der Theorie: Die Leistung des elektrischen Pfades kann man bei (fast) konstanten Geschwindigkeiten nur zwischen ca. 48-70 km/h auf 0 bekommen. Das ist evtl. auch eine weitere Erklärung für das Verbrauchsminimum des Prius in diesem Geschwindigkeitsbereich. Bei höheren Geschwindigkeiten kann die Leistung des elektrischen Pfads nur beim Beschleunigen oder bergauf auf 0 gebracht werden (bei entsprechend höheren Verbrenner-Drehzahlen).

Tja, nun muss man das nur noch in der Praxis verifizieren. Ich habe mir das MG2-Drehmoment mal in den Scangauge programmiert (Den X-Gauge für den P2 kann ich posten, sobald ich es getestet habe).

Auf Vorschlag von proprius befinden sich die Beiträge zum Thema "Optimiertes rekuperatives Bremsen" nun in einem eigenen Thread:

- www.priusfreunde.de/portal/index.php?opt...tid=13&id=237107

Ein Teil eines Beitrags von santosha gehört allerdings hierher, und zwar dieser:

Zurück zum Thema Wirkungsgrad des Motors: die genannten IGN Werte von 14 bzw. 18 können für die dritte Generation des HSD nicht stimmen, hier liegen die IGN Werte höher.

Ich habe jetzt ersatzweise mal LOD im Scangauge eingeblendet, und versuche diesen nicht zu weit sinken zu lassen. Ich fahre also entweder mit LOD > 85 oder lasse den ICE in die "Schubabschaltung" laufen.
Grüße, Egon

Ich finde, das Forum hier hat Klasse. Wenn ich noch keinen Hybrid hätte wäre das Grund, einen zu kaufen.

@proprius

Danke für die theoretischen Überlegungen. Ich hatte mir da auch schon Gedanken dazu gemacht, war aber in eine Sackgasse geraten, und zwar genau an diesem Punkt:


Das Drehmoment von MG1 kann bei unter Last laufendem Verbrenner nicht dauerhaft 0 werden, da MG1 mit 28% des Verbrenner-Drehmoment gegenhalten muss. Anderfalls würde sich die Drehzahl von MG1 erhöhen.


Wie genau ergeben sich die 28% ? Bedeutet dies nicht dass immer 28% Leistung elektrisch laufen müssen oder habe ich einen Denkfehler ?

Meinen besten Verbrauch auf der Autobahn bisher hatte ich mit ca. 4,4 L/100km bei Fahrten mit möglichst konstanter Last. Bergauf minimal 70 km/h und bergab bis ca. 130 km/h, in der Ebene 100 km/h. Allerdings war die Strecke recht hügelig, Saarbrücken - Mannheim falls die jemand kennt.

War nachts bei fast leerer Autobahn, tagsüber würde ich so nicht fahren

Ist auch viel zu anstrengend auf Dauer so zu fahren.

Grüße, Santosha

santosha schrieb:
Wie genau ergeben sich die 28% ? Bedeutet dies nicht dass immer 28% Leistung elektrisch laufen müssen oder habe ich einen Denkfehler ?Es ergibt sich wohl aus der Übersetzung von 1:2,6 zwischen Verbrenner und MG1 im Planetengetriebe. Ich hab es hier her (ganz unten):
So, by approximating a little we can say that 72% of the planet carrier (ICE) torque is passed to the ring gear (final drive to wheels) and 28% is passed to the sun gear (MG1)Für das Drehmoment ergibt sich also diese feste Verteilung. Die Leistung ergibt sich aber erst durch Multiplikation mit der Drehzahl. Bei n=0 leistet MG1 keine mechanische Leistung, kann aber trotzdem ein Drehmoment aufbringen. Der Verbrenner kann drehen und ein Drehmoment übertragen, also Leistung erbringen. Das Verhältnis der Leistung ist also variabel.

Das Problem mit meiner Theorie oben ist noch, dass ich den Wirkungsgrad der MGs der Einfachheit halber mit 100% angenommen hatte. Im Fall des stehenden MG1 kann das kaum stimmen, denn dann wäre keine elektrische Leistung notwendig um ein Drehmoment aufzubringen. In der Praxis wird MG1 also entweder elektrische Leistung verbrauchen um das "Haltemoment" aufzubringen (oder sogar rückwärts zu laufen) oder MG1 läuft als Generator gerade so schnell vorwärts, dass das nötige Brems-Drehmoment durch den Generatorbetrieb aufgebracht wird. Der dabei erzeuge Strom fließt natürlich wieder über den elektrischen Weg.

Weiss jemand wie das maximale "Generator"-Drehmoment von MG1 bei verschiedenen Drehzahlen ist?

Ich verstehe nicht wozu die Wirkungsgradüberlegungen führen sollen
Die CVT-Eigenschaft im HSD wird doch über das PSD zusammmen mit dem ICE und MG1 gebildet und grundsätzlich kann der Prius nicht fahren, wenn kein elektrischer Strang dabei ist.

Nachfolgendes Bild veranschaulicht diese Eigenschaft.

Bei normaler Fahrt wird über die Gegenkraft (MG1 im Generatorbetrieb) Strom über den Inverter für den Motor MG2 bereitgestellt und alle Kräfte sind über das PSD kraftschlüssig bis zu den Antriebsrädern des Prius verbunden.

In Priuswiki ist die Funktion des PSD in seinen verschiedenen States sehr gut beschrieben.

www.priuswiki.de/index.php?title=PSD

Weiterhin kennen wir Priusfahrer den Zustand:
Wenn stärker beschleunigt (Leistung angefordert)wird, dreht der ICE hoch, um dann (wenn stationär weniger Leistung gefordert ist)in seiner Drehzahl wieder zurück zu regeln - wobei die Geschwindigkeit erhalten bleibt.
Diese Eigenschaft wird über die Motorsteuerung (Computer), dem Inverter, via MG1 und dann kraftschlüssig über das PSD bis zum Rad geleistet, womit dann alle Kräfte (Antriebskraft, Wind-/Rollwiderstand...) im Gleichgewicht sind. Sofern sich eine konstante Fahrgeschwindigkeit des Prius eingestellt hat.

Wo will man jetzt wirkungsgradverbessernd ansetzen?

Wie gesagt..., ist mir hier im Thread nicht klar geworden.

Grüsse, Helmut

Jede PS die z.B. von MG1 als Generator erzeugt wird. kommt nur mit etwa 80% Wirkungsgrad bei MG2 an. Der Rest ist Verlustleistung, also Wärme. Wird die Batterie über die MGs aufge- oder entladen, ist der Wirkungsgrad ähnlich.

Je weniger Leistung man über die MGs generiert und antreibt desto geringer die Verlustleistung über den elektrischen Pfad. Ob dabei der Verbrennungsmotor effizient laufen kann, ist dabei die entscheidende Frage.

In welchem Drehzahlbereich das der Fall ist beantwortet folgendes Diagramm: www.priuswiki.de/index.php?title=Wirkungsgrad

fritzr schrieb:
Jede PS die z.B. von MG1 als Generator erzeugt wird. kommt nur mit etwa 80% Wirkungsgrad bei MG2 an. Der Rest ist Verlustleistung, also Wärme. Wird die Batterie über die MGs aufge- oder entladen, ist der Wirkungsgrad ähnlich.

Je weniger Leistung man über die MGs generiert und antreibt desto geringer die Verlustleistung über den elektrischen Pfad. Ob dabei der Verbrennungsmotor effizient laufen kann, ist dabei die entscheidende Frage.

In welchem Drehzahlbereich das der Fall ist beantwortet folgendes Diagramm: www.priuswiki.de/index.php?title=Wirkungsgrad
Den 1. Absatz kann ich nachvollziehen, ob nun 70,80 oder 90% sind auch ersteinmal egal.

Da man für das HSD/PSD/CVT-Konzept aber nun mal die Gegenkraft/Generatorkraft von MG1 benötigt, müßte man doch zwecks besserem Gesamtwirkungsgrad ab Verbrenner, ein ganz anderes Konzept incl. CVT-Getriebe haben.
Oder anders ausgedrückt, um eine bestimmte Kraft des Verbrenners auf die Straße zu bringen (ICE-Wirkungsgrad ist da ersteinmal da Konzeptbedingt belanglos), ist ZWINGEND der el. Pfad MG1/MG2 beim HSD-Konzept notwendig!!!

Ich verstehe immer noch nicht, wo man jetzt hier in diesem Thread am HSD-Konzept ansetzen will, von Wirkungsgradverbesserungen der einzelnen Komponenten mal abgesehen

Grüsse, Helmut

fritzr schrieb:
Jede PS die z.B. von MG1 als Generator erzeugt wird. kommt nur mit etwa 80% Wirkungsgrad bei MG2 an.Richtig, das ist der Grundgedanke. Es gibt auch die Variante, dass MG2 als Generator läuft und MG1 als Motor rückwärts dreht: Im Fall höherer Geschwindigkeiten und niedriger Verbrenner-Drehzahl. Einfach mal mit dem Simulator spielen. Willkommen im Forum übrigens.

haribo schrieb:
Ich verstehe immer noch nicht, wo man jetzt hier in diesem Thread am HSD-Konzept ansetzen will, von Wirkungsgradverbesserungen der einzelnen Komponenten mal abgesehen Ich verstehe Deine Frage. Ich habe sie mir auch schon gestellt, da man ja bei konstanter Fahrgeschwindigkeit keine Wahl bezüglich der Drehzahlen und -momente von MG1, MG2 und Verbrenner hat.
Die Antwort ist: Wenn man nicht ganz konstant fährt sondern die Geschwindigkeit um ein paar km/h variiert (eine Art Pulse & Glide) oder Höhenunterschiede ausnutzt, dann hat man doch wieder Gestaltungsmöglichkeiten wann man wie viel Leistung einsetzt. Über die Leistung kann man abhängig von der Fahrgeschwindigkeit (und anderen Parametern, wie SOC) Einfluss auf MG1, MG2 und Verbrenner nehmen.

Ich versuche in diesem Thread gerade zu verstehen bei welcher Geschwindigkeit und Leistung was im HSD passiert und wo Bereiche mit hohem Wirkungsgrad sind. Schön wäre ein farbige 2D-Darstellung: X-Achse = Geschwindigkeit, Y-Achse = Systemleistung, Farbe = Wirkungsgrad. Zusätzlich kann man noch eine Kurve mit der Leistung für eine konstante Geschwindigkeit einzeichnen. Alles über der Kurve ist dann Beschleunigung (oder bergauf), alles unter der Kurve ist Verzögerung (oder bergab).

Es geht mir erstmal nur um das Verständnis. Daraus ein praktikables Vorgehen zu machen, ohne beim Fahren auf zig Zahlen zu starren, ist ein separater Schritt.

proprius schrieb:
fritzr schrieb:
Jede PS die z.B. von MG1 als Generator erzeugt wird. kommt nur mit etwa 80% Wirkungsgrad bei MG2 an.Richtig, das ist der Grundgedanke. Es gibt auch die Variante, dass MG2 als Generator läuft und MG1 als Motor rückwärts dreht: Im Fall höherer Geschwindigkeiten und niedriger Verbrenner-Drehzahl. Einfach mal mit dem Simulator spielen. Willkommen im Forum übrigens.

[ .... ]

Es geht mir erstmal nur um das Verständnis. Daraus ein praktikables Vorgehen zu machen, ohne beim Fahren auf zig Zahlen zu starren, ist ein separater Schritt.
Ja, das ist der in Priuswiki unter PSD beschriebene Graham Davies: Heretical Mode. Punkt 5.2

[ .... ]

Mein Einsatz des P2 ist eher die praktische Sicht der Dinge. Gegen die Umwelteinflüsse kann man nichts machen. Fast alle Einflüsse auf den Verbrauch mitteln sich im Betrieb statistisch aus.
Das sind die Einflüsse von bergauf, bergab oder die Windeinflüsse. Auch die Wettereinflüsse Temperatur/Luftdruck und Feuchte wirken sich mal positiv, mal negativ auf den Verbrennungswirkungsgrad aus. All diese Einflüsse sind im Jahresspiel aber nie einseitig.
Was man aber nie zurückbekommt, ist ein erhöhter Rollwiderstand durch Nässe und Schnee, wogegen der Wind mal von vorne oder mal von hinten kommt.....also mal bremst und mal schiebt

Mit den elektrischen MG1/MG2 Wirkmechanismen gemäß Wiki 5.1 5.2 muß man beim HSD-Konzept leben. Ich genieße oft das ruhige Gleiten des Prius im eingeschwungenem Zustand...., fühlt sich an wie im Flieger

Grüsse, Helmut

Danke für die freundliche Begrüßung! Ich fahr erst seit 1 Monat Prius, find´s aber spannend.
proprius schrieb:
Ich verstehe Deine Frage. Ich habe sie mir auch schon gestellt, da man ja bei konstanter Fahrgeschwindigkeit keine Wahl bezüglich der Drehzahlen und -momente von MG1, MG2 und Verbrenner hat.
Doch, hat man überraschenderweise. Hierzu ist interessant http://techno-fandom.org/~hobbit/cars/sweet/ ab "the real epiphany came to me".

Es gibt anscheinend eine Hysterese beim Priusfahren. Je nachdem ob man von höheren Drehzahlen kommt (Gas zurücknimmt) oder von niedrigeren (Gas gibt), scheint es 2 ICE-Drehzahlen zu geben, bei denen dieselbe Antriebsleistung erzeugt wird. Anscheinend ist der Zustand mit niedriger Drehzahl der ökonomischere. Warum dieses?

Meine Idee für eine Begründung dazu hängt mit der Drehzahl variierenden Verlustleistung des elektrischen Pfades zusammen:

Ich nehme vereinfachend an, das ICE Drehmoment sei im betrachteten Drehzahlbereich konstant, ebenso die Fahrleistung, Fahrgeschwindigkeit und ergo MG2 Drehzahl.

Einige Eigenschaften des HSD hat proprius oben sehr schön beschrieben. Ich picke mir daraus mal die Drehmoment Aufsplittung raus: 28% von M_ICE gehen an MG1 72% an Räder/MG2.

Dann ist auch das Drehmoment an MG1 über den Drehzahlbereich konstant (28% von [M_ICE=const.]) . Ausschlaggebend für die Generator-/Motorleistung von MG1 ist nur die Drehzahl.

EDIT: Da unter diesen Bedingungen (MG2-Drehzahl fix) PSD bedingt ICE-Drehzahlzunahme und MG1-Drehzahlzunahme zueinander proportional sind, ist auch ihre Leistungszunahme proportional.

D.h. hohe ICE-Drehzahl führt zu hoher Verlustleistung (ca. 20%) von mG1 zu Mg2 und den Rädern.

Man kann sich nun Fahrzustände vorstellen, wo trotz niedriger ICE-Drehzahl und -Leistung dieselbe Fahrleistung erzielt wird (Hysterese), weil der MG1 langsamer drehen kann und dadurch die Verlustleistung geringer ist.

Für den "heretical" Mode gilt dasselbe nur umgekehrt: Höhere Motor(!)-Drehzahl von MG1 führt zu höherer Verlustleistung von mG2 zu Mg1. Hier besteht aber nicht die Gefahr der Hysterese, weil mit zunehmender MG1 Motorleistung die ICE Leistung ja ab- und nicht zunimmt (invers proportional). Die notwendige Mehrleistung für den MG1 vom ICE also nicht geleistet werden kann.

Der nächste Schritt könnte sein dieses zu quantifizieren mit realistischen Zahlen...

santosha schrieb:
Berg runter kann ich entweder das Gaspedal soweit zurücknehmen dass er den Verbrenner mitschleift (kein Verbrauch) oder ich kann leicht beschleunigen und den Verbrenner mit ca. 1-2 L/h laufen lassen.
Nach dem, was ich gelesen habe, ist hier "Warp-Stealth" das Optimum. Also Verbrenner ohne Verbrennung mitschleifen, aber die Verluste durch E-Motorleistung ausgleichen (gelbe Pfeile). Ganz wenig Gas geben also.