Priusfreunde.de

YarisGerd schrieb:
@dukesim

Nein, das HSD wandelt das Drehmoment vom ICE nicht. Es bringt nur den ICE in einen Drehzahlbereich, in dem er ein hohes Drehmoment entwickeln kann.(...)

Es muss wandeln, ansonsten würde das System den Energieerhaltungssatz verletzten. Der ganze Sinn von Getrieben und auch zum großen Teil des HSD ist es zu wandeln.
Bei 150km/h wirst du auch nur das halbe Drehmoment an der Radachse vorfinden, verglichen mit 75km/h (jeweils ICE bei maximaler Leistung). Das ist auch an VIPs Daten vom MG2 Drehmoment zu sehen, das Drehmoment nimmt mit höherer Drehzahl ab.
Man muss im übrigen nicht versuchen das System im Detail zu verstehen, es reicht in diesem Fall eine globale Betrachtung als Black Box mit klaren Systemgrenzen. Eingangsleistung (ICE) und Ausgangsdrehmoment determinieren Ausgangsdrehzahl (Radsachse), und umgekehrt (von Verlusten mal abgesehen). Wandeln heißt von ICE-Achse zu Antriebsachse.
Dass es kein herkömmliches Getriebe ist und von jetzt auf gleich seine Übersetzung ändern kann, stimmt natürlich. Das Spiel aus MGs, PSD und ECU ist für den ICE aber wie ein mechanisches CVT in weiten Bereichen.

@dukesim

Das PSD wandte nicht, es verteilt. Aber wenn Du das HSD nicht völlig verstehen wilst, dann ist das in Ordnung. Nur schreibe dann nicht, dass das, was ich schrieb, falsch war. Insgesamt wird im HSD vie Energie umgewandelt. Aber es wird nicht alle Energie umgewandelt. Ein Teil wird nur verteilt bzw. Kraft gesteuert Umgeleitet. Die Kraftverteilung entsteht durch die unterschiedliche Hebellängen ( die Größen Verhältnisse bzw. Zähnezahl von Sonnenrad und Hohlrad). Wenn der MG1 als Generator arbeitet, kann er bei Stillstand kein Drehmoment aufbringen, weil ein stehender Generator kein Strom erzeugt.

Gerd

Ich habe nun eine Fahrt mit voller Beschleunigung aus dem Stand aufgezeichnet, diesmal auf augenscheinlich ebener Strecke, wobei der Tacho am Ende etwas über 170 km/h anzeigte (OBD 168 km/h), wonach ich mit geschätzt halber Kraft abbremste.

1) Drehzahl

Da der MG2 wie der eMotor eines Elektroautos eine fixe Übersetzung zur Antriebsachse hat, nehmen die rpm, wie schon oben erwähnt, mit der Fahr-Geschwindigkeit zu. Der Durchschnittswert der 10 höchsten Werte (sie sind ja nicht ganz exakt, sondern schwanken leicht) liegt bei 12.706 rpm.

Die ICE würde gerne mit Nenndrezahl drehen, wird aber vom MG1 eingebremst, weil dieser sonst sein Drehzahllimit überschreiten würde (der Schnitt der 10 höchsten protokollierten Werte für MG1 ist 11.267 rpm). Erst bei ca 75 km/h erreicht die ICE die für die maximale Motorleistung benötigten 4800 Touren und hält sie dann sehr konstant.



2) Drehmoment

Hier fällt auf, dass das vom Hersteller angegebene maximale Drehmoment nur für einen Moment (Wortspiel!) zur Verfügung steht. Die 169 Nm liegen bei 17 km/h an, schon bei 50 km/h ist es nurmehr etwas mehr als die Hälfte.



3) Leistung

Da das Power-Chart noch nicht unübersichtlich genug war, habe ich noch 2 Kurven (die punktierten Linien) dazu gezeichnet.

Die eine habe ich requICE genannt. Die OBD-PID dazu wird in den im Internet kursierenden Tabellen "Requested Engine Torque" genannt, auch in den vorkonfigurierten Prius-extended-PIDS in der Torque-App. Ist aber Unsinn, denn es handelt sich um Leistungswerte (offensichtlich schreibt da einer vom anderen ab). Sie liegt ab 75 km/h bei der Nennleistung von 54 kW.

Die andere ist der State Of Charge. Die SOC-Werte werden von der OnBoardDiagnose in Prozenten angeliefert. Da aber die Batteriekapazität bekannt ist (6,5 Ah bei 144 V = 936 Wh), habe ich auf Wh umgerechnet. Um sie im Chart unterzubringen habe ich die Werte durch 10 dividiert. Schneidet also die Kurve die 40er-Linie, sind noch 400 Wh vorhanden.

Es zeigt sich, dass die Restkapazität sehr gleichmäßig, um nicht zu sagen linear abnimmt. Das lässt den Schluss zu, dass die Batterieleistung während der Beschleunigung konstant ist.

Laut Aufzeichnung bzw. Berechnung sinkt der SOC im Zeitintervall 09:16,1 bis 10:34,6 (=78,5 Sekunden = 0,02181 Stunden) von 569 Wh (60,8%) auf 294 Wh (31,4%). Das ist ein Energiekonsum von 275 Wh und ergibt eine Batterie-Leistung von 275 Wh / 0,02181 h = 12,6 kW, die am Beschleunigungsvorgang beteiligt ist.

Würde die Batterie 20 kW beisteuern, wie es bei der Berechnung der Systemleistung gemacht wird (54 kW ICE + 20 kW Batterie = 74 kW System), dann wäre das in derselben Zeit ein Verbrauch von 20.000 W * 0,02181 h = 436 Wh was eine Restkapazität von 569 Wh - 436 Wh = 136 Wh ergibt statt der nach OBD vorhandenen 275 Wh. Das passt halt nicht zusammen.



Für mich ist damit die Suche nach der Systemleistung beendet.
Ich freue mich, dass meine Bildchen soviel Anklang gefunden haben und bedanke mich bei euch allen für eure Beiträge.

YarisGerd schrieb:
@dukesim

Das PSD wandte nicht, es verteilt. Aber wenn Du das HSD nicht völlig verstehen wilst, dann ist das in Ordnung. Nur schreibe dann nicht, dass das, was ich schrieb, falsch war.(...)
Das Planetengetriebe (wie auch das Differenzial) verteilt, ok, das kann man sagen, wobei mir der Widerspruch zum "Wandeln" nicht ganz klar ist (hat halt 3 statt 2 Ein-/Ausgänge).
Jetzt geht es aber um das HSD insgesamt. Wenn der Akku Strom zieht oder liefert, verteilt es im oberen Sinne. Das kann ein paralleler Hybrid-Antrieb aber auch, der hat aber nur einen E-Motor. Wenn man den Akku-Strom gleich 0 setzt, dann ist das HSD aber praktisch 1:1 wie ein mechanisches CVT. Dies ist der einzige Punkt, um den es mir gerade geht.
YarisGerd schrieb:
(...)
Nein, das HSD wandelt das Drehmoment vom ICE nicht. Es bringt nur den ICE in einen Drehzahlbereich, in dem er ein hohes Drehmoment entwickeln kann. Wen man ein Schaltgetriebe mit einer Übersetzung von 2:1 nimmt, dann sinkt die Ausgangs Drehzahl auf die Hälfte, aber das Ausgangsdrehmoment verdoppelt sich.(...)
Von konstantem Drehmoment am Ausgang des HSD bei zunehmender Ausgangs-Drehzahl, wie du das gemeint hast, kann keine Rede sein. Oder hast du das nicht so gemeint? Dann ist aber die Diskussion ein bisschen hinfällig, weil das einfach die Definition von "Wandeln" ist: Drehmoment1*Drehzahl1=Drehmoment2*Drehzahl2

Ich schreibe "man muss nicht", weil es Prinzipien höherer Ordnung gibt (Energie-, Impuls- und Massenerhaltung), die Systeme besser grundlegend verstehen lassen, und das bereits von außen. Im Detail kann man sich viel eher verzetteln mit Bildhaftem und Zahlen und befindet sich schnell auf dem Holzdampfer. Dass ich der letzte bin, der das HSD nicht verstehen will, kann man wohl am HSD-Simulator Thread sehen. Da kann man nämlich das, was VIP aufgezeichnet hat, am Schreibtisch vorhersagen. Zuerst kommen "first principles", wenn diese klar sind, kommen die Details.

VIP schrieb:
(...)
Die ICE würde gerne mit Nenndrezahl drehen, wird aber vom MG1 eingebremst, weil dieser sonst sein Drehzahllimit überschreiten würde (der Schnitt der 10 höchsten protokollierten Werte für MG1 ist 11.267 rpm). Erst bei ca 75 km/h erreicht die ICE die für die maximale Motorleistung benötigten 4800 Touren und hält sie dann sehr konstant.
(...)
Danke für die Daten. Interessant finde ich, wie "einfach" sich das System an den Spezifikationen hält. Es fährt schnell und direkt (im Rahmen der Massenträgheit) an die Grenzen und hält dann rel. gut den Wert. Man hätte sich vielleicht spekulieren können, das System würde vorsichtiger und sanfter an den Grenzen regeln. Die wichtige Ausnahme ist scheinbar der Akku, hier scheint das System vorsichtiger zu sein und ständig zu prüfen, wie viel es den Zellen zumuten kann.

Besten Dank an @VIP !

Ich hätte gerne noch folgende Kennlinie.

Wenn man die Verluste der doppelten Energieumwandlung nicht berücksichtigt, dann ist PSystem = PICE - PMG1 + PMG2.
Dann könnte ich die Systemleistung auf einer Linie sehen.
PICE - PMG1 ist der Teil der ICE Leistung, der mechanisch direkt auf den Antrieb wirkt und PMG2 ist der Teil der Leistung der von dem MG1 und von der Batterie vom elektrischen Zweig dem MG2 zur Verfügung gestellt wird. Das beinhaltet auch den Strom aus der Batterie. Denn PMG1 ist Teil von PMG2.

Gerd

P.S, wandeln bedeutet die Energie in eine andere Form zu transformieren. Das wir durch MG1 und MG2 gemacht.

YarisGerd schrieb:
(...) wandeln bedeutet die Energie in eine andere Form zu transformieren. Das wir durch MG1 und MG2 gemacht.
Naja, oben hast du noch vom Wandeln des Drehmoments gesprochen.
Und gesagt, das HSD wandle eben nicht. Jetzt sagst du MG1 und 2 würden wandeln (sind aber bekanntermaßen Bestandteile vom HSD). Scheinbar hast du zwischendrin aus Versehen einen Gedankensprung zwischen mechanisch und elektrisch gemacht, wo es eigentlich nur um die Wandlung von Drehmoment und Drehzahl ging.

Ich glaube wir können abschließend festhalten, dass das HSD (im Fall Akkuleistung=0) ein stufenloses elektrisches Getriebe ist, welches Drehmoment und entsprechend Drehzahl wandelt. Es ist von seinem Wandlungs-Verhalten (Drehmoment, Drehzahl) einem rein mechanischen CVT sehr ähnlich, oder in bestimmten Arbeitspunkten auch einem mechanischen Schaltgetriebe.

YarisGerd schrieb:
Ich hätte gerne noch folgende Kennlinie.
Wenn man die Verluste der doppelten Energieumwandlung nicht berücksichtigt, dann ist PSystem = PICE - PMG1 + PMG2.
Dann könnte ich die Systemleistung auf einer Linie sehen.
Ich weiß nicht, ob ich dich richtig verstanden habe, denn die Linie, die du vermutlich meinst, gibt es schon: "pICE+MG1+2".
Da im gezeigten Fahrzustand die Leistung des MG1 für das System einen negativen Wert darstellt, wird ja in der Rechnung pICE+pMG1+pMG2 der absolute Wert des MG1 von pICE+pMG2 subtrahiert.

Dann guck dir mal die Drehmoment Tabellen an. Die Drehmomente vom MG2 sind ziemlich konstant und das Drehmoment von MG1 ändert sich auch kaum. Das würde bei einem Schaltgetriebe ganz anders aussehen. Ab dem Momen, wo die Nenndrehzahl des ICE erreicht wird ändert sich hauptsächlich die MG1 Drehzahl proportional zur Geschwindigkeit, bis die maximale MG1 Drehzal erreicht ist. Die maximalen Drehmomente àndern sich kaum, weil sich die Übersetzung nicht ändert. Das sind signifikante Unterschiede zum konventionellen Getriebe. Es sind nicht alle Werte zu sehen. Aber die Drehmomente sind nur der Motorlast und den Gegekraften abhängig. Durch die unterschiedlich Verteilung der Drehzahlen wird auch die Leistung bei gleichem Drehmoment verteilt.

Gerd

Danke @VIP!

Ich hatte leider nicht genug Zeit, das genau auf meinem Smartphone anzusehen. Die elktrische Leistung ist natürlich positiv. Aber es ist klar, dass MG2 nur mehr Leistung bringe kann, als vom MG1 kommt, wenn dafür Strom aus der Batterie kommt. Nur hätte ich gedacht, dass da mehr kommt. Aber vielleicht stimmt auch etwas mit den Pids nicht.

Das hast Du ganz toll gemach, bravo!
Jetz habe sogar ich das verstanden!

Gerd

YarisGerd schrieb:
Dann guck dir mal die Drehmoment Tabellen an. Die Drehmomente vom MG2 sind ziemlich konstant (...)

Also die Diagramme widersprechen deinen Behauptungen "Drehmoment MG2 konstant".
In den Diagrammen sieht man, dass das MG2 Moment sehr variabel ist. MMG1 ist konstant, weil es am MICE hängt, das stimmt. Es sinkt die Drehzahl von MG1 und damit die Leistung MG1. Vom Akku mal abgesehen, muss auch PMG2 sinken. Da auch die Drehzahl immer weiter steigt, sinkt das Drehmoment umso mehr.
www.priusfreunde.de/portal/images/fbfile...ges/TorqueSpeed2.PNG

Und genau das gilt auch für die Räder:
Leitung ICE konstant, Geschwindigkeit steigt, Drehzahl Rad steigt, Drehmoment Rad sinkt. Und genau das macht das HSD wie jedes andere Getriebe.
Das Verzetteln in Missverständnisse im HSD vernebelt einem die richtige Lösung für das System als ganzes. Wie soll man auch die Innereien eines elektrischen Getriebe einzeln mit einem mechanischen 1:1 vergleichen. Natürlich hat das Schaltgetriebe keine E-Motoren drin.

Die E-Motoren machen die Übersetzung (in Kombination mit dem PSD). Es ist eine elektrische Übersetzung. Im Endeffekt ist es den Rädern und dem ICE aber egal, was in der Kiste passiert, sie wandelt einfach Drehmoment und Drehzahl (stufenlos eingestellt vom Steuergerät) und zwar strickt nach dem Energieerhaltungssatz. Das ist die Funktion von Getrieben.

VIP schrieb:
Um mein Billig-Equipment nicht zu überfordern, habe ich nur die Bytes der benötigten PIDs ausgelesen und die entsprechenden Werte in einer Tabellenkalkulation berechnet.Clever, damit habe ich auch mal experimentiert, kam aber zum Schluss, dass Torque Anfragen für die gleiche zugrundeliegende Nachricht bereits bündelt und über die OBD nur eine Anfrage geht. Ist aber, wenn ich mich recht entsinne, auch Einstellungs-abhängig. Von daher war dein Vorgehen nicht verkehrt und vor allem lernt man viel über den Aufbau der Nachrichten und was vom Auto tatsächlich an Rohdaten kommt. Auch von mir also ein Lob .

Woher kommt der Wert tICE? Ist der direkt per OBD verfügbar oder wurde er indirekt aus tMG1 berechnet? Je nach Antwort würde ich gerne noch die Übergänge beim Gasgeben und Gaswegnehmen diskutieren.

frankenfrank schrieb:
die Addition der Leistung MG1 und MG2 macht IMHO keinen Sinn.
Die MG1 1 + MG2 macht keinen Sinn.IMHO macht es durchaus Sinn.

VIP hat nämlich die Vorzeichen der MG1- und MG2-Leistung korrekt gewählt: Positiv, wenn sie als Motor laufen und negativ, wenn sie als Generator laufen. Bei Verlust 0 und Batterieleistung 0 kW ergibt die Summe pMG1 + pMG2 somit 0 kW, da sich Generator- und Motorleistung genau ausgleichen.

Gleichen sich Generator- und Motorleisung nicht aus, so ergibt die Summe pMG1 + pMG2 die Leistung, die die Batterie zum Antrieb zusteuert. Also negative Batterieleistung, wenn die Batterie geladen wird und positive Batterieleistung wenn die Batterie entladen wird.

Damit ist auch Radleistung = pICE + pMG1 + pMG2 = pICE + pBatterie korrekt. Allerdings hat man real Verluste und Drehzahlgrenzen, drehzahlabhängige Drehmomentgrenzen und Stromgrenzen der Komponenten.

YarisGerd schrieb:
Für Korrekturen bin ich stets dankbar.Da hätte ich leider mehr als ich Zeit habe. Ein allgemeiner Tipp wäre die eigenen Aussagen vor dem Abschicken versuchen mit Quellen zu belegen (egal ob man die dann im Text angibt oder nicht). Dann merkt man nämlich oft den eigenen Fehler und schickt es gar nicht erst ab.

YarisGerd schrieb:
Nur hätte ich gedacht, dass da mehr kommt. Aber vielleicht stimmt auch etwas mit den Pids nicht.Mag sein.
Aber: Ich gehe einmal davon aus, dass die Zeitmarken exakt sind, denn sie beruhen auf der "device-time", also der Handy-Uhrzeit. Ferner dürfte die protokollierte Geschwindigkeit ziemlich genau sein, eher eine Spur zu hoch.

Basierend auf den Aufzeichnungen dieser beiden Werte hat das Auto für die Beschleunigung aus dem Stand auf 100 km/h mehr als 15 Sekunden benötigt. Laut Werksangabe sollten es weniger als 12 sein. Also wird es schon stimmen, dass mein Yaris auch die Leistungsangaben nicht erreicht. Wahrscheinlich kann das ein anderer Yaris besser.

@proprius
Ja, alle Drehmomente und Drehzahlen sind direkt per ODB verfügbar. Die Leistungswerte werde davon berechnet.

Dann probiere ich mal die Vorgänge beim Gasgeben zu interpretieren. Dazu habe ich keine Quellen, sondern es sind meine Ideen zu den Daten, die man in den Diagrammen sehen kann. Zunächst mal die erste Messung mit Start ab 75 km/h:

VIP schrieb:

Im Diagramm bricht tICE beim Gasgeben (ca. 08:04.7) ganz kurz ein. Das könnte man als Messfehler ansehen, aber im gleichen Moment ändert sich auch tMG1 kurz.

Ich vermute, dass das HSD den Verbrenner in der Hochdrehphase stark entlastet, so dass er kaum noch Drehmoment abgeben muss. Da die Drosselklappe höchstwahrscheinlich fast offen bleibt, dreht der von der Last befreite Verbrenner schnell hoch.

In dieser Hochdrehphase muss man zwischen durch die Verbrennung erzeugtem Drehmoment und dem nach außen abgegebendem Drehmoment unterscheiden. Erzeugt werden weiterhin ca. 72-100 Nm, aber laut Diagramm landen außen nur 10 Nm. Der Rest beschleunigt die beweglichen Teile im Motor (Kurbelwelle, Pleuel, Kolben etc.). Dass es diesen Effekt gibt, kann man auch hier nachlesen:

Skylaunch:
2. Die Drehzahl ist konstant. Erhöht man die Drehzahl, so ist das von der Kurbelwelle abgegebene Drehmoment bzw. die abgegebene Leistung währenddessen geringer als im Diagramm, weil die beweglichen Massen des Motors Leistung schlucken, wenn sie beschleunigt werden.
MG1 entlastet den Verbrenner indem er in diesem Beispiel kurz sein bremsendes Drehmoment von -20 Nm auf -3 Nm verringert. Das sind schon mal 17 Nm um die der Verbrenner entlastet wird. Den Rest der Entlastung erledigt MG2, der sein Drehmoment stark erhöht und in der Hochdrehphase des Verbrenners fast die gesamte Antriebsleistung übernimmt. Würde MG2 das nicht machen, so würde das Auto kurz ausrollen und erst nach der Hochdrehphase beschleunigen, da ein Großteil der 10 kW kurz wegfallen, mit denen der Verbrenner vor dem Gasgeben lief. Diesen Wegfall würde man als Insasse durchaus spüren, wenn er nicht von MG2 ausgeglichen würde.

Für Fälle in denen MG2 die Antriebsleistung nicht übernehmen kann, z. B. weil zu wenig Akkuleistung verfügbar ist, müsste der Verbrenner weniger stark entlastet werden und langsamer hochdrehen.

Wer sich beim Betrachten des Diagramms wundert wie MG2 mit seinem geringen Drehmoment das größere Verbrenner-Drehmoment ausgleichen kann, der muss beachten, dass MG2 beim Yaris genauso wie beim P3 und Nachfolger eine zusätzliche Untersetzung vor dem Planetengetriebe hat, die er beim P1 und P2 noch nicht hatte.

Wenn die Ziel-Drehzahl erreicht ist, bremst MG1 wieder stärker, im Beispiel mit ca. -28 Nm, die ICE-Drehzahl ist wieder konstant.

Gleichzeitig hat MG1 seine Drehzahl in der Verbrenner-Hochdrehphase auf ca. 11000/min erhöht. Ob dazu die -3 Nm reichen mit denen er mitgeschleppt wird oder MG1 zusätzlich Akkuleistung verwendet, bin ich mir nicht sicher.

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Schaut man sich das zweite Beispiel an, die Beschleunigung aus dem Stand mit anfangs stehendem Verbrenner, so könnte man meinen das widerspreche meiner Interpretation von oben:

Den Widerspruch könnte man darin vermuten, dass MG1 nach dem Start des Verbrenners bei 09:18 zügig auf ca. -28 Nm geht ohne, dass eine Entlastung des Verbrenners durch MG1 sichtbar wäre. Ich denke aber, dass es kein Widerspruch ist:

Der Verbrenner darf gar nicht maximal schnell auf Höchstdrehzahl gehen, da sonst MG1 zu schnell drehen müsste. Der Verbrenner muss also etwas verzögert und erst mit steigender Fahrgeschwindigkeit auf maximale Drehzahl gehen. D. h. er muss auch gar nicht so stark entlastet werden wie im ersten Beispiel, sondern kann einen größeren Teil seines erzeugten Drehmoments nach außen abgeben, da für die langsamere Beschleunigung der internen Motorenteile weniger Drehmoment abgezweigt wird.

Dass MG1 am Drehzahllimit ist, sieht man auch im Drehzahldiagramm. Da bleibt MG1 eine Weile recht konstant bei ca. 11000/min während die Drehzahl der Verbrenners verzögert steigt.

Sehr schön ist übrigens auch der Start des Verbrenner zu sehen: MG1 und MG2 bringen ein positives Drehmoment auf und der Verbrenner ein negatives Drehmoment, denn bis der Verbrenner läuft bremst er erstmal.

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Zurück zum ersten Beispiel:

Beim Gaswegnehmen (ca. 08:34.6) bremst MG1 ganz kurz noch stärker (ca. -30 Nm statt -27 Nm). Vermutlich um die Veringerung der Verbenner-Drehzahl zu unterstützen. Die anschließenden Ausschläge der Drehmomente nach oben und unten dürften am Übergang zum Schleppbetrieb des Verbrenner liegen.

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Dass tICE und tMG1 ab 08:39 auf 0 Nm sind dürfe angesichts des Schleppbetriebs (siehe Drehzahlen) nicht real sein. Im Schleppbetrieb sollten der Verbrenner ein negatives Drehmoment und MG1 ein positives Drehmoment erzeugen.

VIP schrieb:




Für mich wirklich interessant ist die Tatsache, dass der ICE nur etwa 90% seines Nenndrehmoments laut Datenblatt erreicht (+/-100Nm gemessen von 111Nm Spezifikation) und damit auch nur 90% seiner Nennleistung (+/-50kW statt 55kW)!
Dazu hätte ich einmal eine ganz "dumme" Frage: Hat der Yaris einen Eco-Modus und war der evtl. während der Messung aktiviert?

Andererseits zeigt die Kurve der Leistungsanforderung vom ICE sauber 55kW an...
Eine Frage an die Verbrenner-Experten hier: Sind solche deutlichen Abweichungen vom Nennwert normal bzw. welche Parameter oder Defekte könnten dazu führen?

Grüße
Philipp

Edith sagt noch: siehe z.B. auch dieses Urteil mit Begründung