Mercedes-Benz Kunden haben in der kommenden Fahrzeugarchitektur künftig die Möglichkeit, zwischen zwei innovativen Antriebssträngen zu wählen. Der kommende CLA wird sowohl als hocheffizientes Elektrofahrzeug als auch als sparsamer Hybrid angeboten.
Mit dem Technologieträger VISION EQXX hat Mercedes-Benz neue Maßstäbe in Sachen Effizienz gesetzt. Die Erkenntnisse aus diesem Projekt überträgt das Unternehmen nun in seine Serienfahrzeuge. Allen voran der neue vollelektrische CLA, das erste Modell auf Basis der Mercedes-Benz Modularen Architektur (MMA).
Herzstück dieser vielseitigen und flexiblen Fahrzeugarchitektur ist das Skateboard-Chassis – eine primär für Elektroautos konzipierte Bodengruppe inklusive der entsprechenden Antriebs- und Fahrwerkskomponenten. Während die Kernarchitektur gleich bleibt, wird die Karosseriegestaltung variieren. Für die USA plant Mercedes-Benz im neu definierten Einstiegssegment eine Familie von insgesamt drei Modellen, darunter der CLA als viertürige Limousine und zwei SUVs.
Mercedes-Benz wird auch künftig die intelligente Modularität mit skalierbarem Skateboard-Design für künftige Modellfamilien in anderen Segmenten nutzen. Mit seinem Fokus auf elektrisches Fahren und Fahrzeugsoftware hat das Unternehmen seine Entwicklungsanstrengungen in diesen Bereichen massiv verstärkt. Dazu gehört die kürzliche Eröffnung des eCampus in Stuttgart-Untertürkheim, eines Kompetenzzentrums für die Entwicklung von Zellen und Batterien für die zukünftigen Elektrofahrzeuge der Marke. Ziel ist es, innovative chemische Kombinationen zu entwickeln und Produktionsprozesse für Hochleistungszellen mit Mercedes-Benz-DNA zu optimieren und so die Batteriekosten in den kommenden Jahren um mehr als 30 % zu senken.
Teile der Entwicklung und Erprobung der neuen MMA-Modelle fanden im Electric Software Hub (ESH) statt. Diese Einrichtung im Mercedes-Benz Technology Center (MTC) in Sindelfingen vereint zahlreiche Software-, Hardware-, Systemintegrations- und Testfunktionen unter einem Dach. Der gesamte elektrisch/elektronische Integrationsprozess der Fahrzeugentwicklung wird im ESH abgebildet und stellt sicher, dass alle neuen Hard- und Softwarekomponenten reibungslos interagieren.
Das erste MMA-Modell. Mit ihrer herausragenden Energieeffizienz markiert die hochflexible MMA-Architektur den nächsten Schritt von Mercedes-Benz in eine vollelektrische Zukunft. Die Electric Drive Unit (EDU 2.0) ist die erste einer neuen Generation elektrischer Antriebseinheiten von Mercedes-Benz, die als hochintegriertes modulares System konzipiert ist.
Mit dem Hauptantrieb auf der Hinterachse für optimale Traktion und Fahreigenschaften bringt Mercedes-Benz nun ein Antriebskonzept aus der Mittel- und Oberklasse in das Einstiegssegment. Der 200 kW starke Elektroantrieb mit permanenterregter Synchronmaschine (PSM) an der Hinterachse ist eine komplette Eigenentwicklung der Mercedes-Benz Ingenieure.
Die Rotormagnete sind doppel-V-förmig angeordnet. Ein weiteres Merkmal ist die Wicklung des Stators mit gestreckten Spulen. Zusammen tragen diese Maßnahmen zu einem bemerkenswert leisen Fahrerlebnis bei. Im Vergleich zu früheren Motorgenerationen kommt der PSM zudem mit deutlich weniger Seltenerdmaterialien aus. Der Anteil schwerer Seltener Erden liegt nahezu bei null Prozent. Die Hochleistungs-Leistungselektronik mit Siliziumkarbid-Wechselrichter sorgt für eine besonders effiziente Energieausnutzung.
Die Architektur umfasst außerdem ein Zweiganggetriebe an der Hinterachse, das Dynamik und Effizienz vereint. Der erste Gang mit einer kurzen Übersetzung von 11:1 sorgt für hervorragende Beschleunigung vom Start weg und herausragende Effizienz im Stadtverkehr. Der zweite Gang (Übersetzungsverhältnis: 5:1) ist für die Leistungsabgabe bei hohen Geschwindigkeiten und für hohe Effizienz auf der Autobahn optimiert und ermöglicht eine Höchstgeschwindigkeit von bis zu 210 km/h.
Die Schaltpunkte sind abhängig von der Fahrsituation und dem gewählten Fahrprogramm. Der Online-Optimierer passt sie laufend an aktuelle Parameter wie Batterie-SoC, Leistung und Fahrerwünsche an. Die Traktion erfolgt über Klauen (1st Zahnrad) oder Scheiben (2nd
Getriebe). Das Getriebe verfügt über eine spezielle Wärmeisolierung.
Die 4MATIC-Modelle sind mit einem 80 kW starken Elektromotor an der Vorderachse ausgestattet. Für maximale Effizienz verfügt auch dieser über einen Inverter der nächsten Generation mit Siliziumkarbid (SiC) und ist als Permanent-Synchronmaschine (PSM) ausgeführt. Der vordere Elektromotor fungiert als Boost-Antrieb und schaltet sich nur dann zu, wenn entsprechende Leistung oder Traktion benötigt wird. Diese Aufgabe übernimmt die Disconnect Unit (DCU), die Mercedes-Benz jetzt erstmals in der Kompaktklasse einsetzt. Für noch mehr Effizienz kann die DCU bei geringer Nachfrage den Elektromotor an der Vorderachse blitzschnell abkoppeln, so dass der Elektromotor und Teile des Getriebes stehen. Dadurch werden die Verluste an der Vorderachse um 90 Prozent reduziert und die Reichweite erhöht. Beim Concept CLA Class entspräche dies einer Reichweite von mehr als 750 Kilometern (WLTP) bei einem Energieverbrauch von 466 kWh/12 km.
Dieses hocheffiziente System ermöglicht zudem einen Frontkofferraum (Frunk) und gewährleistet gleichzeitig eine hohe Crashsicherheit über eine Sollbiegestelle am Rahmen. Die EDU ist über zwei Elastomerlagerebenen und einen zusätzlichen Trägerrahmen mit der Karosserie verbunden. Diese aufwändige doppelte Körperschallentkopplung führt unter anderem zu einem hervorragenden NVH-Verhalten (Noise, Vibration and Harshness).
Für eine besonders effiziente Energieausnutzung ist eine leistungsfähige Leistungselektronik mit einem Siliziumkarbid-(SiC-)Inverter ausgestattet. Getriebesteuerung und Inverter sind in einem Bauteil integriert. Gebaut wird die Antriebseinheit in Untertürkheim, wo Mercedes-Benz im Laufe der Jahre viele innovative Antriebssysteme entwickelt hat.
Die EDU 2.0 schafft insbesondere im realen Fahrbetrieb eine Balance zwischen maximalem Drehmoment, Höchstgeschwindigkeit und vorbildlicher Effizienz. Das hohe Drehmoment sorgt für dynamische Fahrleistungen, egal ob auf Bergpässen oder im Anhängerbetrieb. Ein weiterer Vorteil ist die außerordentlich kompakte Bauweise der EDU 2.0, die den Innenraummaßen und dem Kofferraumvolumen zugutekommt.
Mercedes-Benz setzt erstmals auf eine 800-Volt-Elektroarchitektur, die Effizienz und Leistung maximiert. In Verbindung mit der neuen Batteriegeneration kann dieses System die Ladezeit deutlich verkürzen. In nur 10 Minuten kann das Concept CLA Class per DC-Schnellladung eine Reichweite von bis zu 300 Kilometern erreichen. Mit dem Fokus auf Zeiteffizienz hat der CLA bereits bei einem Rekordversuch andere seriennahe Elektrofahrzeuge übertroffen: Bei einer 186-stündigen Testfahrt im süditalienischen Nardò legte ein Vorserienmodell in 24 Stunden exakt 3,717 Kilometer zurück. Das Zweiganggetriebe des Hauptantriebs an der Hinterachse trägt nicht nur zur Effizienz bei, sondern ermöglicht auch äußerst dynamische Fahrleistungen.
Die Zellen der Premiumbatterie mit einem nutzbaren Energieinhalt von insgesamt 85 kWh verfügen über Anoden, bei denen dem Graphit Siliziumoxid beigemischt ist. Im Vergleich zur Vorgängerbatterie mit herkömmlichen Graphitanoden ist die gravimetrische Energiedichte um bis zu 20 % höher. Auf Zellebene beträgt die volumetrische Energiedichte der Zellchemie 680 Wh/l (Wattstunde/Liter). Der Rohstoffeinsatz wurde im Sinne der Nachhaltigkeit weiter optimiert und reduziert, insbesondere durch eine deutliche Reduzierung des Kobaltanteils.
Hybridversion. Die neue Modellfamilie wird auch als Hybrid mit 48-Volt-Technologie und einem ins Getriebe integrierten Elektromotor mit 20 kW Antriebsleistung erhältlich sein. Der hocheffiziente Antriebsstrang wurde von Mercedes-Benz Ingenieuren in Deutschland entwickelt.
Die beeindruckende Kompaktheit des Motor- und Getriebedesigns ist auf die Nähe der Zylinder und die nebeneinanderliegende Anordnung des integrierten Elektromotors zurückzuführen. Motor, Inverter und Getriebe bilden zusammen eine hochintegrierte Einheit. Eine neu entwickelte 48-Volt-Batterie mit Lithium-Ionen-Technologie bietet einen Energieinhalt von bis zu 1.3 kWh. Das Design ist äußerst kompakt und integriert die Batteriezellen und den DC/DC-Wandler in einem sogenannten Flatpack.
Im niedrigen Geschwindigkeitsbereich unterstützt der Elektromotor intelligent. Die Konstantgeschwindigkeitsprofile werden elektrisch zurückgelegt, so dass ineffizienter Betrieb mit dieser Betriebsart ausgeschlossen ist. Rekuperation und die Möglichkeit, im Stadtverkehr rein elektrisch zu fahren, steigern die Effizienz des Antriebsstrangs. Zudem ist elektrisches Segeln bis etwa 100 km/h möglich. Eine Besonderheit: Der Motor kann in allen acht Gängen rekuperieren und dabei bis zu 62 kW Energie zurückgewinnen.
Durch die additive Drehmomentcharakteristik von Verbrennungs- und Elektromotor wird das maximale Drehmoment über einen weiten Drehzahlbereich erreicht. Zudem kann der Verbrennungsmotor vollständig über den Elektromotor und die Trennkupplung gestartet werden, wodurch ein konventioneller Ritzelstarter überflüssig wird. Durch die Start-Stopp-Funktion erfolgt der Motorstart für den Fahrer nahezu unmerklich.
Elektromotor und Inverter sind in ein neues, hochkompaktes Achtgang-Doppelkupplungsgetriebe (8F-eDCT) integriert. eDCT heißt diese Entwicklung, weil der Elektromotor in das Getriebe integriert ist und die mechanische Steuerung elektrohydraulisch erfolgt. Ein Elektromotor betätigt beide Doppelkupplungsstränge. Die Krafteinleitung und -trennung erfolgt über zwei Fahrkupplungen und eine Trennkupplung. Die Übersetzungen der acht Schaltstufen sind weit gespreizt, wodurch die Motorbetriebspunkte effizienzoptimiert werden können.
Als Verbrennungsmotor kommt ein neu entwickelter Mercedes-Benz Vierzylinder-Ottomotor mit 1.5 Liter Hubraum zum Einsatz. Das Aggregat mit der Typbezeichnung M 252 gehört zur für ein breites Spektrum von Fahrzeuganwendungen konzipierten FAME-Familie (Family of Modular Engines). Gemeinsame Merkmale der FAME-Motorenfamilie sind ein Vollaluminium-Kurbelgehäuse mit NANOSLIDE Technologie, ein Zylinderkopf mit teilintegriertem Krümmer und ein Turbolader mit Segmentturbine mit schaltbarer Spiralanbindung. Weitere Highlights sind die kompakte Ladeluftleitung und die motornah positionierte Abgasanlage in One-Box-Bauweise, die auf zukünftige Abgasnormen vorbereitet ist.
Das aus dem M 48 übernommene Konzept des elektrischen Kältemittelverdichters mit 256-Volt-Technologie reduziert die Reibleistung und ermöglicht die Klimatisierung des Fahrzeugs auch im Stand und im rein elektrischen Betrieb.
Der Hybridantrieb wird zum Marktstart in den USA mit 140 kW Leistung und 20 kW Elektroantrieb erhältlich sein. Bei einem Hubraum von 1,496 cm3 (91.1 in3), das entspricht einer beachtlichen Leistung pro Liter. Käufer haben die Wahl zwischen Frontantrieb und Allradantrieb 4MATIC.
Aus Effizienzgründen verwendet der Ottomotor ein auf dem Miller-Zyklus basierendes Brennverfahren, das den Kraftstoffverbrauch insbesondere im Teillastbereich – einem im Alltag sehr häufigen Fahrszenario – niedrig hält. Das vergleichsweise frühe Schließen der Einlassventile reduziert die Drosselverluste und ermöglicht ein hohes Verdichtungsverhältnis von 12:1.
Die neue Motor-Getriebe-Einheit ist kompakt dimensioniert und quer im Fahrzeug zwischen den Achsschenkeln eingebaut. Ein wesentlicher Vorteil ist das hervorragende NVH-Verhalten (Noise, Vibration, Harshness). Der M 252-Motor hat hier natürlich einen Vorteil, denn Mercedes-Benz verwendet vier statt drei Zylinder. Darüber hinaus ist der Motor mit einem umfangreichen NVH-Paket aus Schäumen und Abdeckungen ausgestattet, um die Geräuschemission weiter zu minimieren.
Das aus höheren Fahrzeugklassen bekannte Konzept der doppelten Schottdämmung wurde für einen noch leiseren Betrieb auch auf den seitlichen Bereich der A-Säule und den Bodenbereich ausgeweitet.
Quelle aus Green Car Kongress
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