Hybrid-Stages

Aus Prius Wiki

Aktuelle Version vom 20. Dezember 2017, 16:34 Uhr

Von priuschat.com wurden die 4 Stages übernommen, die das Hybrid-System absolviert – vom Start bei S1 bis zum vollen Betrieb bei S4.

Der Text ist erstmal in Englisch, bis er Schritt für Schritt übersetzt ist.

S1

Im Zustand S1 ist der Verbrennungsmotor kalt. Wird der Prius nicht in den EV-Modus versetzt, startet der Motor wenige Sekunden nach Einschalten des Hybridsystems und läuft durchgehend bis die Temperaturschwelle zum Zustand S2 erreicht ist. Bei geringer Geschwindigkeit wird dem Motor keine Energie entnommen, was die sonst unüblichen Anzeigen des Energieflussdiagramms erklärt. Man kann beobachten, dass auch bei leichter Beschleunigung ausschließlich Energie aus dem Akku entnommen wird, der Motor also nach Möglichkeit nicht belastet wird. In diesem Zustand kann man nicht in den EV-Modus wechseln.

Nach ca. einer Minute verändert sich das Verhalten. Im Forum Priusfreunde.de sagen wir, der Wagen geht von Stage 1a in Stage 1b. Die Drehzahl der ICE ändert sich und ab dem Punkt unterstützt der Verbrenner beim Vortrieb.

[In Stage 1 the ICE is cold. If not prevented by use of the EV switch, the ICE will start a few seconds after the car is powered On. Until the system reaches the S1/S2 transition temperature, the ICE will run continuously. This accounts for the anomalous observation of electric regeneration or no arrows (coasting) at the same time as a low instantaneous mpg reading. No power is being drawn from the ICE, but it is running. Also in Stage 1 you will notice that battery power is used for even mild acceleration. In Stage 1 the HSD prefers not to draw power from the ICE if it is not necessary. You cannot enter EV mode while in Stage 1.]

S2

Wenn die Systemtemperatur 40° C erreicht hat geht der Computer in Stage 2 über. 'Leider erinnert sich der Autor nicht mehr an alle Details.' Jedenfalls geht der ICE aus, wenn er nicht gebraucht wird. Hält man den Wagen an, geht der ICE sofort aus - und sehr leise. Aber der Wagen geht nicht in den "Golf-Wagen-Modus" ins Stage 2, d.h. die Batterie kann geladen oder Energie entnommen werden, aber der ICE wird beim Fahren immer benutzt.

[When the system temperature reaches 40 degrees C. (104 F.) the computer goes to Stage 2 operation. The original Japanese poster gave more detail than I clearly remember, but it appears that in Stage 2 the ICE will shut off if it is not needed to provide power. At a stoplight, in S2, the ICE will stop immediately and fairly smoothly. However, the car will not go into golf-cart mode in Stage 2. It can draw power from the battery or it can recharge the battery, but will not use the battery without the ICE. I have not ascertained if you can enter EV mode from S2.]

S3

Wenn das System 73° C erreicht hat, geht der Computer in Stage 3a über. In 3a läuft der ICE ständig, bis der Wagen für 5 bis 10 Sekunden vollständig anhält. Überraschenderweise sträubt sich der ICE in S3a wesentlich mehr sich abzuschalten als in S2 - und wenn er sich dann abschaltet, tut er das sehr unruhig, geradezu rau: Man merkt, wie das ganze Auto rüttelt. (Anmerkung: Dieses Rütteln kann dabei durchaus individuell unterschiedlich wahrgenommen werden. Es wurde auch von seltenen Fällen berichtet, wo dieses Rütteln des Motors mehrere Sekunden angedauert hat und deshalb als extrem heftig wahrgenommen wurde. Eine problemlos korrigierbare Fehleinstellung in der Motorsteuerung kann hier die Ursache sein. Es wurde aber auch berichtet, daß das Rütteln kaum oder nur selten wahrgenommen wird. In jedem Fall sollte bei Zweifeln, ob das Rütteln beim eigenen Prius noch normal ist oder nicht, durch einen temporären Fahrzeugtausch mit einem anderen Priusfahrer und anschließendem Doppeltest oder am besten durch einen Werkstattbesuch überprüft werden). Ist er aber dann bei einem vollständigen Halt in S3a endlich ausgegangen, ist man in Stage 4.

Vermutlich nutzt der Bordcomputer den S3-Modus, um den Wärmespeicher (Thermoskanne) maximal aufzuladen. Der eventuelle Mehrverbrauch durch den S3-Modus würde dann durch eine kürzere Warmlaufphase beim nächsten Mal kompensiert. Mit etwas Glück fällt die S3-Phase in eine Strecke, in der ohnehin Leistung benötigt wird, so dass man diese Phase gar nicht bemerkt.

Ist der Wagen in S3a und man fährt schneller als 34 mph (~ 54 km/h) ohne einen vollständigen Halt für 5 bis 10 Sekunden vorher gehabt zu haben, geht das System in Stage 3b. S3b ist so ähnlich wie Stage 4, der einzige Unterschied ist, dass wenn man längsamer als 34 mph fährt und die Bremsen betätigt, man wieder in S3a ist. EV-Mode kann in S3 aktiviert werden.

[When the system temperature reaches 73 C. (163.4 F.) the computer goes into Stage 3a. In S3a the ICE will not shut off unless you come to a full stop for 5 or 10 seconds. Paradoxically, it is more reluctant to shut off than it was in S2, and in S3a it shuts off very roughly. You will feel the car shudder. But once it does shut off at a full stop in S3a, it will then be in Stage 4 operation.

Once the car is in S3a, if you reach 34 mph without having come to a full stop for 5 or 10 seconds, the car will go into S3b operation. S3b is identical to Stage 4, except that if you slow down below 34 mph and apply the brakes, you will be back in S3a. In S3 you can engage EV mode providing that you meet all the conditions for EV mode.]

Anmerkungen des original Autors:

I have observed that at the full stop in S3a sometimes the ICE stops after 5 seconds, and other times runs for 10 seconds before stopping. I do not know what determines the difference. I have also observed more than one rough shut-down in a trip, suggesting to me that perhaps the ICE may sometimes stop roughly in S2, and may not stop immediately when you let off the accelerator in S2. I repeat that I do not clearly understand Stage 2 operation.

Coming to a full stop while in EV mode does not seem to trigger S4. You must be in normal mode when you stop in order to enter S4 operation.

S4

Stage 4 ist die normale Vollhybrid-Betriebsart. Der Prius ist am effizientesten in S4. Das Fahrzeug wird nach Ermessen des Computers in den "Golfcaddy"-Modus wechseln. Man kann ihn dazu ermutigen, indem man den Fuß für einen Augenblick vom Gaspedal nimmt und dann das Pedal sehr leicht betätigt. Dies ist bekannt als "das Pedal federn". Federn zwingt das Fahrzeug weder in den Golfwagen-Modus noch ist es notwendig, damit der Prius in den Golfwagen-Modus übergeht. Es ist eher so, daß der Wagen etwas früher dazu gebracht wird, als er es von sich aus tun würde. Der Vorteil vom Federn des Pedals ist fragwürdig, da der Computer entscheidet, wann er den Golfwagen-Modus für am erstrebenswertesten erachtet. Die Zeit, die im Golfwagenmodus verbracht wird zu verlängern, könnte lediglich die Wirkungsgradverluste erhöhen, die beim Laden und bei der Leistungsentnahme aus der Batterie auftreten. Andererseits könnte es nützlich sein, den Golfwagen-Modus zu ermutigen, wenn der SOC sehr hoch ist, da es einen Freiraum in der Batterie schafft, um wenn nötig, Ladung aufzunehmen. Oberhalb von 68 km/h muss der ICE mitdrehen und wird im allgemeinen Leistung abgeben. Es ist möglich, daß der ICE oberhalb von 68 km/h dreht, ohne dem Wagen Leistung zur Verfügung zu stellen, und dies ist beobachtet worden. Da aber der ICE bei diesen höheren Geschwindigkeiten effizienter arbeitet, ist der Golfwagen-Modus oberhalb von 68 km/h (Super-Golfwagen-Modus) ungewöhnlich. Die maximale Geschwindigkeit im EV-Modus beträgt 54 km/h (Anm. d. Ü.: entspr. 34 mph; in deutschen Prius allerdings lediglich 49 km/h!), schrammt sogar einen winzigen Bruchteil über 54 km/h (Anm. d. Ü.: deutsche Prius schalten definitiv bei 49 km/h den EV-Modus ab), und die gewöhnliche Höchstgeschwindigkeit im Golfwagen-Modus beträgt 68 km/h. Man kann im Nicht-EV Golfwagen-Modus schneller fahren als im EV-Modus.

Der Autor dankt jfschultz für die Angabe der obengenannten Übergangstemperaturen. Sie wurden vor einiger Zeit von einem japanischen Poster aufgeführt, doch der Autor hatte sie vergessen.

---Anmerkungen zum Gebrauch des EV-Modus. Das folgende ist persönliche Spekulation des amerikanischen Autors: ---

Der EV-Modus ist systembedingt uneffizient, weil nicht die gesamte Energie, die in die Batterie gespeist wird, wieder herauskommt. Wärme wird erzeugt, wenn die Batterie ge- und entladen wird. Jedoch gibt es Situationen, in denen der EV-Modus anstrebenswert ist.

Kurzfahrten: Da der Aufwärmzyklus des Wagens zusätzlichen Kraftstoff verbraucht, um den Katalysator schnellstmöglich aufzuheizen und Emissionen zu reduzieren, glaubt der Autor, daß bei ausreichender Batterieladung eine gänzlich im EV-Modus absolvierte Fahrt die oben erwähnte Ineffizienz mehr als ausgleicht.

Am Ende des Tages: Dies ist sehr spekulativ, jedoch glaubt der Autor, daß das System zögert, die Batterie zu laden, wenn sie auf oder über sechs Balken steht. Da der ICE darauf besteht zu laufen bis er Stage 4 erreicht, wird mehr Leistung erzeugt werden, als benötigt wird, um den Wagen anzutreiben, und es ist wünschenswert, daß diese Energie genutzt wird, um die Batterie zu laden. Der Autor glaubt, daß den SOC am Ende des Tages, um die 4 Balken (oder sogar 3) zu belassen, den nötigen Freiraum zur Verfügung stellt, um die größtmögliche Energiemenge, die während der ineffizienten Aufwärmphase erzeugt wird (Stage 1 bis 3a), in die Batterie aufzunehmen. Wenn also die erste Fahrt am folgenden Tag nicht kurz genug ist, um sie vollständig im EV-Modus zu absolvieren, hält der Autor es für eine gute Idee, den EV-Modus zum Ende der letzten Fahrt eines Tages zu verwenden, um, falls nötig, den SOC bei etwa 4 Balken zu lassen. Man verbrennt keinen Kraftstoff während jener etwa 804,672 Meter und lässt Freiraum in der Batterie für den zwingenden Aufwärmzyklus des nächsten Morgens.

Sehr langsame Fahrt: der Autor beobachtet gelegentlich sehr hohe Momentanverbräuche bei niedrigen Geschwindigkeiten (Anm. d. Ü.: man beachte das inverse Verhältnis zwischen amerikanischer und deutscher Verbrauchsermittlung!!!). Weiterhin beobachtet der Autor niemals einen sehr guten Momentanverbrauch bei langsamen Geschwindigkeiten - außer im Golfwagen-Modus, wenn er bei 0 steht. Deswegen glaubt der Autor, daß es immer eine gute Idee ist, den EV-Modus bei langsamen Geschwindigkeiten einzusetzen, wie auf Parkplätzen oder in Stop-und-Go Verkehrsstaus.

Angeben: Manchmal möchte man einfach nur damit angeben wie leise das Auto ist. Unter diesen Umständen wird es nicht das Effektivste sein, aber es macht Spaß.

---Ende der Anmerkungen---

Stage 4 is normal, full hybrid operation. The Prius is most efficient in S4. The car will go into golf-cart mode at the computer’s discretion. You can encourage it to do so by lifting your foot off the accelerator pedal for a moment, and then pressing on the pedal very lightly. This is known as “feathering” the pedal. Feathering does not force the car into golf-cart mode, nor is it necessary for the car to go into golf-cart mode. It merely encourages the car to do so a little bit sooner than it would otherwise do on its own. The benefit of feathering the pedal is questionable, since the computer is deciding when it thinks Golf-Cart Mode is most desirable. Increasing the time spent in Golf-Cart Mode may only increase the efficiency losses involved in charging the battery and drawing power from it. On the other hand, encouraging Golf-Cart Mode when the SOC is very high may be useful, as it creates head room in the battery to accept charge wheen needed.

Above 42 mph the ICE must spin, and will generally provide power. It is possible for the ICE to spin without providing power to the car above 42 mph, and this has been observed. But since the ICE is more efficient at these higher speeds, Golf-Cart Mode above 42 mph (Super Golf-Cart Mode) is unusual. So the maximum speed in EV Mode is 34 mph, cutting out at a tiny fraction over 34 mph, and the maximum common speed in golf-cart mode is 42 mph. You can go faster in non-EV golf-cart mode than you can in EV mode.

Thanks to jfschultz for providing the transition temperatures given above. They were cited by a Japanese poster some time ago but I had forgotten them.

— Sidebar on using EV mode. The following is my personal speculation: —

EV Mode is inherently inefficient because not all the energy fed to the battery comes back out of it. Heat is generated when charging the battery and when drawing it down. However, there are situations when I believe EV mode is desirable:

Short trips: Because the car’s warm-up cycle burns extra gas to get the catalytic converter hot as quickly as possible to reduce emissions, if you have enough charge to complete a trip entirely in EV mode I believe you more than offset the efficiency losses mentioned above.

End of day: This is very speculative, but I believe that the system is reluctant to charge the battery if it is at or above 6 bars. Since the ICE will insist on running until it reaches Stage 4, more power will be produced than is needed to drive the car, and it is desirable that this energy be used to charge the battery. I believe that leaving the SOC at around 4 bars (or even 3) at the end of the day will provide the head room necessary to assure that the most energy possible produced during the inefficient warm-up cycle (Stages 1 through 3a) gets into the battery. Thus if your first trip of the following day will not be short enough to make entirely in EV Mode, I think it is a good idea to use EV at the end of the last drive of the day, if necessary, to leave the SOC at around 4 bars. You burn no gas during that last half-mile or so, and you leave head room in the battery for the next morning’s obligatory warm-up cycle.

Very slow driving: I sometimes observe very low instantaneous mpg at slow speeds even with a high SOC. And I never observe very good instantaneous mpg at slow speeds except in Golf-Cart Mode, when it’s at 99.9. I therefore believe that it’s always a good idea to use EV Mode at very slow speeds, such as parking lots or creep-and-stop traffic jams.

Showing off: Sometimes you just want to show off how quiet the car is. It may not be the most efficient thing for the circumstances, but it’s fun.

— End Sidebar —

Schaubild

Mit Hilfe des Tools [Graphviz] kann folgender Code eine Grafik erzeugen, die die Stages als Schaubild zeigen.

Grafik Beschreibung

digraph finite_state_machine {
   node [shape = doublecircle]; S4;
   node [shape = circle];
   start -> S1 [ label = "Wagen starten" ];
   S1 -> S2 [ label = "40° C" ];
   S2 -> S3a [ label = "73° C" ];
   S3a -> S3b [ label = "schneller als 54km/h" ];
   S3b -> S3a [ label = "langsamer als 54km/h" ];
   S3a -> S4 [ label = "Wagen Stillstand,\nBenziner laeuft" ];
   S4 -> aus [ label = "Wagen abschalten" ];
}

Erzeugen der Grafik

Den kompletten Text oben in eine Textdatei kopieren, z.B. Prius.dot. [[Bild: Dann lädst du dir von der Graphviz-Seite den graphviz herunter; bitte aufpassen, es gibt auch bei Windows zwei Dateien: einmal "graphviz.exe" und eine, die auf "tar.gz" endet - du brauchst die exe (eben typische Windows).

Herunterladen, im Explorer einen Doppelklick und das Ding ist ruck-zuck installiert.

Dann "Start->Programme->Graphviz->Dot" dort die Textdatei mit dem Code als Input-Datei wählen. Als outputdatei gibst du zum Beispiel prius.png an dann auf "do layout". Die so entstandene Graphik kannst du dir jetzt in einem Browser oder einem Bildbetrachter ansehen.

Hinweis: Die Grafik ist noch im Arbeitsfluss, d.h. es darf noch dran gebastelt werden. Aus dem Grund ist auch noch keine Grafik in Wiki.

Grafik der Stages

Diese Grafik der Stages wurde in einem Zeichnungsprogramm erstellt und könnte nun in graphviz noch gemacht werden.