Bei der Suche nach dem optimalen Hybrid-System für die automobile Premiumklasse stand für die Ingenieure von Mercedes-Benz bereits in der Konzeptphase eines fest: Ein SUV mit Hybrid-Antrieb von Mercedes-Benz muss folgende markentypischen Eigenschaften besitzen: Kernelemente wie höchstmögliche aktive und passive Sicherheit, bester Fahr- und Bedienkomfort, kompromisslose Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum sowie hochwertige Verarbeitung mit ausgewählten Materialien müssen sich auf dem Niveau eines vergleichbaren, konventionell angetriebenen Serienfahrzeuges befinden. Und das bei höchstmöglicher Effizienz. Gleichzeitig sollte das Antriebssystem die Innovationskraft und technologische Spitzenposition des Unternehmens verdeutlichen.

Diese Zielsetzung machte einen kompletten Entwicklungszyklus wie bei einer vollständig neu zu entwickelnden Modellfamilie nötig. Bis zur Serienreife des Mercedes-Benz ML 450 HYBRID legten die Ingenieure und Techniker teils in Regionen mit extremen klimatischen Verhältnissen insgesamt 4 Millionen Kilometer zurück, um die Betriebssicherheit des Systems sowohl in arktischer Kälte wie in der Gluthitze trockener Wüstengebiete oder in feucht-heißen Tropengebieten sicherzustellen.

Dieses Fahrzeug ist zunächst nur in Amerika erhältlich!

Die Two-Mode-Hybrid Technologie des ML 450 HYBRID, dessen Antriebsarchitektur sowohl den rein elektrischen wie den rein verbrennungsmotorischen als auch den kombinierten Betrieb ermöglicht, basiert auf den Grundlagenarbeiten der „Global Hybrid Cooperation“. Dieser Zusammenschluss bündelte die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der Unternehmen Daimler AG, BMW Group, General Motors und Chrysler.

Dank der Two-Mode-Hybrid Technologie verfügt der ML 450 HYBRID über spürbare Vorteile: Seine Leistungsdaten liegen auf dem Niveau eines klassischen Achtzylinder-SUV mit permanentem Allradantrieb, Verbrauch und Emissionen um bis zu 60 Prozent darunter. Das speziell für den nordamerikanischen Markt konzipierte Fahrzeug erreicht innerstädtisch 21 mpg und im Highway-Betrieb 24 mpg. Das macht ihn zum effizientesten Fahrzeug in seinem Segment. Mit der Einstufung als SULEV (Super Ultra Low Emission Vehicle) erfüllt das SUV die zurzeit strengste US-amerikanische Abgasnorm für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Gleichzeitig garantiert der ML 450 HYBRID mit einer Systemleitung von 250 kW (340 PS) und einem Gesamtdrehmoment von 517 Newtonmeter ein souveränes Fahrerlebnis bei ebenso gesteigertem Antriebskomfort. Der Fahrer kann sich auf das Verkehrsgeschehen konzentrieren und das Fahrerlebnis ML 450 HYBRID ohne zusätzliche Bedienaufwand genießen, denn die Antriebssteuerung läuft vollautomatisch. Die Funktionalität des permanenten Allradantriebes 4MATIC bleibt ebenfalls vollständig erhalten.

Kernstück des Two Mode-Hybridantriebs ist die Getriebeeinheit mit zwei kompakten Elektromotoren, drei Planetenradsätzen und vier Kupplungen. Diese Konfiguration erlaubt eine Leistungsverzweigung in einen elektrischen und einen mechanischen Pfad. Konventionelle One Mode-Hybridsysteme verfügen meist über keine mechanischen Übersetzungen. Deshalb überträgt ein solches System den Großteil der Leistung durch den elektrischen Zweig mit hoher elektrischer Leistung und damit geringerem Wirkungsgrad. Es arbeitet vor allem im unteren Last- und Geschwindigkeitsbereich effizient. Soll die Kraftübertragung auch bei höheren Lasten und Geschwindigkeiten erfolgen, wäre ein entsprechend größerer Elektromotor nötig, dessen Energieversorgung und Platzbedarf zu Lasten der Effizienz gehen würden. Die Two Mode-Technologie hingegen verschiebt bei steigenden Motorlasten und in höheren Geschwindigkeitsbereichen die Leistungsübertragung variabel vom elektrischen Zweig hin zum mechanischen Antriebszweig. Dadurch arbeitet das System in allen Situationen sowohl im innerstädtischen Stop-and-go-Verkehr wie bei der zügigen Überlandfahrt wesentlich effektiver, außerdem können kompaktere Elektromotoren eingesetzt werden. Der Effizienzsteigerung - sowohl im Stadtverkehr wie bei der Überlandfahrt - verdankt die „Two Mode“-Technologie daher auch ihren Namen.

Durch die Ansteuerung der vier Kupplungen werden die elektrische und verbrennungsmotorische Antriebskraft je nach Fahrsituation über vier feste Übersetzungen und zwei elektrisch variable Übersetzungen auf alle vier Räder des permanentem Allradantrieb 4MATIC verteilt. Dabei sorgen verschiedene Strategien - je nach Verkehrssituation oder Fahrerwunsch - für Bestwerte in punkto Verbrauch und Fahrleistung:

• Beim Anfahren oder im unteren Geschwindigkeitsbereich bis zum zweiten festen Gang fährt der ML 450 HYBRID im ECVT 1-Modus (Electric Continuosuly Variable Transmission) besonders komfortabel und harmonisch.
• In höheren Geschwindigkeitsbereichen ab der zweiten festen Übersetzung kommt der ECVT 2-Modus zum Einsatz. Hier wird abhängig vom optimalen Betriebspunkt ein kombinierter oder stufenlos variabler Modus gewählt. 
• Im ersten und dritten festen Gang arbeiten beide Elektromotoren synchron und stellen entweder zusätzliche Energie für das Beschleunigen zur Verfügung (Boosten) oder speichern die Brems- und Schubenergie (Rekuperation).
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  Im zweiten und vierten festen Gang wird ein Elektromotor zur Effizienzsteigerung abgeschaltet. Der andere Elektromotor wird für das Boosten, bzw. für die Rekuperation eingesetzt.  

Die beiden kompakten Elektromotoren verfügen über eine hohe Leistungsdichte und sind vollständig in das Getriebegehäuse integriert. Der begrenzte Bauraum bedingt eine unterschiedliche Auslegung der beiden Elektromaschinen. Der erste, näher am Verbrennungsmotor angeordnete E-Motor leistet 62 kW (85 PS), bietet ein Drehmoment von 235 Newtonmeter und ist besonders auf Leistung und geringe Verluste ausgelegt. Die am Getriebeausgang platzierte E-Maschine leistet 60 kW (82 PS), stellt 260 Newtonmeter bereit und ist damit für das rein elektrische Anfahren und Boosten prädestiniert.

Im ML 450 HYBRID wird die elektrische Energie in einer kompakten, flüssigkeitsgekühlten Hochvoltbatterie auf Nickelmetallhydrid-Basis gespeichert. Ein Batteriemanagement überwacht und steuert die unterschiedlichen Ladungsflüsse beim elektrisch Fahren, Boosten oder Rekuperieren und sorgt für einen stabilen Ladungszustand. Das gesamte Hochvolt-Bordnetz zeichnet sich durch einen maximalen Sicherheitsstandard aus.

Der Betrieb der beiden Permanentmagnetmotoren und die Steuerung des gesamten Hochvolt-Bordnetzes erfordert eine komplexe Leistungselektronik, die im Motorraum des ML 450 HYBRID untergebracht ist. Deren Abwärme wird zur Steigerung des Wirkungsgrads über einen separaten Kühlkreislauf abgeführt. Ein integriertes Auxiliary Power Module ermöglicht den Energieaustausch zwischen dem 288 Volt- und 12 Volt-Bordnetz. Ein leistungsstarker Rechner steuert das Hybrid-System mit bis zu 50 Millionen Rechenoperationen in der Sekunde. Die elektronische Schaltzentrale errechnet den jeweils effizientesten Betriebsmodus 160 mal pro Sekunde und sorgt so für einen möglichst geringen Verbrauch. Zusätzlich ermöglicht die Steuerung neue Komfort- und Funktionsfeatures:

• Der „Chill Down“-Modus ermöglicht eine Erholung der Batterie bei Überanspruchung oder größter Hitze*
• Ein adaptives Fahrprogramm erlernt die Fahrcharakteristik des Piloten oder das jeweilige Streckenprofil und optimiert so die Agilität des Fahrprogramms
• Die „Power Launch Control“ ermöglicht beste Beschleunigungswerte im Boost-Modus*
• Das „Traffic Jam“-Feature ermöglicht ein rein elektrisches Fahren im Stop-and-go-Betrieb auch bei niedrigem Batterie-Ladestatus*

* exklusive Features des ML 450 HYBRID
 
Der überarbeitete 3,5 Liter-V6-Benzinmotor ist nach dem so genannten Atkinson-Prozess optimiert und ermöglicht bei einer Leistung von 205 kW (279 PS) und einem maximalen Drehmoment von 350 Newtonmeter erheblich verbesserte Verbrauchs- und Emissionswerte. Die Entwicklungsingenieure machten sich dabei zum Teil die Vorzüge des Atkinson-Prinzips zu nutze, bei dem die Expansionsphase länger ist als die Verdichtungsphase. Dabei wird das Einlassventil zwischen Ansaugen und Verdichten kurzfristig länger offen gehalten. Dies erhöht den thermischen Wirkungsgrad des Motors, gleichzeitig sinken der spezifische Kraftstoffverbrauch und die Rohemissionen. Bei konventionell angetriebenen Fahrzeugen kommt dieses Verfahren nicht zum Einsatz, weil Atkinson-Motoren neben den Verbrauchs- und Emissionsvorteilen tendenziell ein geringeres Drehmoment im unteren Drehzahlbereich und damit ein schlechteres Ansprechverhalten besonders im unteren Drehzahlbereich bieten. Beim ML 450 HYBRID wird dieser Nachteil durch den Einsatz der Elektromotoren beim normalen Anfahren, Beschleunigen oder Boosten mehr als kompensiert. Sowohl Ansprechverhalten wie Agilität der M-Klasse befinden sich auf höchstem Niveau.

• Im Vergleich zum konventionellen 3,5 Liter-V6-Benzinmotor sind bei der Atkinson-Version Zylinderkopf, Kolben und Nockenwelle geändert. Auch die Nockenwellensteuerung wurde modifiziert. Die neu entwickelte, geregelte Ölpumpe passt ihre Fördermenge dem tatsächlichen Bedarf des Motors an, minimiert so die erforderliche Förderleistung und trägt dadurch zur Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Emissionen bei. Da die Aufgaben von Lichtmaschine und Anlasser in die Funktionalität der beiden Elektromaschinen integriert sind, können diese beiden Bauteile aus dem Riementrieb des Verbrennungsmotors entfallen und eingespart werden. Mit dem Klimakompressor und der Lenkhelfpumpe entfallen zwei weitere Bauteile aus dem Riementrieb. Diese sind beim ML 450 HYBRID elektrisch angetrieben und können unabhängig vom Verbrennungsmotor betrieben werden.

Der ML 450 HYBRID bietet die für einen Hybrid-Antrieb maximal möglichen Zusatzfunktionen. Dazu gehört das variable, hybride Fahren im Stadt- und Überlandverkehr, das geräuschlose, rein elektrische Anfahren und Fahren, das „Boosten“ für zügiges Beschleunigen, die Rekuperation und die Start-Stopp-Automatik. Diese Funktionen werden je nach Betriebszustand und Verkehrssituation aktiviert:

• Im Stillstand ist der Verbrennungsmotor abgeschaltet. Die Funktionen der Klimaanlage und Lenkkraftunterstützung bleiben durch den elektrischen Antrieb des Klimaanlagenkompressors und der Lenk-Servopumpe voll erhalten.
• Betätigt der Fahrer das Gaspedal aus dem Stillstand heraus, fährt der ML 450 HYBRID rein elektrisch an. Wird das Pedal schnell betätigt, erkennt die Systemsteuerung einen erhöhten Beschleunigungswunsch, aktiviert den Verbrennungsmotor und unterstützt diesen mit zusätzlichem Drehmoment aus dem Elektromotor (Boost-Effekt). Damit steigt die Agilität des Fahrzeugs - bereits ohne das ebenfalls mögliche Kick Down - spürbar an.
• Bei konstantem Fahren wird zur Effizienzsteigerung des V6-Motors der Betriebspunkt Richtung geringeren spezifischen Verbrauchswerten verschoben und damit der Wirkungsgrad besonders im Teillastbereich erhöht. 
• Die Rekuperation, die Umwandlung und Speicherung von Bremsenergie in elektrischen Strom, startet sofort nach Einsetzen des Schubbetriebs oder bei normalen Bremsmanövern. Bei starkem Bremsen wird zusätzlich die Betriebsbremse aktiviert. Der ML 450 HYBRYD erreicht im Bedarfsfall gleich gute maximale Verzögerungswerte wie eine konventionell angetriebene M-Klasse bei unverändert hoher Fahrstabilität.
• Die Start-/Stopp-Automatik deaktiviert den V6-Motor, sobald er nicht benötigt wird, beispielsweise beim Zurollen auf eine rote Ampel. Sobald der Fahrer das Gaspedal betätigt, fährt der ML elektrisch an und startet anschließend den Verbrennungsmotor.
• Die Silent Start Funktion ermöglicht das geräuschlose Starten des Fahrzeugs.

Das Fahrerlebnis ML 450 HYBRID beeindruckt durch seine hohe Agilität und einen ausgewogenen Antriebskomfort unter allen Betriebsbedingungen. Über ein speziell gestaltetes Anzeigekonzept wird der Fahrer über den jeweiligen Betriebsmodus informiert. Auf dem Display des COMAND-Systems können wahlweise der jeweilige Energiefluss zwischen Hochvoltbatterie, Verbrennungsmotor und Elektromotoren mit dem jeweiligen prozentualen Ladezustand der Batterie oder ein Diagramm zu Verbrauch und Rekuperationsenergie angezeigt werden. Zusätzlich lässt sich der Batterieladezustand im Kombiinstrument aufrufen. Der konventionelle Drehzahlmesser wird durch ein Display ersetzt, das die gesamte momentane Antriebs- und Rekuperationsleistung darstellt.

Damit die außerordentliche Agilität des ML 450 HYBRID deutlicher erlebbar wird, bietet das Modell neben dem Economy-Modus ein Sport-Programm, das mit dem „E/S“-Schalter in der Mittelkonsole aktiviert wird. Dieser Betriebsmodus bietet das Fahrverhalten eines konventionellen Automatikgetriebes mit acht festen Übersetzungsverhältnissen und sehr kurzen Schaltzeiten. Durch die betont sportliche Motor- und Getriebesteuerung sowie den direkten Durchtrieb im Antriebsstrang wird das Ansprechverhalten noch spontaner. Das Sportprogramm erkennt außerdem die Fahrcharakteristik des Fahrers oder das jeweilige Straßenprofil und adaptiert die Systemsteuerung entsprechend.

Die Modelle der Mercedes-Benz M-Klasse gehören zu den erfolgreichsten Premium-SUV und bieten höchstmögliche aktive und passive Sicherheit, besten Fahr- und Bedienkomfort, eine kompromisslose Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum sowie hochwertige Verarbeitung mit ausgewählten Materialien. Diese Attribute treffen auch auf den ML 450 HYBRID zu, der in diesen Belangen ein gleich hohes Leistungsvermögen wie die konventionell angetriebenen Varianten bietet. So erfüllt die Hybridversion die gleichen Crashanforderungen und bietet mit den Fahrdynamikregelungen ESPÓ, ABS oder BAS sowie dem permanenten Allradantrieb 4MATIC eine ausgezeichnete aktive Sicherheit. Die Integration der Hybridtechnik ist perfekt gelungen und beansprucht keinen zusätzlichen Bauraum, der den Komfort oder die Funktionalität einschränken würde. Die Platzverhältnisse im Fahrgastraum bleiben unverändert großzügig, das Kofferraumvolumen vollständig erhalten. Äußerlich gibt sich der ML 450 HYBRID durch eine geänderte Motorhaube, das BlueEFFICIENCY Label auf den Kotflügeln und den HYBRID-Schriftzug am Heck zu erkennen. Die Fertigung des ML 450 HYBRID ist in den Fertigungsablauf des US-amerikanischen Mercedes-Benz-Produktionswerkes in Tuscaloosa, Alabama integriert.
 

Technische Daten

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Fotos

Quelle: Mercedes-Benz