Doppel-E-Antrieb mit Range-Extender (DE-REX)
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, 2015-2017
Der „Doppel-E-Antrieb mit Range-Extender (DE-REX)“ ist ein parallel-serielles Hybrid-Antriebskonzept, bei dem sowohl zwei permanenterregte Synchronmaschinen als auch ein Dreizylinder Ottomotor zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden können. Eine zentrale Komponente stellt das Getriebe dar, dessen neuartiges Layout zwei Teilgetriebe mit jeweils zwei Gängen vorsieht.
Das Antriebskonzept bietet eine hohe Effizienz, gute Fahrleistungen, hohen Komfort und einen hohen Systemintegrationsgrad. Die Effizienz wird im elektrischen Betrieb durch Mehrgängigkeit und eine hohe spezifische Auslastung der vergleichsweise kleinen E-Maschinen (Pe,max = 48 kW) erreicht. Zur Erhöhung der Reichweite ermöglicht das Antriebskonzept mit Verbrennungsmotor (Pvkm = 66 kW) sowohl den seriellen als auch den effizienten parallelen Betrieb. Gute Fahrleistungen und hoher Komfort werden dadurch erreicht, dass alle drei Aggregate das Fahrzeug antreiben können und Schaltvorgänge zugkraftunterbrechungsfrei ausgeführt werden. Über die Betriebsstrategie lassen sich die zur Verfügung stehenden Freiheitsgrade gezielt nutzen, z.B. für höchste Effizienz, Senkung der Abgasemissionen oder für Komfortaspekte. Für die Entwicklung von Betriebsstrategien wurde zunächst ein Gesamtfahrzeugmodell aufgebaut, welches auch für den Betrieb des Engine-in-the-Loop Prüfstands zum Einsatz kam. Der Prüfstand wurde anschließend zum Powertrain-in-the-Loop Prüfstand mit Getriebe und E-Maschinen für weitere Untersuchungen ausgebaut. Außerdem wird ein Demonstratorfahrzeug mit dem DE-REX Antrieb aufgebaut.
Zur Reduzierung der Abgasemissionen wurde eine Betriebsstrategie für den DE-REX entwickelt, die größere Kenntnis über die Abgasemissionen erhält und diese gezielt beeinflussen kann. Durch die Kombination dieser Kenntnis mit den Freiheitsgraden aus drei Antriebsaggregaten und zwei Teilgetrieben können die Abgasemissionen in Echtzeit kontrolliert werden. Mit diesem Betriebsstrategieansatz können Emissionslimits vorgegeben werden, deren Einhaltung durch entsprechenden Motorbetrieb sichergestellt wird.
Homepage: www.de-rex.tu-darmstadt.de
Durchgängige modellbasierte Methoden zur Entwicklung vernetzter Betriebsstrategien für ottomotorische Hybridantriebe
Diss. Matthias Kluin, 2015
Eine wirkungsvolle Maßnahme zur Steigerung der Fahrzeugeffizienz und zur Reduktion der Schadstoffemissionen ist die Hybridisierung bzw. Elektrifizierung des Fahrzeugs. Weiteres erhebliches Potential ergibt sich durch die Vernetzung der Betriebsstrategie mit dem Gesamtfahrzeug und mit der Fahrzeugumwelt durch Interaktion mit Fahrerassistenzsystemen. Im Rahmen der Dissertation werden Methoden abgeleitet, um diese vernetzten Betriebsstrategien effizient zu entwickeln und deren Reifegrad bis hin zum Serieneinsatz zu steigern. Dabei werden modellbasierte Verfahren eingesetzt. Grundlegend hierfür sind die Strukturierung der komplexen Betriebsstrategien und die durchgängige systematische Betrachtung der Fahrzeugumwelt durch Simulation in allen Phasen des Entwicklungsprozesses. Zusammen mit einer skalierbaren Definition des Versuchsszenarios entsteht die Möglichkeit, Methoden so anzuwenden, dass der komplexe mehrdimensionale Funktionsbereich der Betriebsstrategien bei vernünftigem Aufwand vollständig in der Entwicklung betrachtet wird. Dies umfasst die multikriterielle Optimierung einzelner Funktionen unter Berücksichtigung der Gesamtsysteminteraktion mit Fahrer und Umwelt, aber auch die Validierung von Entwicklungszielen auf Basis allgemeingültiger Nutzungsprofile, die im Gegensatz zu sollwertbasierten Verfahren auch (statistische) Varianzen in der Versuchsdefinition abbilden. Die Absicherung mit simulationsgestützten Verfahren ermöglicht schließlich die robuste Gestaltung der Betriebsstrategie unter allen möglichen Nutzungsszenarien. Anhand von drei repräsentativen Beispielen wird die Methodik validiert.
Simulation und Test elektrifizierter Fahrzeuge mit vernetztem Energiemanagement
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, 2013 – 2015
Die Elektrifizierung ist eine wirkungsvolle Maßnahme zur Erreichung zukünftiger CO2-Grenzwerte. Ein maßgebliches Wirkprinzip hierbei ist die (teilweise) Bewältigung von Fahrstrecken in rein elektrischer Fahrt (Plug- in und Range Extender).
Parallel ist ein weiterer starker Trend in Richtung der Vernetzung von Fahrzeugen und seiner Umwelt zu verzeichnen. Daraus ergeben sich auch Vorteile bzgl. der CO2-Emission, wenn die nun verfügbaren Umgebungsinformationen für den energieoptimalen Betrieb des Fahrzeugs eingesetzt werden. Unter Nutzung der externen Infrastrukturinformationen (Car-to-infrastructure) in Verbindung mit Fahrzeugsensorik und digitalen Karteninformationen und Routeninformationen kann der Betrieb des Fahrzeugs über die Möglichkeiten eines vorausschauenden Fahrers hinaus optimiert werden.
Im Rahmen von STEVE wurden Entwicklungsumfelder geschaffen, die die Kombination der beiden Trends, Elektrifizierung und Prädiktion im Sinne eines vorausschauenden Energiemanagements mit dem Ziel der Senkung von CO2-Emissionen und der Optimierung von Reichweiten ermöglicht. Weitere Zielgrößen in der Antriebsentwicklung, wie z.B. Abgasemission und Fahrkomfort sind in die Betriebsstrategie integriert.
Ecologic and Economic Driver Assistant Systems
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, 2011 – 2013
Ecologic and Economic Driver Assistant Systems
Im Rahmen des Forschungsprojektes eco2DAS wurden Strategien und Algorithmen untersucht, die die Informationen eines Fahrzeugs aufnehmen und mit aktuellen bzw. zukünftigen Informationen aus dem Umfeld oder anderen Fahrzeugen verknüpfen. Die Zielrichtung hierbei ist die Schaffung einer Empfehlungsinstanz, welche mit dem Fahrer und der Fahrzeug-Control-Unit kommuniziert und Vorgaben zur Optimierung der Fahrstrategie gibt. Diese Vorgaben konzentrieren sich an den Zielen der Optimierung der Streckenemissionen bei gleichzeitig reduzierten Kraftstoffverbräuchen. Bezogen auf elektrifizierte Fahrzeuge wird gleichzeitig die Zielrichtung der Reichweitenoptimierung adressiert.
Zu diesem Zweck wurde eine einzellösungsunabhängige Gesamtsystemarchitektur entwickelt. Gleichzeitig wurde eine Schnittstelle mit bidirektionalem Informationsaustausch zwischen Fahrerassistenzfunktionen und Energie- und Antriebsmanagement definiert. Die Randbedingung war die Nutzung heutiger am Markt befindlicher Komponenten mit den verfügbaren Basis-Systemen und Schnittstellen. Die klassischen Entwicklungsstandards wurden berücksichtigt.
Die entwickelte Struktur wurde in drei Ereignishorizonte aufgeteilt:
a) „nah“ mit der Hauptwirkung auf energieeffizientes Fahren
b) „mittel“ mit der Hauptwirkung der Arbeitspunktoptimierung
c) „fern“ mit der Hauptwirkung auf reichweitenoptimiertes Fahren
Die Validierung der Funktionstüchtigkeit von Methodik und Algorithmen war Bestandteil des Forschungsprojektes und konnte erfolgreich durchgeführt werden.