3-Maschinen-Antriebstrang-Prüfstand
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die zielgerichtete Konzeption eines energieeffizienten Kraftfahrzeugs erfordert, dass die Simulationsmodelle des Antriebssystems, des thermischen Systems sowie des elektrischen Bordnetzes das reale Verhalten der Komponenten hinreichend gut abbilden und somit mehrkriterielle Optimierungsansätze valide verwendet werden können. Dem Antriebstrang-Prüfstand kommt daher die unverzichtbare Aufgabe zu, exakte Messwerte verschiedener Antriebskomponenten zu generieren, die einerseits physikalische Zusammenhänge transparent machen und andererseits zur Verifikation von Simulationsrechnungen herangezogen werden. Zu diesem Zweck wird der Prüfstand für die Verlustleistungsmessung und Wirkungsgradbestimmung von Antriebs-Aggregaten aus verschiedenen Bereichen der Fahrzeugtechnik verwendet: Antriebe und Antriebskomponenten von Elektro- und Hybridfahrzeugen; Schaltgetriebe für Pkw und Nutzfahrzeuge; Achsgetriebe für Hochleistungs-Pkw und Nutzfahrzeuge. Um die Leistungsverluste der Aggregate zu quantifizieren, werden die Wirkungsgradmessungen nach dem Prinzip der Leistungsbilanzierung durchgeführt. Dabei werden mit Hilfe von Drehmomentmessflanschen die Leistungen am Getriebeeingang und Getriebeausgang gemessen, nachdem jeweils anhand einer definierten Konditionierungs-Prozedur ein stationärer Zustand bezüglich Bauteiltemperatur und Lastzustand hergestellt wurde. Bei Systemen, die auch elektrische Antriebe beinhalten, werden darüber hinaus hochgenaue elektrische Leistungsmessgeräte verwendet, die sowohl auf der Seite der Gleichspannungsversorgung (Eingang Umrichter) als auch zwischen Umrichter und E-Maschine die el. Spannungen, Ströme und somit die Leistung bestimmen können. Als Ergebnis der Messdatenauswertung liegen exakte temperaturabhängige Verlustleistungskennfelder der untersuchten Aggregate vor. Diese dienen einerseits der Modellierung der Aggregate und dem Ausbau der Simulationsumgebung des ika, mit der komplexe Antriebsstrukturen (Hybridisierung, Elektrifizierung, ganzheitliches Energie- und Thermomanagement) konzipiert und ausgelegt werden. Andererseits ermöglicht der Prüfstand in Verbindung mit einer Gesamtfahrzeugsimulation die systematische Erforschung innovativer Betriebsstrategien insbesondere für hybride Antriebskonzepte. Ein weiteres Forschungsfeld, das mit Hilfe des 3-Maschinenprüfstands adressiert wird, bildet die Konzeption und Validierung eines Berechnungsmodells für die Prädiktion von Getriebe-Wirkungsgradkennfeldern, bevor ein Prototyp des Getriebes existiert. Sowohl die Modellbildung als auch die Validierung werden durch die systematisch generierten Kennfelder unterstützt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Combined Simulation of Energy and Thermal Management for an Electric Vehicle. Energy efficient vehicles technology II, Dresden, Juni 2012
B. Mohrmann
- Kalorimetrisches Verfahren zur Wirkungsgradbestimmung von Getrieben. ATZ, Oktober 2014
J. Homann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s35148-014-0525-9) - “Optimal Control of Series Plug-In Hybrid Electric Vehicles Considering the Cabin Heat Demand”. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 01.09.2015
J. Gissing et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/TCST.2015.2468055) - „Kalorische Wirkungsgradbestimmung an Achsgetrieben“. Dissertation, Mai 2015
J. Homann
- „Multikriterielle integrierte Systemoptimierung von hybriden Plug-in-Antriebssystemen“. Dissertation, Januar 2015
C. Schulte-Cörne
- „Wirkungsgradbasierte Konzeptauslegung von elektrifizierten Antriebssträngen“. Zeitschrift Konstruktion, September 2015
Daniel Allendorf
- Getriebekonzeption auf Basis von Wirkungsgradsimulationen. Dissertationsschrift. IKA, RWTH Aachen (Schriftenreihe Automobiltechnik)
D. Allendorf
