[Back]

A. Pöltenstein:
"Betriebsstrategieoptimierung von alternativen Fahrzeugantriebskonzepten unter besonderer Berücksichtigung aktueller Hybridtechnologie";
Supervisor, Reviewer: B. Geringer, J. Stockmar; E 315 Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Kraftfahrzeugbau, 2006.

Die Motivation zur vorliegenden Arbeit bestand darin, mit Hilfe geeigneter Simulationsumgebungen Betriebsstrategien, die als Grundlage für das Antriebsstrangmanagement dienen, das wiederum eine wesentliche Komponente in Hybridfahrzeugen ist, darzustellen und somit möglichst genau die Energieeffizienz und Fahrleistungen von Hybridantriebssträngen mit denen von konventionellen Fahrzeugantrieben vergleichen und verbessern zu können.
Nach einer kurzen Einleitung in Kapitel 1 und der Vorstellung einiger ausgesuchter, schon realisierter Hybridfahrzeuge in Kapitel 2 wird in Kapitel 3 die Vermessung, Simulation und Systemanalyse eines aktuellen Hybridfahrzeuges dargestellt. Zunächst werden aus den Messergebnissen der balancierte Ladezustand der Hochleistungsbatterie und der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs diskutiert- Anschließend wird eine Systemanalyse des Hybridkonzeptes durchgeführt. Im nächsten Schritt wird in einer Simulationsumgebung eine Betriebsstrategie des Fahrzeugs aufgebaut, mit einem Fahrzeugmodell gekoppelt und mit den erhaltenen Messergebnissen verglichen. Dabei ist es das Ziel, die gewählte Betriebsstrategie und deren Modeliierung anhand der Messergebnisse zu validieren. In weiterer Folge wird eine mögliche Systemoptimierung dieses Hybridkonzepts erarbeitet und deren Verbesserungspotenzial mit Hilfe der Simulation abgeschätzt. Es zeigt sich, dass der starre mechanische Durchtrieb der Verbrennungskraftmaschine (VKM) im mittleren und oberen Geschwindigkeitsbereich ein hohes Verbrauchseinsparungspotenzial darstellt und somit der alleinige Betrieb der VKM in Bereichen ihres optimalen Wirkungsgrades hinsichtlich weiterer Verbrauchseinsparungen gerechtfertigt ist. Das in dieser Arbeit vorgestellte Optimierungskonzept erlaubt eine Kraftstoffeinsparung im mittleren Geschwindigkeitsbereich von bis zu 9% gegenüber der existenten Ausgangslösung.
In Kapitel 4 wird ein typisches, am Markt erhältliches Allrad-Sport Utility Vehicle(SUV)schrittweise hybridisiert. Aufgrund des hohen Grundgewichts allradgetriebener SUVs ergibt sich durch eine Hybridisierung dieser Art des Antriebs ein relativ gesehen geringeres Mehrgewicht als bei der Hybridisierung konventioneller Fahrzeugantriebe. Dadurch erwartet man für diese Fahrzeugklasse ein größeres Einsatzpotenzial für Hybridantriebe. Für die einzelnen Hybridkonzepte werden jeweils Betriebsstrategien aufgebaut, die die Energieeffizienz und die Fahrleistungen der Antriebskonzepte optimieren. Die der Betriebsstrategie zugrunde liegenden Überlegungen werden detailliert dargestellt. Im letzten Teil dieses Kapitels werden anhand von Simulationsergebnissen aus Fahrzyklen und Volllastbeschleunigungen die Antriebskonzepte miteinander verglichen und das Potenzial der einzelnen Betriebsmodi hinsichtlich Kraftstoffeinsparung aufgezeigt. Die Hybridisierung von SUV-Allradkonzepten zeigt unter der Bedingung gleicher Fahrleistungen ein Kraftstoffeinsparungspotenzial von bis zu 30% in speziellen, günstigen Fahrzyklen.
Kapitel 5 fasst die durch die Arbeit erlangten Ergebnisse zusammen und gibt einen Ausblick auf weitere mögliche Forschungsarbeiten.