Trotz der verhältnismäßig langen Entwicklungszeit zur Konzeption, Auslegung und Konstruktion erfüllen die Antriebsstränge aktueller Elektrofahrzeuge bei weitem noch nicht alle Entwicklungsziele. Zwar sind für die einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs (wie Leistungselektronik, E-Maschinen, Getriebe) leistungsfähige Methoden und Werkzeuge zur Entwicklung verfügbar, zur Abstimmung und Optimierung des gesamten Antriebssystems sind jedoch derzeit weder entsprechende öffentlich bekannte Methoden noch Werkzeuge vorhanden.
Quelle: FZG, TU München
Speziell die Einflüsse und gegenseitigen Beeinflussungen von Fertigungstoleranzen, NVH-Verhalten, Thermomanagement und Fahrbarkeit im Zusammenspiel mit Wirkungsgrad/Tribologie und Betriebsstrategie sind sehr komplex. Die gegenseitige Beeinflussung der zahlreichen Optimierungskriterien sind oft schwer zu modellieren und sind teils widersprüchlich. Je nach Gewichtungsfunktion und Anwendungsprofil können somit sehr viele verschiedene Antriebe für eine Zielerreichung entstehen.
Ziele
In diesem Kontext stellt sich das Forschungsprojekt Opt4E das Ziel, Methoden und Werkzeuge zur vollumfänglichen Synthese und Optimierung von EV-Antriebssträngen zu entwickeln und zu validieren. Aus typischen Ziel-Kriterien und Bewertungen eines elektrischen Antriebs (wie Kosten, Dynamik, Effizienz, Verbrauch und Komfort) werden Key-Performance-Indicators (KPIs) abgeleitet.
Der Nutzer des Optimierungsprogramms soll anhand seines vorgegebenen Nutzungsprofils und von individuellen weiteren Gewichtungen definieren, wie stark die einzelnen KPIs in eine Gesamtbewertung eines Individuums und somit in die Optimierungsschleife eingehen. Mit Hilfe dieser Entwicklungsplattform lassen sich bereits in der frühen Phase aussichtsreiche Antriebsstrangtopologien erstellen, bewerten und vergleichen.
Mögliche Zielkonflikte zwischen Global- und Detailauslegung werden durch einen integrierten Prozess erkannt und effektiv gelöst. Durch die über die Entwicklungsplattform zur Verfügung stehenden Methoden für EV-Antriebssysteme werden Entwicklungszyklen beschleunigt, Entwicklungskosten eingespart und Potenziale gesamtheitlich betrachtet und bestmöglich erschlossen.
Der frühzeitige Einbezug von Abhängigkeiten zwischen den Subsystemen im späteren Betriebsverhalten insbesondere auf den Gebieten der Effizienz, dem Thermomanagement und den Toleranzeinflüssen führt weiterhin zur optimalen Ausnutzung von Ressourcen im Produktionsprozess, was eine indirekte CO2-Ersparnis zur Folge hat. Eine Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems führt dagegen direkt zu erheblichen CO2-Einsparungen im Betrieb der Systeme und leistet damit einen Beitrag zur Etablierung nachhaltiger Antriebsarchitekturen.
Struktur
Das Forschungsvorhaben gliedert sich in sechs Arbeitspakete, deren Teilziele das Gesamtziel des Projektes maßgeblich unterstützen.
Nähere Informationen zu den einzelnen Arbeitspaketen findest du nachfolgend:
Arbeitspaket 1
Fertigungsqualität Getriebe
AP-Leitung: FZG, TU München
Ziel: Berücksichtigung der Auswirkungen von Fertigungstoleranzen und -qualitäten von BEV-Getrieben auf das Einsatzverhalten sowie Wirtschaftlichkeit des Herstellprozesses in der Optimierungssoftware zur gesamtheitlichen Antriebsstrangauslegung.
Arbeitspaket 2
Akustik
AP-Leitung: IAL, Uni Hannover
Ziel: Ganzheitliche Optimierung des NVH-Verhaltens des Antriebsstrangs batterieelektrischer Fahrzeuge unter Ausnutzung der Wechselwirkungen zwischen Umrichter, E-Maschine und Getriebe
Arbeitspaket 3
Thermomanagement
AP-Leitung: FZG, TU München
Ziel: Entwicklung einer Auslegungsmethode zur gesamtheitlichen Abbildung des Thermomanagements von batterieelektrischen Fahrzeugen
Arbeitspaket 4
Wirkungsgrad und Tribologie
AP-Leitung: IMKT, Uni Hannover
Ziel: Weiterentwicklung bestehender Berechnungsmodelle zur Beschreibung der Verlustleistung von mechanischen Antriebsstrangkomponenten bis in den Hochdrehzahlbereich
Arbeitspaket 5
Fahr- und Schaltkomfort
AP-Leitung: IMS, TU Darmstadt
Ziel: Objektivierung von Fahr- und Schaltkomfort zur Einbindung in die Auslegung elektrischer Antriebsstränge
Arbeitspaket 6
Multikriterielle Antriebsstrang-Optimierung
AP-Leitung: IMS, TU Darmstadt
Ziel: Entwicklungsplattform zur Synthese und Optimierung elektrischer Achsantriebe unter Berücksichtigung der Abhängigkeiten aus den vorangegangenen Arbeitspaketen mit automatisierter Antriebsstrang-Optimierung.