Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schlüsseltechnologie für die nächste E-Fahrzeug-Generation: Antriebsstränge simulieren und prüfen

19.11.2015

Auch wenn man es den meisten derzeit auf dem Markt befindlichen Modellen nicht ansieht: Elektrofahrzeuge unterscheiden sich deutlich von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren. Nicht nur die Art der Antriebsmaschine ist anders, sie haben typischerweise auch kompaktere Getriebe, und ihr Antriebsstrang zeigt generell veränderte Trägheits- und Steifigkeitsverhältnisse. Folglich ändert sich auch ihr Schwingverhalten. Da der Markt für Elektrofahrzeuge noch sehr jung ist, verfügt man in der Entwicklung bislang über wenige Erfahrungen zu diesem Thema.

Entscheidend für die erfolgreiche Entwicklung dieser Systeme sind passende Simulationsmodelle und Prototypentests. Im Rahmen des BMBF-geförderten Forschungsprojektes „e-Generation“ entwickelte das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF Methoden und Werkzeuge für die Simulation und die experimentelle Prüfung von elektrischen Antriebssträngen, um das Schwingverhalten und die resultierenden Betriebslasten zu untersuchen.


Mehrkörpersimulationsmodell eines elektrischen Antriebsstrangs.

Grafik: Fraunhofer LBF


Schematische Darstellung der Simulation und Prüfung elektrischer Antriebsstränge.

Grafik: Fraunhofer LBF.

Hauptziel des Projektes „e-Generation“ war, die Reichweite von E-Fahrzeugen durch niedrigeren Energieverbrauch zu erhöhen, die Fertigungskosten zu senken und eine hohe Produktqualität für die Alltagstauglichkeit zu realisieren.

Das Fraunhofer LBF hat dabei im Wesentlichen unterschiedlich detaillierte dynamische Simulationsmodelle in Form von 1D- beziehungsweise 3D-Mehrkörpersimulationsmodellen für ein ausgewähltes Antriebsstrangkonzept aufgebaut und validiert sowie die entsprechenden Simulationen mit dem Blick auf Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit vorgenommen.

In der ersten Phase des Projekts lag der Fokus des Fraunhofer LBF auf einfachen Konzeptmodellen, die den Hauptfreiheitsgrad der Rotation des Antriebsstrangs berücksichtigten. Diese dynamischen 1D Modelle stellen die Torsionskette vom Motor zu den Rädern und die Fahrzeugdynamik in Längsrichtung dar. Dabei wurden die für die Schwingungen im niedrigen Frequenzbereich wesentlichen Elemente, wie die Reifen und die Seitenwelle, als flexible Komponenten simuliert.

Parallel zur Entwicklung der Antriebsstränge erhöhten die LBF-Wissenschaftler die Komplexität und den Detaillierungsgrad der Modellierung, um zusätzliche Effekte mit aufzunehmen. Mit den letztlich entwickelten Mehrkörpersimulationsmodellen konnten neben dem Drehfreiheitsgrad auch Anregungen anderer Freiheitsgrade betrachtet werden.

Damit wurde es möglich, das Modell auch mit den Beschleunigungen aus der Fahrdynamik (zusätzlich zu den Antriebmomenten) anzuregen, die Schwingungen des kompletten Systems gegen die Karosserie zu betrachten und die Lasten an den Antriebsstranglagern zu ermitteln. Systemschwingungen und Lasten ließen sich auf diese Weise mit höherer Genauigkeit ermitteln.

Mit den Antriebsstrangprototypen führten die LBF-Wissenschaftler eine experimentelle Charakterisierung am Prüfstand durch. Dafür wurden die Prototypen mit einem auf realen Manövern basierenden Prüfprotokoll getestet und verschiedene mechanische und elektrische Messsignale aufgenommen.

Um das reale Verhalten des Fahrzeugs zu berücksichtigen, bauten die Wissenschaftler eine Hardware-in-the-Loop Testumgebung auf, in der reale dynamische Reaktionen am Rad eingeleitet wurden. Dazu leiteten sie gemessene Radgeschwindigkeitsprofile direkt (open-Loop) ein oder sie simulierten die Fahrzeuglongitudinaldynamik (inkl. Räder und Reifen) in Echtzeit.

Durch die unter anderem im Projekt „e-Generation“ gesammelten Erfahrungen kann das Fraunhofer LBF Hersteller in allen Phasen des Entwicklungsprozesses, von konzeptionellen und reduzierten 1D Torsions-Modellen des Antriebsstrangs bis zu vollständigen 3D-Mehrkörpermodellen, begleiten. Darüber hinaus können auch die Prüfungs- und Verifizierungsphasen entweder mit Open-Loop-oder Hardware-in-the-Loop-Tests unter realen Bedingungen getestet werden.

Anke Zeidler-Finsel | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
Weitere Informationen:
http://www.lbf.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Automotive:

nachricht 3D-Scans für die Automobil-Industrie
13.01.2017 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Jedem Fahrer das passende Fahrzeug
03.01.2017 | Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Automotive >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau