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Fraunhofer LBF: Schlüsseltechnologie für nächste Elektro-Antriebs-Generation

Forschungs- und Prüfinstitut entwickelt Simulationsmodelle für die Prüfung von Elektro-Fahrzeugen, die entscheidend für die Neuentwicklung sein könnten.
Andersartig: Mehrkörpersimulationsmodell eines elektrischen Antriebsstrangs. Zu einem konventionellen Antrieb gibt es gravierende Unterschiede. | Foto: Fraunhofer LBF
Andersartig: Mehrkörpersimulationsmodell eines elektrischen Antriebsstrangs. Zu einem konventionellen Antrieb gibt es gravierende Unterschiede. | Foto: Fraunhofer LBF
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Johannes Reichel

Im Rahmen des BMBF- geförderten Forschungsprojektes „e-Generation“ hat das Fraunhofer- Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) Methoden und Werkzeuge für die Simulation und die experimentelle Prüfung von elektrischen Antriebssträngen entwickelt. Hauptziel des Projektes „e-Generation“ sei es gewesen, die Reichweite von E-Fahrzeugen durch niedrigeren Energieverbrauch zu erhöhen, die Fertigungskosten zu senken und eine hohe Produktqualität für die Alltagstauglichkeit zu realisieren. Elektrofahrzeuge unterschieden sich deutlich von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren, erklärt das Fraunhofer Institut. Nicht nur die Art der Antriebsmaschine sei anders, sie haben typischerweise auch kompaktere Getriebe, und ihr Antriebsstrang zeigt generell veränderte Trägheits- und Steifigkeitsverhältnisse. Folglich ändere 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 seien passende Simulationsmodelle und Prototypentests.

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 könne das Fraunhofer LBF Hersteller in allen Phasen des Entwicklungsprozesses, von konzeptionellen und reduzierten 1D Torsions-Modellen des Antriebsstrangs bis zu vollständigen 3D-Mehrkörpermodellen, begleiten, bewarb man die Forschungsarbeit. Darüber hinaus könne auch die Prüfungs- und Verifizierungsphasen entweder mit Open-Loop-oder Hardware-in-the- Loop-Tests unter realen Bedingungen getestet werden.

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