Die Komplexität hybrider Antriebssysteme verlangt nach alternativen Methoden in der Antriebsstrangauslegung. Dieser Artikel beschreibt einen Optimierungsansatz für hybride Antriebstränge, der auf einer Kombination von Simulation und Optimierung basiert. Dazu wurden Simulationsmodelle für parallele und leistungsverzweigte Hybrid-Antriebstränge aufgebaut. Eine parametrische Beschreibung erlaubt eine Variation des Verbrennungsmotors, der elektrischen Maschinen, des elektrischen Energiespeichers, des Getriebes und der Betriebsstrategie. Die Optimierung der Hybrid-Antriebstränge erfolgte mit Hilfe numerischer Optimierungsmethoden. Dafür wurden mit Design of Experiments Testpläne erstellt, die die zu simulierenden Antriebstrang-Konfigurationen vorgaben. Nach der Simulation wurden die Antriebstränge hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs im Neuen Europäischen Fahrzyklus optimiert. Als Randbedingung mussten Beschleunigungs- und Elastizitäts-Zielwerte eingehalten werden. Neben der optimalen Konfiguration des Verbrennungsmotors, der Antriebstrangkomponenten und der Betriebsstrategie können die Auswirkungen für eine Modifikation dieser Komponenten auf Kraftstoffverbrauch, Beschleunigung und Elastizität vorherbestimmt werden. Diese Ergebnisse konnten durch Simulation bestätigt werden. Die folgenden Schlüsse können aus den Optimierungsarbeiten gezogen werden: Für kleine Hybridfahrzeuge, vor allem mit leistungsverzweigtem Hybrid, hat das Motorkonzept nur einen geringen Einfluss 'Downsizing' des Verbrennungsmotors hat für Hybridantriebstränge in Kompaktklassefahrzeugen nur kleine Kraftstoffverbrauchseinsparungen zur Folge; diese steigen jedoch in Mittelklasse- und SUV-Klasse Fahrzeugen deutlich an. Die installierte Gesamtleistung der elektrischen Maschinen ist in leistungsverzweigten Hybriden ca. 4-mal so hoch wie die in Parallelhybriden Insgesamt kann durch Hybridisierung eine Kraftstoffverbrauchseinsparung von 16 bis 27 % im NEFZ, in Abhängigkeit der Fahrzeugklasse und des Motortyps, gegenüber konventionellen Antriebsträngen erzielt werden Die Optimierung erfolgte für den NEFZ unter Berücksichtigung der Zielwerte für Beschleunigung und Elastizität der Kraftstoffverbrauch bei höheren Motorlasten (z.B. Autobahnfahrt) ist in der Optimierung nicht berücksichtigt Durch Vergleich mit Simulationen eines konventionellen Fahrzeugs konnte das große Potential für eine Kraftstoffverbrauchs-Absenkung im NEFZ aufgezeigt werden.
Untersuchung zur optimierten Auslegung von Ottomotoren in Hybrid-Antriebsträngen
Optimized layout of gasoline engines for hybrid powertrains
2007
25 Seiten, 20 Bilder, 6 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
Untersuchung zur optimierten Auslegung von Ottomotoren in Hybrid Antriebsstraengen
Kraftfahrwesen | 2007
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