Diese Arbeit zeigt mit den computergestützten Methoden der Simulation und der multikriteriellen Optimierung erstmals explizit den Konflikt zwischen Verbrauch und Dynamik bei verschiedenen Antriebsauslegungen auf, quantifiziert diesen und ermöglicht so in der Konzeptphase die Auswahl von günstigen Kompromissen. Die Fragestellung ist vor allem für Parallelhybride oder leistungsverzweigte Hybride interessant, weil sich hier die Drehmomente der Antriebe addieren können. So kann für die Dynamik ein kleinerer Verbrennungsmotor beispielsweise durch eine größere E-Maschine ausgeglichen werden. Für die Simulation stand innerhalb des bearbeiteten Forschungsprojekts ein Gesamtfahrzeugmodell in der objektorientierten, Modelica-basierten Simulationsumgebung Dymola zur Verfügung, das alle wesentlichen Energieflüsse im Fahrzeug abbildet und skalierbare Teilmodelle für die Antriebsauslegung enthält. Dadurch wurden in dieser Arbeit keine Kompromisse eingegangen, was die Genauigkeit der Modellierung betrifft, während die zuvor bekannten Methoden zur Optimierung von Hybridfahrzeugen in ähnlichen Problemstellungen auf stark vereinfachte Modelle angewiesen waren. Allerdings stellte das hochdimensionale, nichtlineare, zeitkontinuierliche Modell eine besondere Herausforderung für die Optimierung dar. Für jede Zielfunktionsauswertung musste ein Simulationsaufruf erfolgen, der beispielsweise für den in Europa relevanten Verbrauchs-Fahrzyklus NEFZ etwa 15 Minuten benötigte. Bei der Entwicklung der Optimierungsmethodik wurde darauf in mehrfacher Hinsicht reagiert: Durch Auswahl eines passenden Optimierungsalgorithmus und dessen EfEzienzsteigerung, durch Parallelisierung der Simulationen, durch geschickte Definition von Zielfunktionen sowie Variablen und durch Ersatzmodelle. Anhand konkreter Beispiele wurde danach für den NEFZ gezeigt, wie die Betriebsstrategie durch die Optimierung parametriert und verbessert wurde und wie der Gesamtprozess Lösungen anbietet, aus denen entweder die ökonomischste, die dynamischste oder eine beliebige Kompromisslösung ausgewählt werden kann. Solche Lösungen wurden jeweils durch Kombinationen aus E-Maschine, Verbrennungsmotor, Hinterachsübersetzung und Batterien gebildet. Mit den Ergebnissen konnten Erkenntnisse aus der Literatur bestätigt werden und es wurde gezeigt, dass beim Verbrauch ein Minimum bei einem bestimmten Hybridisierungsgrad auftritt. Durch die neue Auffassung des Optimierungsproblems kommen in dieser Arbeit jedoch die Kompromissvorschläge hinzu, die eine größere Bandbreite an Auswahlmöglichkeiten zulassen. In einem konkreten Beispiel besteht die Möglichkeit der Verbesserung der Dynamik um 27% bei einer Verbrauchszunahme um lediglich (3) gegenüber der ökonomischsten Lösung. In diesem Fall wurde durch eine Downsizing-Maßnahme vor allem die Dynamik verschlechtert. Der überraschend kleine Verbrauchsvorteil lässt sich dadurch erklären, dass nach der Betriebsstrategie- Optimierung ein Zeitanteil von lediglich 11 % im NEFZ in konventionellem Betrieb rein verbrennungsmotorisch absolviert wird. Was die Batterien angeht, so zeigten sich Zellen mit hoher Leistungsdichte überlegen; fast im gesamten Bereich der Pareto-Fronten sind sowohl der Verbrauch als auch die Dynamik besser als bei Zellen, die für einen hohen Energieinhalt ausgelegt sind.


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    Titel :

    Multikriterielle Optimierung von Hybridantriebskonzepten hinsichtlich Verbrauch und Dynamik


    Beteiligte:


    Erscheinungsdatum :

    2012


    Format / Umfang :

    158 Seiten, Bilder, Tabellen, 114 Quellen




    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch






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