Die zunehmende Elektrifizierung von Fahrzeugantrieben führt zu einer Verstärkung der Wechselwirkungen zwischen in der Vergangenheit weitgehend unabhängigen Fahrzeugsubsystemen. Bei Hybridfahrzeugen sind diese besonders stark ausgeprägt, da hier zwei verschiedene Antriebsarten zu koordinieren sind, durch deren Kombination zahlreiche zusätzliche Freiheitsgrade entstehen. Um die sich aus der Vernetzung ergebenden Optimierungspotentiale besser nutzen zu können, ist es erforderlich, diese Wechselwirkungen bereits in der frühen Fahrzeugentwicklungsphase zu berücksichtigen. In diesem Beitrag wird eine Simulationsplattform zur ganzheitlichen Betrachtung von Hybridfahrzeugen vorgestellt, die am FKFS mit Förderung durch die Vector Stiftung aufgebaut wurde und inzwischen eingesetzt wird. Diese stellt eine Verknüpfung der bisher weitgehend eigenständigen Simulationsdisziplinen in den Bereichen der Verbrennungsmaschinen, Elektrik/ Elektronik, Regelungstechnik und Fahrdynamik her. Aufbauend auf dieser Plattform wurde ein Simulationsmodell eines Plug-In-Hybridfahrzeugs mit serieller Antriebskonfiguration erstellt. Mit diesem Fahrzeugmodell werden Geschwindigkeits- und Streckenprofile aus realen Messfahrten nachgestellt. Durch gezielte Veränderung einzelner Fahrzeugparameter wird deren Einfluss auf das Gesamtergebnis ermittelt. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt auf d em Energieverbrauch und den verursachten Emissionen im alltäglichen Fahrzeugeinsatz. Soweit möglich werden die Energie- und Umweltbilanzen der Erzeugung elektrischer Energie in Kraftwerken berücksichtigt. Die Simulationsplattform dient dazu, die ökonomische und ökologische Optimierung des Fahrzeugs bezüglich der Antriebskonfiguration und der Betriebsstrategie zu unterstützen. Die Einbeziehung tatsächlicher Einsatzprofile stellt sicher, dass die Alltagstauglichkeit des Fahrzeugs hinsichtlich Fahrleistungen und elektrischer Reichweiten gewährleistet ist. Außerdem können dadurch aussagekräftigere Ergebnisse gegenüber der ausschließlichen Verwendung genormter Fahrzyklen erzielt werden. Ergänzend zu den Simulationen mit dem Modell des seriellen Plug-In-Hybrids werden die Fahrten, zum Vergleich, jeweils auch für ein rein elektrisches Referenzfahrzeug simuliert. Bei diesem handelt es sich um ein Simulationsmodell des "smart fortwo electric drive" der am Institut Teil der Elektro-Messfahrzeugflotte für Probandenstudien ist.
The increasing electrification of vehicle powertrains leads to more complex interaction of former independent vehicle's subsystems. These interactions are special distinctive for hybrid vehicles, where the combination of two different kinds of drives, which have to be coordinated, brings up a lot of additional degrees of freedom. For a better use of the optimization potential of the interconnection it is necessary to consider the interactions in an early stage of vehicle's development. In this paper a simulation platform for an all-inclusive view on hybrid vehicles is shown. It was built up and is used by now at FKFS with promotion by the Vector Foundation. It represents an interconnection of the former mainly independent simulation disciplines of combustion engines, electric/electronics, control engineering and driving dynamics. With this platform a simulation model of a plug-in hybrid vehicle with serial drivetrain configuration was created. With this vehicle model speed - and road profiles from measurements with real vehicles are reconstructed. By a systematic change of single vehicle parameters their influence on the overall result is find out. The main focus of the research i s on energy consumption and emissions caused in ordinary vehicle usage. If possible also the energy and environmental balance of generation of electricity in power plants is taken into account. The simulation platform helps to support the economic and ecologic optimization of the vehicle regarding drivetrain configuration and operating strategies. The inclusion of real usage profiles guarantees that the daily usability of the vehicle with regard to road performance and electric ranges is ensured. Besides by this more convincing results in opposite to the use of standardized driving cycles can be achieved. In addition to the simulations with the model of the serial plug-in hybrid vehicle also drives of an electric reference vehicle are simulated for comparison. It concerns a simulation model of the "smart fortwo electric drive", which is part of the institute's electric measurement vehicles fleet for subject studies.
Gesamtheitliche Betrachtung und Beurteilung hybrider Antriebskonzepte durch Vernetzung von komponentenspezifischen Simulationswerkzeugen
2014
12 Seiten, Bilder, 2 Quellen
Conference paper
German
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