Forschungsvorhaben

Trotz der verhältnismäßig langen Entwicklungszeit zur Konzeption, Auslegung und Konstruktion erfüllen die Antriebsstränge aktueller Elektrofahrzeuge bei weitem noch nicht alle Entwicklungsziele. Zwar sind für die einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs (wie Leistungselektronik, E-Maschinen, Getriebe) leistungsfähige Methoden und Werkzeuge zur Entwicklung verfügbar, zur Abstimmung und Optimierung des gesamten Antriebssystems sind jedoch derzeit weder entsprechende öffentlich bekannte Methoden noch Werkzeuge vorhanden.

Antriebsstrang Speed4E, Quelle: FZG, TU München

Speziell die Einflüsse und gegenseitigen Beeinflussungen von Fertigungstoleranzen, NVH-Verhalten, Thermomanagement und Fahrbarkeit im Zusammenspiel mit Wirkungsgrad/Tribologie und Betriebsstrategie sind sehr komplex. Die gegenseitige Beeinflussung der zahlreichen Optimierungskriterien sind oft schwer zu modellieren und sind teils widersprüchlich. Je nach Gewichtungsfunktion und Anwendungsprofil können somit sehr viele verschiedene Antriebe für eine Zielerreichung entstehen.

In diesem Kontext stellt sich das Forschungsprojekt Opt4E das Ziel, Methoden und Werkzeuge zur vollumfänglichen Synthese und Optimierung von EV-Antriebssträngen zu entwickeln und zu validieren. Aus typischen Ziel-Kriterien und Bewertungen eines elektrischen Antriebs (wie Kosten, Dynamik, Effizienz, Verbrauch und Komfort) werden Key-Performance-Indicators (KPIs) abgeleitet.

Der Nutzer des Optimierungsprogramms soll anhand seines vorgegebenen Nutzungsprofils und von individuellen weiteren Gewichtungen definiere, wie stark die einzelnen KPIs in eine Gesamtbewertung eines Individuums und somit in die Optimierungsschleife eingehen. Mit Hilfe dieser Entwicklungsplattform lassen sich bereits in der frühen Phase aussichtsreiche Antriebsstrangtopologien erstellen, bewerten und vergleichen.

Mögliche Zielkonflikte zwischen Global- und Detailauslegung werden durch einen integrierten Prozess erkannt und effektiv gelöst. Durch die über die Entwicklungsplattform zur Verfügung stehenden Methoden für EV-Antriebssysteme werden Entwicklungszyklen beschleunigt, Entwicklungskosten eingespart und Potenziale gesamtheitlich betrachtet und bestmöglich erschlossen.

Der frühzeitige Einbezug von Abhängigkeiten zwischen den Subsystemen im späteren Betriebsverhalten insbesondere auf den Gebieten der Effizienz, dem Thermomanagement und den Toleranzeinflüssen führt weiterhin zur optimalen Ausnutzung von Ressourcen im Produktionsprozess, was eine indirekte CO2-Ersparnis zur Folge hat. Eine Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems führt dagegen direkt zu erheblichen CO2-Einsparungen im Betrieb der Systeme und leistet damit einen Beitrag zur Etablierung nachhaltiger Antriebsarchitekturen.

Das Forschungsvorhaben gliedert sich in sechs Arbeitspakete, deren Teilziele das Gesamtziel des Projektes maßgeblich unterstützen.

Nähere Informationen zu den einzelnen Arbeitspaketen findest du nachfolgend:

Arbeitspaket 1
Fertigungsqualität Getriebe

AP-Leitung: FZG, TU München

Ziel: Berücksichtigung der Auswirkungen von Fertigungstoleranzen und -qualitäten von BEV-Getrieben auf das Einsatzverhalten sowie Wirtschaftlichkeit des Herstellprozesses in der Optimierungssoftware zur gesamtheitlichen Antriebsstrangauslegung.

Arbeitspaket 2
Akustik

AP-Leitung: IAL, Uni Hannover

Ziel: Ganzheitliche Optimierung des NVH-Verhaltens des Antriebsstrangs batterieelektrischer Fahrzeuge unter Ausnutzung der Wechselwirkungen zwischen Umrichter, E-Maschine und Getriebe

Arbeitspaket 3
Thermomanagement

AP-Leitung: FZG, TU München

Ziel: Entwicklung einer Auslegungsmethode zur gesamtheitlichen Abbildung des Thermomanagements von batterieelektrischen Fahrzeugen

Arbeitspaket 4
Wirkungsgrad und Tribologie

AP-Leitung: IMKT, Uni Hannover

Ziel: Weiterentwicklung bestehender Berechnungsmodelle zur Beschreibung der Verlustleistung von mechanischen Antriebsstrangkomponenten bis in den Hochdrehzahlbereich

Arbeitspaket 5
Fahr- und Schaltkomfort

AP-Leitung: IMS, TU Darmstadt

Ziel: Objektivierung von Fahr- und Schaltkomfort zur Einbindung in die Auslegung elektrischer Antriebsstränge

Arbeitspaket 6
Multikriterielle Antriebsstrang-Optimierung

AP-Leitung: IMS, TU Darmstadt

Ziel: Entwicklungsplattform zur Synthese und Optimierung elektrischer Achsantriebe unter Berücksichtigung der Abhängigkeiten aus den vorangegangenen Arbeitspaketen mit automatisierter Antriebsstrang-Optimierung.