E-Mobilität & Hybridisierung: Alternative Antriebstechnik auf dem Vormarsch

Der Trend zeigt weiterhin nach oben: Mit dem Wunsch nach nachhaltigen Mobilitätsformen, die emissionsarm, klimafreundlich und zugleich für den Kunden finanzierbar sind, gewinnen elektrifizierte Fahrzeugantriebe weiter an Bedeutung. Insbesondere wegen ihres Potenzials Emissionen lokal zu reduzieren nimmt das Interesse an teil- und vollelektrifizierten Fahrzeugen kontinuierlich zu.

Diese alternativen Antriebsformen bieten viele neue Chancen, die jedoch auch mit neuen Herausforderungen in der Entwicklung einhergehen. Immer wichtiger werden hierbei aufgrund der zahlreichen Varianten und Kombinationsmöglichkeiten Entwicklungsthemen wie die Definition von Antriebskonzepten, die Betriebsstrategieoptimierung sowie die Systemintegration und Steuergeräteinteraktion. 

Mit dem virtuellen Fahrversuch können wir Sie unterstützen, die steigenden Anforderungen zu meistern und trotz der Komplexität schlanke Entwicklungsprozesse zu gewährleisten. 

Simulationsbasierte Antriebskonzeptanalyse & Bewertung

Auslegung und Konzeptuntersuchungen von Hybrid- und Elektrofahrzeugen

Hybrid- und Elektrofahrzeuge bieten eine Vielzahl an Kombinationsmöglichkeiten im Hinblick auf Antriebsquellen, Triebstrangvarianten und Energiespeicher. Umso größer ist die Herausforderung, das Antriebskonzept, das am besten zu den gesteckten Entwicklungszielen passt, zu definieren.
Position, Ausführung und insbesondere das Gewicht der Komponenten des Antriebsstrangs wirken sich auf viele Bereiche des Fahrzeugs aus, von der Fahrleistung und dem Verbrauch über Emissionen bis hin zur Fahrdynamik.

Die Untersuchung von Antriebskonzepten mit realen Prototypen ist aufgrund dieser hohen Komplexität sehr kosten- und zeitintensiv und erst in einem späten Entwicklungsstadium möglich, wenn bereits reale Komponenten verfügbar sind. Mit unseren virtuellen Prototypen haben Sie hingegen die Möglichkeit, Ihre Konzeptideen schon früh im Prozess zu realisieren und direkt im virtuellen Fahrversuch zu evaluieren. Aber nicht nur das: Mit unserer Testmethode können Sie optimale Zieleigenschaften der einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs definieren und die Ergebnisse ohne Umwege in Ihren Entwicklungsprozess einfließen lassen.

Setzen Sie so den virtuellen Fahrversuch bei Analysen und Bewertungen von Antriebskonzepten ein:

  • Die echtzeitfähige Powertrain-Modellumgebung bestehend aus vordefinierten Antriebsstrang-Layouts mit variabler Konfigurationsmöglichkeit und Betriebsstrategiedefinition erlaubt eine gezielte Analyse von Konzeptideen – sowohl in verschiedenen Norm-Fahrzyklen als auch in Realfahrsituationen
  • CarMaker und TruckMaker erlauben Ihnen die gleichzeitige Bewertung von Antriebskonzepten und Regelsystemen in Bezug auf Verbrauch und Fahrleistungen sowie Fahrdynamik (beispielsweise Torque Vectoring)
  • Über die zahlreichen Modellschnittstellen ist die Einbindung detaillierter mechanischer und thermischer Modelle möglich 
  • Führen Sie Reichweitenuntersuchungen für teil- und vollelektrifizierte Fahrzeuge auf Realstrecken in der Simulationsumgebung durch

Powertrain-Modellkonzept in CarMaker und TruckMaker

Betriebsstrategieentwicklung und -optimierung

Die Betriebsstrategie – die Steuerung des Antriebsstranges

 

 

Entscheidet sich der Fahrer für das Beschleunigen oder Abbremsen seines elektrifizierten Fahrzeugs, kann dies über die Antriebskomponenten und die hydraulische Bremsanlage oft auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Wie genau – das bestimmt die Betriebsstrategie. 

Insbesondere für Hybridfahrzeuge ist die Betriebsstrategie wichtig, da diese häufig von verschiedenen Quellen angetrieben werden und sich somit die Lastanforderung entsprechend verteilen lässt. Die Bremswirkung kann zudem nicht mehr nur über die hydraulische Bremsanlage erzielt werden, sondern auch über die Umschaltung der elektrischen Maschinen in den Generatorbetrieb (Rekuperation).
Indem der Verbrennungsmotor durch einen oder mehrere elektrische Antriebe unterstützt wird, können Fahrleistungen, Verbrauch und Emissionen Ihres Fahrzeugs auf verschiedene Weise optimiert werden. Neue Betriebsarten wie „Segeln“ mit abgekoppeltem Antriebsstrang erhöhen zusätzlich die Anzahl der Freiheitsgrade bei der Betriebsstrategie.

So lässt sich der virtuelle Fahrversuch zur Entwicklung und Optimierung der Betriebsstrategie einsetzen:

  • CarMaker und TruckMaker enthalten Betriebsstrategiemodelle samt intuitiver Bedatungsmöglichkeit, um effizient verschiedene Betriebsstrategien umzusetzen und im virtuellen Fahrversuch zu bewerten 
  • Mit der CarMaker-Produktfamilie definieren Sie sicher die optimale Verteilung der Bremsleistung auf E-Maschinen und hydraulische Bremsanlage für Ihr Fahrzeug
  • Untersuchen Sie vorausschauende Systeme und nutzen Sie somit Kartendaten (e-Horizon) sowie Informationen von der Infrastruktur (Car2X) oder anderen Fahrzeugen (Car2Car), um die Betriebsstrategie des Fahrzeugs zu optimieren
  • Führen Sie Reichweitenuntersuchungen für E-Fahrzeuge durch
  • Mit den zahlreichen Modellschnittstellen ist auch die Einbindung von kundenspezifischen Betriebsstrategiemodellen möglich
Prüfstandstests: Engine-in-the-Loop

Der reale Verbrennungsmotor im Betrieb mit virtuellen Antriebssträngen

Hybridfahrzeuge bieten eine Vielzahl an Kombinationsmöglichkeiten im Hinblick auf Antriebsquellen, Triebstrangvarianten und Energiespeicher. Umso größer ist die Herausforderung, das Antriebskonzept, das am besten zu den gesteckten Entwicklungszielen passt, zu definieren. Position, Ausführung und insbesondere das Gewicht der Komponenten des Antriebsstrangs wirken sich auf viele Bereiche des Fahrzeugs aus, von der Fahrleistung und dem Verbrauch über Emissionen bis hin zur Fahrdynamik. Mit der Engine-in-the-Loop-Methode haben Sie die notwendige Flexibilität für die zielsichere Definition des passenden Antriebskonzepts – und dies ganz ohne teure Gesamtfahrzeugprototypen. Dabei können Sie den Verbrennungsmotor am Prüfstand mit einem simulierten Antriebsstrang und Gesamtfahrzeug betreiben. Somit lassen sich der Antriebsstrang und das Gesamtfahrzeug einfach austauschen oder modifizieren und der Motor kann auch „virtuell elektrifiziert“ betrieben werden. Die Engine-in-the-Loop-Methode eignet sich ausgezeichnet für die Untersuchung des Einflusses verschiedener Hybridvarianten auf Verbrauch und Emissionen, da Sie beide Zielgrößen direkt am Prüfstand messen können.

So unterstützen wir Sie mit der Engine-in-the-Loop-Methode bei der Konzeptbewertung:

  • Über unsere Prüfstandsschnittstelle können Sie die echtzeitfähige Modellumgebung in CarMaker und TruckMaker zur Abbildung verschiedener Hybridantriebsstrangvarianten und Betriebsstrategien direkt am Motorprüfstand einsetzen
  • Profitieren Sie von unserem parametrierbaren Fahrermodell und der reproduzierbaren Realfahrsimulation mit Online-Visualisierung
  • An Motorprüfständen können Sie Hybridkonzepte mit der Engine-in-the-Loop-Methode bezüglich Real Driving Emissions bewerten 
  • Fahrereinflüsse auf verschiedene Hybridkonzepte können bei Untersuchungen abgebildet werden 
  • Der Wechsel zwischen verschiedenen Fahrzeugvarianten und Strecken gelingt schnell und einfach
  • Über die zahlreichen Modellschnittstellen ist auch die Einbindung von kundenspezifischen Betriebsstrategiemodellen möglich
Integrations- und Steuergerätetests

Optimal abgestimmt

In modernen Fahrzeugen wird das reibungslose Zusammenspiel von einzelnen Komponenten und Systemen immer wichtiger. Dies gilt nicht nur für die einzelnen Antriebsstrangkomponenten selbst, beispielsweise Elektromotoren oder Getriebe. Auch die Regelung der Einzelkomponenten und des Gesamtsystems über die entsprechenden Steuergeräte muss gesichert sein. Der Schlüssel für die effiziente, simultane Entwicklung ist deshalb die integrierte Entwicklung der verschiedenen Komponenten und Systeme, bei der frühzeitig auf Interaktionen und Kompatibilität geachtet wird. Nicht nur die Interaktion der Subsysteme im Antriebsstrang, sondern auch die Wechselwirkungen mit anderen Fahrzeugsystemen wie Bremse oder Fahrerassistenzsysteme sind dabei entscheidend. 

So profitieren Sie vom virtuellen Fahrversuch bei Integrations- und Steuergerätetests:

  • Nutzen Sie die echtzeitfähige CarMaker-Modellumgebung des gesamten Fahrzeugs zur Untersuchung des Zusammenspiels der verschiedenen Subsysteme 
  • Unsere Simulationslösungen enthalten sämtliche Fahrzeug- und Umfeldparameter, die für Regelsysteme und Restbussimulation genutzt werden können
  • Simulationsbasierte Betrachtungen oder auch Integrationstests am Prüfstand mit realen oder virtuellen Komponenten und Steuergeräten können in den gleichen Szenarien und Manövern durchgeführt werden

Hier finden Sie weitere Informationen zum Thema.

Brochure Dyno Interface
1.25 MB / PDF / 2017 / IPG Automotive / Englisch
Wettereinflüsse und Verbrauch: CarMaker bei FZI (Apply & Innovate 2016)
3.43 MB / PDF / 2016 / FZI, Stefan Köhler / Englisch
Plug-in Hybridbus: TruckMaker bei Hino Motors (Apply & Innovate 2016)
3.03 MB / PDF / 2016 / Hino Motors, Ltd., Yujiro Kunibe / Englisch
Verkehrsuntersuchung vom KIT von Elektrobusbetrieb in TruckMaker (Apply & Innovate 2014)
1.39 MB / PDF / 2014 / Karlsruhe Institute of Technology, Manuel Großkinsky / Englisch
Antriebsstrang-Elektrifizierung bei BEG in der Simulation (Apply & Innovate 2014)
1.57 MB / PDF / 2014 / Bosch Engineering GmbH, Christian Appel / Englisch
Hybridantriebe entwickeln: CarMaker bei JLR (Apply & Innovate 2012)
1.27 MB / PDF / 2012 / Jaguar Land Rover, James Chapman / Englisch
Hybridantriebe entwickeln: CarMaker an TU Darmstadt (Apply & Innovate 2012)
1.11 MB / PDF / 2012 / TU Darmstadt, Matthias Kluin / Englisch
Torque Vectoring: CarMaker bei Lotus Engineering (Apply & Innovate 2012)
5.08 MB / PDF / 2012 / Lotus Engineering, Richard Hurdwell / Englisch

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