Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des...

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Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben 16. Okt. 2009 Symposium in IFA Alternative Antriebssysteme und Leichtbau Haldensleben

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Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben

16. Okt. 2009

Symposium in IFAAlternative Antriebssysteme und Leichtbau

Haldensleben

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2

Anforderungsoptimierung für elektrifizierte Antriebe

1. Anforderungen und Kriterien der

Fahrzeugentwicklung

2. Der Kundeneinsatzbereich

3. Antriebskonzept- und

Komponentenoptimierung

4. Zusammenfassung

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3

Kundeneinsatzbereich(Kundenbetrieb)

Anforderungsprofil

(Lastenheft)

Konventionellnach

3F-Methode

Ziel: „Punktlandung“ bei Kundenanforderungen

Anforderungsoptimierung

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4

Anforderungsoptimierung

Kundeneinsatzbereich(Kundenbetrieb)

Anforderungsprofil

(Lastenheft)

Konventionellnach

3F-Methode

Anforderungenfür HEV / EV

• Verbrauch

• Reichweite

• Kosten

• Nutzlast

• Einsatzflexibilität

• Verfügbarkeit

• Lade-

geschwindigkeit

• Infrastruktur

• Recycling

• …

Wie findet man die repräsentativen Anforderungen an die elektrischen Antriebe?

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Anforderungsoptimierung für elektrifizierte Antriebe

1. Anforderungen und Kriterien der

Fahrzeugentwicklung

2. Der Kundeneinsatzbereich

3. Antriebskonzept- und

Komponentenoptimierung

4. Zusammenfassung

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9

Fahrer

Fahrumgebung

FahrstreckeVerkehrs-führung

Steigung

Reibwert

Fahrzeug

Fahrweise

Fahrpedale

1 3 5

2 4 R

Schaltung

Fahrzeugtyp

Getriebe

Batterie

Leistungs-elektronik

VKM

E-Motor Betriebs-strategie

Beladung

Kundeneinsatzbereich = 3F-Parameterraum

Lenkung

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11

Kundeneinsatzbereich für den Antriebsstrang

schonend

durch-

schnittlich

sportlich

Fahrweise

Landstraße

Berg

Autobahn

Anhänger-betrieb

voll

mittel

Fah

rze

ug

be

lad

un

g

leicht

Fahrzeug

Fahrer

Fahrumgebung

1 3 5

2 4 R

Fahrstr

eckeStadt

„Der 3F-Würfel“

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15

Kundeneinsatzbereich für den Antriebsstrang

schonend

durch-

schnittlich

sportlich

Fahrweise

Landstraße

Berg

Autobahn

Anhänger-betrieb

voll

mittel

Fah

rze

ug

be

lad

un

g

leicht

Fahrzeug

Fahrer

Fahrumgebung

1 3 5

2 4 R

Fahrstr

eckeStadt

Vertreter

Taxi

Lieferservice Notarzt/Polizei

SpezielleKundentypen: ,…

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16

Landstraße

Berg

Autobahn

schonend

durch-

schnittlich

sportlich

Fahrweise

Fahrstr

eckeStadt

Fah

rze

ug

be

lad

un

g

70.000 km je Fahrzeug,z.B. 320 Nm, 1450 kg, Kompaktklasse

min. 30 Fahrer

Messung mitSerienfahrzeugen

Erfassung des Kundeneinsatzbereichs

Anhänger-betrieb

voll

mittel

leicht

„Der 3F-Würfel“

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17

Beschleunigungen amRadträger

Antriebsmomente Geschwindigkeit(Correvit)

Fahrbahn-

unebenheiten(Laser)

Aufbau-beschleunigungen

Kamera

CAN Daten

Antriebsstrang

• Last

• Getriebeöltemp.

• Drehzahlen

• Drehmomente

• Gang

• …

Fahrer

• Gaspedalposition und -gradient

• Lenkwinkel und -geschwindigkeit

• Bremsdruck

• Bremslichtschalter

• …

Regelsysteme

• ABS

• EPS

• ASR

• Gierwinkelgeschw.

• …

Fahrumgebung

• Außentemperatur

• Verkehrsdichte

• …

GPS• Höhe

• Längengrad

• Breitengrad

Atmosphär.Drucksensor• Höhe

(Straßenprofil)

Analog Daten

(Telemetrie + DMS)

(Beschleunigungsaufnehmer)

(Beschleunigungsaufnehmer)

Aufgezeichnete Messdaten

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Verwendete Messtechnik

Beispiel: Anhängerfahrt GroßglocknerTelemetriesysteme Zeitdaten-erfassung

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19

3F-Messungen in China, Mittel- und Osteuropa

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21

Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs

900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Fahrzeugmasse [kg]

Dre

hm

om

ent

[Nm

]

FahrweiseFahrstr

ecke

Fahrz

eug-

bela

dung

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22

Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs

900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Fahrzeugmasse [kg]

Dre

hm

om

ent

[Nm

]

FahrweiseFahrstr

ecke

Fahrz

eug-

bela

dung

Antriebs- und Fahrwerkkonzepte- Front/Quer

- Standard

- Allrad

Fahrzeugklassen- vom Kleinwagen bis zum Fullsize-SUV / Oberklasse

Variation in den Messkampagnen hinsichtlich:

Antrieb- Otto- und Dieselmotoren unterschiedlicher Leistungsklassen

- Hybridantriebe

Getriebe- MT, AMT, AT, DCT, eCVT

Ausstattung der Fahrzeuge- Fahrerassistenzsysteme, Sonderausstattung, etc.

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23

Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs

900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Fahrzeugmasse [kg]

Dre

hm

om

ent

[Nm

]

FahrweiseFahrstr

ecke

Fahrz

eug-

bela

dung

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24

Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs

900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Fahrzeugmasse [kg]

Dre

hm

om

ent

[Nm

]

Leistungsgewichts-klassen [kg/kW]:

7…99…1111..1313…1515…17> 17

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25

Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs

900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Fahrzeugmasse [kg]

Dre

hm

om

ent

[Nm

]

Häufigkeitsverteilungen

aus den Messdaten

= f (Fahrer

Fahrum-

gebung

Fahrzeug)

•Geschwindigkeits-verhalten

•Beschleunigungs-

verhalten

•Verzögerungsverh.

•Stopp-Phasen

•Querbeschleunigung

•Lenkbewegung

•Abstandsverhalten

•...

���� 3F-Fingerprint

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26

Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs

900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Fahrzeugmasse [kg]

Dre

hm

om

ent

[Nm

]

3F-Fingerprint

für Längsdynamik

(Häufigkeitsverteilungen für

v, a, z, tStopp)

identisch

• bei gleichem Leistungsgewicht

• unabhängig vom Antriebskonzept

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27

Messungen: BMW130i und Lexus GS450h

Antriebsstrang :

Antrieb :

VKM :

Antriebsleistung[kW] :

vmax[km/h] :

Leistungsgew. [kg/kW] :

Voll-HybridLeistungsverzweigt

Standard

3,5L V6 (Otto)

147 (EM)218 (VKM)

210*

7,6(bei 1940 kg)

Konventionell

Standard

3,0L V6 (Otto)

195 (VKM)

250

7,4(bei 1450 kg)

Lexus GS450h BMW 130i

254 ges.

*abgeregelt

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28

Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs

900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Fahrzeugmasse [kg]

Dre

hm

om

ent

[Nm

]

Leistungsgewichts-klassen [kg/kW]:

7…99…1111..1313…1515…17> 17

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33

vx0

25

0

50

vFzg.[k

m/h

],

Zeit [s]

Zeitanteil Fahrgeschwindigkeit sportlicher Stadtfahrer, mittlere Beladung

∆t1

∆t2

3F-Fingerprint Geschwindigkeitsverteilung

Geschwindigkeitsbereich 45…50 km/h:

vx = 45…50 km/h

∆t1 + ∆t2 + …

Gesamt-FahrzeitZeitanteil45…50 =

100 150 200

v [km/h]250

Zeitanteil [%]

∆tx

15

0

5

10

20

vx

= 7 %

Zeitabschnitt

Geschwindigkeits-klasse

Zeitanteil von vx [%]

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34

0

25

0

50

vFzg.[k

m/h

],

Zeit [s]

Zeitanteil Fahrgeschwindigkeit sportlicher Stadtfahrer, mittlere Beladung

3F-Fingerprint Geschwindigkeitsverteilung

100 150 200

v [km/h]250

Zeitanteil [%]

∆tx

15

0

5

10

20

vx

50

Zeitabschnitt

Geschwindigkeits-klasse

Zeitanteil von vx [%]

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35

0

25

0

50

vFzg.[k

m/h

],

Zeit [s]

Zeitanteil Fahrgeschwindigkeit sportlicher Stadtfahrer, mittlere Beladung

3F-Fingerprint Geschwindigkeitsverteilung

100 150 200

v [km/h]250

Zeitanteil [%]

∆tx

15

0

5

10

20

vx

50

Zeitabschnitt

Geschwindigkeits-klasse

Zeitanteil von vx [%]

BMW

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36

0

25

0

50

vFzg.[k

m/h

],

Zeit [s]

Zeitanteil Fahrgeschwindigkeit sportlicher Stadtfahrer, mittlere Beladung

3F-Fingerprint Geschwindigkeitsverteilung

100 150 200

v [km/h]250

Zeitanteil [%]

Zeitabschnitt

Geschwindigkeits-klasse

Zeitanteil von vx [%]

∆tx

15

0

5

10

20

vx

50

BMW

Lexus

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38

Geschwindigkeitsverteilung

BMWLexus

50 100 150 200

Zeitante

il[%

]

v [km/h]

Zeitante

il[%

]Zeitante

il[%

]

50 100 150 200

v [km/h]50 100 150 200

v [km/h]

schonend durchschnittlich sportlichFahrstilS

tad

tLan

dstr

eA

uto

bahn

0 0 0

15

0

5

10

15

0

5

10

15

0

5

10

* 210 km/h: v-Abregelung

*

mittlere Beladung

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42

OG

P,v

Fzg.[k

m/h

]

25

0

3F-Fingerprint Beschleunigungs-/Verzögerungsverhalten

50

Zeit [s]

7,5

0Zeit [s]

a[m

/s²]

-7,5

Sportlicher Stadtfahrer, mittlere Beladung

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46

25

0

3F-Fingerprint Beschleunigungsverhalten

50

7,5

0

-7,5

50 100 150 200

vStart [km/h]

7,5

0

-7,5

0 250

a [m/s²]Zeit [s]

Zeit [s]

OG

P [

km

/h]

a[m

/s²]

Besc

hle

u-

nig

ung

Sportlicher Stadtfahrer, mittlere Beladung

Beschleunigung

vStart

amax

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49

25

0

3F-Fingerprint Verzögerungsverhalten

50

7,5

0

a [

m/s

²]

-7,5

100 150 200

vStart [km/h]

7,5

0

-7,5

0 250

a [m/s²]Zeit [s]

Zeit [s]

OG

P [

km

/h]

40

Besc

hle

u-

nig

ung

Verz

ö-

geru

ng

Sportlicher Stadtfahrer, mittlere Beladung

Beschleunigung

Verzögerung

vStart

amax

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50

50

25

0

3F-Fingerprint Beschleunigungs-/Verzögerungsverhalten

50

7,5

0

a [

m/s

²]

-7,5

100 150 200

vStart [km/h]

7,5

0

-7,5

0 250

a [m/s²]Zeit [s]

Zeit [s]

OG

P [

km

/h]

Besc

hle

u-

nig

ung

Verz

ö-

geru

ng

Sportlicher Stadtfahrer, mittlere Beladung

Beschleunigung

Verzögerung

vStart

amax

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51

50

25

0

3F-Fingerprint Beschleunigungs-/Verzögerungsverhalten

50

7,5

0

a [

m/s

²]

-7,5

100 150 200

vStart [km/h]

7,5

0

-7,5

0 250

ā [m/s²]Zeit [s]

Zeit [s]

OG

P [

km

/h]

Beschleunigung

Verzögerung

vStart

amax

Besc

hle

u-

nig

ung

Verz

ö-

geru

ng

Mittelwert Beschleunigung / Verzögerung sportlicher Stadtfahrer

BMW

Page 31: Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 100 150 200 250 300

52

25

0

Mittelwert Beschleunigung / Verzögerung sportlicher Stadtfahrer

3F-Fingerprint Beschleunigungs-/Verzögerungsverhalten

50

7,5

0

a [

m/s

²]

-7,5

Zeit [s]

Zeit [s]

OG

P [

km

/h]

Beschleunigung

Verzögerung

vStart

amax

Durchschnitt

50 100 150 200

vStart [km/h]

7,5

0

-7,5

0 250

ā [m/s²]

50 100 150 200

vStart [km/h]

7,5

0

-7,5

0 250

ā [m/s²]BMWLexus

σBMW = σLexus

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54

Durchschnittliche Beschleunigung

50 100 150 200

vStart [km/h]50 100 150 200

vStart [km/h]50 100 150 200

vStart [km/h]

FahrstilS

tad

tLan

dstr

eA

uto

bahn

0 0 0

7,5

0

-7,5ā[m

/s²]

7,5

0

-7,5ā[m

/s²]

7,5

0

-7,5ā[m

/s²]

BMWLexus

schonend durchschnittlich sportlich

Beschleunigung

Verzögerung

* Bremsassistent beim Lexus

*

*

mittlere Beladung

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60

Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs

900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Fahrzeugmasse [kg]

Dre

hm

om

ent

[Nm

]

FahrweiseFahrstr

ecke

Fahrz

eug-

bela

dung

Page 34: Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 100 150 200 250 300

62

Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs

900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Fahrzeugmasse [kg]

Dre

hm

om

ent

[Nm

]

FahrweiseFahrstr

ecke

Fahrz

eug-

bela

dung

Simulationin MOVE3F

Page 35: Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 100 150 200 250 300

63

Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs

900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Fahrzeugmasse [kg]

Dre

hm

om

ent

[Nm

]

FahrweiseFahrstr

ecke

Fahrz

eug-

bela

dung

3F-Fingerprint

Modularevariantenbasierte

Entwicklungsplattformfür

3F-Simulationen(Matlab/Simulink)

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64

Fahrermodell

Fahrumgebungs-modell

Fahrzeugmodell

Modulare Variantenbasierte Entwicklungsplattform für 3F-Simulationen (MOVE 3F)

• Simulationsumgebung auf Basis von Matlab Simulink

• unterschiedliche Antriebe (HEV, EV, konventionell, …) und Antriebsstränge (Front-Quer, Standard, …) mit diversen Getriebetypen (MT, AT, …)

Datenbasis aus umfangreichen Messungen im 3F-Parameterraum

Simulation des Kundeneinsatzbereichs

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65

Kundeneinsatzbereich (3F) identifiziert, quantifiziert

FahrweiseFahrstr

ecke

Fahrz

eug-

bela

dung

FahrweiseFahrstr

ecke

Fahrz

eug-

bela

dung

3F-Fingerprint

= f (Fahrer

Fahrum-

gebung

Fahrzeug)

= f (Fahrer

Fahrum-

gebung

Fahrzeug)

•Geschwindigkeits-verhalten

•Beschleunigungs-verhalten

•Verzögerungsverh.

•Stopp-Phasen

•Querbeschleunigung

•Lenkbewegung

•Abstandsverhalten

•...

vFzg ā tHalt

Fahr-geschwindigkeit

Beschleunigung/Verzögerung

Haltedauer

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69

Anforderungsoptimierung für elektrifizierte Antriebe

1. Anforderungen und Kriterien der

Fahrzeugentwicklung

2. Der Kundeneinsatzbereich

3. Antriebskonzept- und

Komponentenoptimierung

4. Zusammenfassung

Page 39: Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 100 150 200 250 300

70

Konzeptvorhaben

+

Hybridfahrzeug

Elektrofahrzeug

Verteilerfahrzeug

Identifikation

• des optimalen Antriebskonzepts

• der benötigten Komponenten

• der Komponentenanforderungen

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71

Zulieferer

Prozess zum optimalen Konzept

3F-Fingerprint

Kunden-einsatzbereich

Simulation in MOVE3F

1

2

3a

Topologien,Konzepte

Bewertung und

Auswahl

Optimale Konzepte Optimale Topologie

Komponente 3b

4

Anforderungs-katalog

Komponenten-optimierung

EW PL: sc du sp M: sc du sp V: sc du sp A: sc du sp

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

E WP

S tad t

Land

B AB

B erg

EW P

St adt

Land

BAB

Ber g

Last-kollektive

Gang-anteile

Belastungs-zahlen

Page 41: Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 100 150 200 250 300

72

Zulieferer

Prozess zum optimalen Konzept

3F-Fingerprint

Kunden-einsatzbereich

Simulation in MOVE3F

1

2

3aBewertung

und Auswahl

Optimale Konzepte Optimale Topologie

Komponente 3b

4

Anforderungs-katalog

Komponenten-optimierung

EW PL: sc du sp M: sc du sp V: sc du sp A: sc du sp

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

E WP

S tadt

Land

B AB

B erg

EW P

St adt

Land

BAB

Ber g

Last-kollektive

Gang-anteile

Belastungs-zahlen

Topologien,Konzepte

Page 42: Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 100 150 200 250 300

73

FahrweiseFahrstr

ecke

Fahrz

eug-

bela

dung

FahrweiseFahrstr

ecke

Fahrz

eug-

bela

dung

3F-Fingerprint

= f (Fahrer

Fahrum-

gebung

Fahrzeug)

= f (Fahrer

Fahrum-

gebung

Fahrzeug)

•Geschwindigkeits-verhalten

•Beschleunigungs-verhalten

•Verzögerungsverh.

•Stopp-Phasen

•Querbeschleunigung

•Lenkbewegung

•Abstandsverhalten

•...

Kundeneinsatzbereich

3F

-Fin

ge

rp

rin

t

vFzg ā tHalt

Fahr-geschwindigkeit

Beschleunigung/Verzögerung

Haltedauer

Page 43: Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 100 150 200 250 300

74

Zulieferer

Prozess zum optimalen Konzept

3F-Fingerprint

Kunden-einsatzbereich

Simulation in MOVE3F

1

2

3aBewertung

und Auswahl

Optimale Konzepte Optimale Topologie

Komponente 3b

4

Anforderungs-katalog

Komponenten-optimierung

EW PL: sc du sp M: sc du sp V: sc du sp A: sc du sp

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

E WP

S tadt

Land

B AB

B erg

EW P

St adt

Land

BAB

Ber g

Last-kollektive

Gang-anteile

Belastungs-zahlen

Topologien,Konzepte

Page 44: Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 100 150 200 250 300

76

Topologie- und Konzeptvarianten

Ko

nzep

te

Range Extender

TT

E-Fahrzeug

T

Parallel-Hybrid

Top

olo

gie

Getriebe E-Maschine Batterie Leistungs-elektronik

Kom

pon

en

ten

Page 45: Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 100 150 200 250 300

77

Simulation der Varianten in 3F

Ko

nzep

teRange Extender

TT

E-Fahrzeug

T

Parallel-Hybrid

Top

olo

gie

Range Extender

TT

E-Fahrzeug

T

Parallel-Hybrid

Top

olo

gie

Getriebe E-Maschine Batterie Leistungs-elektronik

Kom

pon

enten

Ergebnis

80

60

40

20

0

-20

SOC[%]

PBatterie [kW]

vFzg[km/h] Fahrweise

FahrstreckeF

ahrz

eug-

bela

dung

Page 46: Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 100 150 200 250 300

79

Optimales Konzept

Bew

ertu

ng

un

d A

usw

ah

l

Beschleunigung(0����100)*

Ver-brauch

ReichweiteEnergiebilanz

(ERekuperation/EAntrieb)

Elas-tizität*

Batterie-kapazität

++

+

0

-

--

80

60

40

20

0

-20

SOC[%]

PBatterie [kW]

vFzg[km/h]

*mittels Bestimmungsfahrt

FahrweiseFahrstr

ecke

Fahrz

eug-

bela

dung

Page 47: Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 100 150 200 250 300

82

Optimale Topologie identifiziert

Range Extender

TT

E-Fahrzeug

T

Parallel-Hybrid

Beschleunigung(0����100)

Ver-brauch

ReichweiteEnergiebilanz

Elas-tizität

Batterie-kapazität

Bew

ertu

ng

un

d A

usw

ah

l

Batt.: 30 kWhEM: 40 kWGetr.: 1 Gang

Batt.: 15 kWhEM: 100 kWGetr.: 1 Gang

Batt.: 2 kWhEM: 15 kWGetr.: 6-Gang DCTVKM: 110 kW

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83

Optimales Konzept der ausgewählten Topologie

1Ergebnis der Schritte 3a

110 kW

TT

15 kW

EM

VKM 6 Gänge

DCT

2 kWh

Bew

ertu

ng

un

d A

usw

ah

l

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84

Zulieferer

Prozess zum optimalen Konzept

3F-Fingerprint

Kunden-einsatzbereich

Simulation in MOVE3F

1

2

3aBewertung

und Auswahl

Optimale Konzepte Optimale Topologie

Komponente 3b

4

Anforderungs-katalog

Komponenten-optimierung

EW PL: sc du sp M: sc du sp V: sc du sp A: sc du sp

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

E WP

S tadt

Land

B AB

B erg

EW P

St adt

Land

BAB

Ber g

Last-kollektive

Gang-anteile

Belastungs-zahlen

Topologien,Konzepte

Page 50: Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 100 150 200 250 300

85

Anforderungen an das Getriebe des optimalen Konzepts

Getr

ieb

e

T

Page 51: Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 100 150 200 250 300

86

Getr

ieb

e

Anforderungen an das Getriebe des optimalen Konzepts

T

Motordrehzahl [1/min]

Moto

rmom

ent

[Nm

]

0,5 1,0 1,5

Vollast

be [g/kWh]

Optimaler η-Bereich

Relative Betriebspunkt-häufigkeit [%]

1000 2000 3000 4000 5000 60000

40

80

120

160

200

26

0

260

280

280

280

300

300300

300

30

0

320

320

320

320

340 340

340360

360

360400

400

400460

460460

560560 560

680 680

1000 1000

Sportlicher AutobahnfahrerSportlicher Autobahnfahrer

VKM

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89

Getr

ieb

e

Anforderungen an das Getriebe des optimalen Konzepts

T

η Entladen

η Laden

Optimaler η-Bereich

Relative Betriebspunkt-häufigkeit [%]

1,25 2,5 3,75

E-Zweig: Batterie, Inverter, E-Maschine

85

80

75

70

65

60

70

-4

-8

-12

2000 4000 6000

Leistung [kW]

Drehzahl [1/min]0

4

8

12

2000 4000 6000

85

75

80 70

65

60

6570

Leistung [kW]

Drehzahl [1/min]0

EntladenEntladen LadenLaden

75

Sportlich BABSportlich BAB

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91

Getr

ieb

e

Anforderungen an das Getriebe des optimalen Konzepts

T

0

200

400

-200

100 102 104101 103 105

Sportlicher StadtfahrerSportlicher StadtfahrerEin

gangsm

oment

[Nm

]

Anzahl Überrollungen

Alle Gänge1. Gang2. Gang3. Gang4. Gang5. Gang6. Gang

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92

Getr

ieb

e

Anforderungen an das Getriebe des optimalen Konzepts

T

0

200

400

-200

100 102 104101 103 105

Schonender StadtfahrerSchonender StadtfahrerEin

gangsm

oment

[Nm

]

Anzahl Überrollungen

Alle Gänge1. Gang2. Gang3. Gang4. Gang5. Gang6. Gang

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93

Getr

ieb

e

Anforderungen an das Getriebe des optimalen Konzepts

T

Ein

gangsm

oment

[Nm

]

Anzahl Überrollungen

Gangspezifisch repräsentatives Kollektiv aus 3F

0

200

400

-200

100 102 104101 103 105

Alle Gänge1. Gang2. Gang3. Gang4. Gang5. Gang6. Gang

FahrweiseFahrstr

ecke

Fahrz

eug-

bela

dung

Page 56: Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben · 2020-01-28 · 22 Datenbasis des Kundeneinsatzbereichs 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 100 150 200 250 300

94

Getr

ieb

e

Anforderungen an das Getriebe des optimalen Konzepts

T

Ein

gangsm

oment

[Nm

]

Anzahl Überrollungen

relevant für die Dimensionierung

/ Lebensdauer des Getriebes

Gangspezifisch repräsentatives Kollektiv aus 3F

0

200

400

-200

100 102 104101 103 105

Alle Gänge1. Gang2. Gang3. Gang4. Gang5. Gang6. Gang

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100

T

Ku

pp

lun

gen

Anforderungen an die Kupplungen des optimalen Konzepts

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101

T

Ku

pp

lun

gen

Anforderungen an die Kupplungen des optimalen Konzepts

1300 1400 15000

50

100

150

200v [km/h]

Wiederstart VKM

Zeit [s]

Sta

dt

Anzahl St-St in 5Min.

Häufigkei

t je

1000 k

m

0 2 4 6 80

50

100

150schonenddurchschnittlichsportlich

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102

T

Ku

pp

lun

gen

Anforderungen an die Kupplungen des optimalen Konzepts

relevant für:thermische

Belastung derst-st Kupplung3

4

8

f1

Autobahn

Landstraße

Stadt

f1*:max. Häufigkeit st-st in 5 Minuten

Sta

dt

Anzahl St-St in 5Min.

Häufigkei

t je

1000 k

m

0 2 4 6 80

50

100

150schonenddurchschnittlichsportlich

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103

T

Ku

pp

lun

gen

Anforderungen an die Kupplungen des optimalen Konzepts

relevant für:

Verschleiß derst-st Kupplung

3

4

8

f1

20

200

1400

z

Autobahn

Landstraße

Stadt

f1*:max. Häufigkeit st-st in 5 Minuten

z: Anzahl st-st auf 1000 km

Sta

dt

Anzahl St-St in 5Min.

Häufigkei

t je

1000 k

m

0 2 4 6 80

50

100

150schonenddurchschnittlichsportlich

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104

� Betriebspunkte im n-M-Diagramm

� Verbrauchsverhalten im betriebswarmen

Zustand� Verlustleistungen

� Lastwechsel-häufigkeiten

T

Repräsentative Anforderungen durch 3F

� Schalthäufigkeiten

� Schaltkollektive� Drehzahlhäufigkeiten

� Drehmoment-Überrollungskollektive / Betriebspunkte (gangabhängig)

� Verlustleistungen

� Energiebilanz

� Ein-, Ausgangsleistung

� Leistungsdurchsatz

� Ein-, Ausgangsleistung� Betriebspunkte im n-M-

Kennfeld

� Drehmoment-Überrollungskollektive

� Beugewinkelkollektive

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105

Zulieferer

Prozess zum optimalen Konzept

3F-Fingerprint

Kunden-einsatzbereich

Simulation in MOVE3F

1

2

3aBewertung

und Auswahl

Optimale Konzepte Optimale Topologie

Komponente 3b

4

Anforderungs-katalog

Komponenten-optimierung

EW PL: sc du sp M: sc du sp V: sc du sp A: sc du sp

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

E WP

S tadt

Land

B AB

B erg

EW P

St adt

Land

BAB

Ber g

Last-kollektive

Gang-anteile

Belastungs-zahlen

Topologien,Konzepte

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106

Zulieferer

Prozess zum optimalen Konzept

3F-Fingerprint

1

2

3aBewertung

und Auswahl

Komponente 3b

4

EW PL: sc du sp M: sc du sp V: sc du sp A: sc du sp

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

E WP

S tadt

Land

B AB

B erg

EW P

St adt

Land

BAB

Ber g

Last-kollektive

Gang-anteile

Belastungs-zahlen

Anforderungs-optimierung

Komponenten-optimierung

Topologien,Konzepte

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107

3F-Fingerprint

Konzepte

Bewertung und

Auswahl

Komponente EW PL: sc du sp M: sc du sp V: sc du sp A: sc du sp

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

E WP

S tadt

Land

B AB

B erg

EW P

St adt

Land

BAB

Ber g

Last-kollektive

Gang-anteile

Belastungs-zahlen

Zulieferer

Lastenheft

1

2

3a

3b

4

Anforderungs-optimierung

Komponenten-optimierung

Anforderungen an den

Antriebsstrang und

seine Komponenten

1...3

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108

Anforderungsoptimierung für elektrifizierte Antriebe

1. Anforderungen und Kriterien der

Fahrzeugentwicklung

2. Der Kundeneinsatzbereich

3. Antriebskonzept- und

Komponentenoptimierung

4. Zusammenfassung

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109

Zusammenfassung

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Kundenorientierte Dimensionierung von Hybridantrieben

16. Okt. 2009Symposium in IFA

Alternative Antriebssysteme und LeichtbauHaldensleben

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