Modellgestützte Entwicklung eines Multi-Mode-Getriebes für einen plug-in-hybrid-elektrischen Antriebsstrang

Stefan Geng promoviert im Fachbereich Elektrotechnik und Technische Informatik. Die Promotion wird seitens der TH OWL von Professor Dr.-Ing. Thomas Schulte betreut und erfolgt in Kooperation mit Professor Dr.-Ing. Jürgen Maas von der Technischen Universität Berlin.

Stefan Geng

Im Antriebsstrang hybridelektrischer Fahrzeuge wird konventionelle Verbrennungsmotorentechnik mit elektrischer Antriebstechnik kombiniert. Der durch eine Batterie gespeiste elektrische Antrieb ermöglicht die Einsparung von Kraftstoff und somit die Reduzierung des Ausstoßes klimaschädlicher Treibhausgase. Plug-in-hybrid-elektrische Fahrzeuge besitzen darüber hinaus eine größere Batterie, die am externen Stromnetz aufgeladen werden kann und die Reichweite im elektrischen Fahrbetrieb deutlich erhöht. Ausschlaggebend für die Effizienz des Fahrbetriebs sind hierbei die Antriebsstrangkomponenten und deren Kopplung sowie die Algorithmen zur Steuerung und Regelung des Antriebsstrangs. Bei den meisten heute verfügbaren Hybridfahrzeugen erfolgt die Kopplung zwischen Verbrennungs- und Elektromotor derart, dass entweder ein serieller, paralleler oder leistungsverzweigter Antriebstrang vorliegt. Zur weiteren Steigerung der Energie- und Kosteneffizienz werden diese Konzepte kombiniert, indem sogenannte Multi-Mode-Getriebe unterschiedliche Kopplungen von Verbrennungs- und Elektromotor ermöglichen. So lassen sich während des Fahrbetriebs die Fahrmodi wechseln - zum Beispiel vom seriellen in den parallelen Hybridantriebsmodus. Entscheidend ist zudem die Betriebsstrategie, da die Effizienzvorteile nur mit einer auf die aktuelle Fahrsituation angepassten Ansteuerung des Getriebes und der Antriebe ausgeschöpft werden können. Die Entwicklung neuer Getriebe- beziehungsweise Antriebsstrangkonzepte einschließlich der Betriebsstrategie muss unter ganzheitlicher Betrachtung des Fahrzeugs durchgeführt werden, wobei aufgrund der Systemkomplexität nur noch eine modellgestützte Entwicklung infrage kommt.

Im Rahmen der Dissertation werden Methoden zur modellgestützten Entwicklung von Multi-Mode-Getrieben entwickelt und untersucht. Diese Methoden sollen eine systematische und toolgestützte Vorgehensweise ermöglichen, mit der unter Vorgabe grundlegender Fahrzeugspezifikationen ein geeignetes Getriebe- beziehungsweise Antriebsstrangkonzept sowie die zugehörigen Regel- und Steueralgorithmen entwickelt werden können. Hauptziel hierbei ist es, einen möglichst kraftstoffsparsamen Fahrbetrieb zu ermöglichen. Zu Evaluierungszwecken wird die Methode exemplarisch angewendet und auf Grundlage der Ergebnisse ein Prototyp eines Multi-Mode-Getriebes aufgebaut. Die Validierung der Simulationsmodelle sowie der Ergebnisse aus der Konzeptentwicklung erfolgt anhand entsprechender Prüfstandsmessungen.