Methodik zur mechatronischen Auslegung zukünftiger Fahrzeugantriebe

Die zunehmend in der Fahrzeugindustrie angewandte Downsizing-Strategie zur Reduzierung des Verbrauchs in den gesetzlichen Zyklen wirft große Herausforderungen bei der kundenwerten Dynamikauslegung der Kraftfahrzeuge auf. Das Downsizing führt zu einer Verringerung des Hubraums des Verbrennungsmotors. Erst durch die Aufladung werden nennenswerte Literleistungen erzeugt, die aber einen verzögerten Drehmomentaufbau bedingen. Elektromotoren stellen im Gegensatz dazu nahezu ohne Verzögerung Drehmoment zur Verfügung und revolutionieren damit bei elektrifizierten Fahrzeugen die erlebbare Längsdynamik im realen Kundenbetrieb. Aber auch in Fahrzeugen mit konventionellem Antriebsstrang wird zunehmend auf neue Technologien und Aufladekonzepte gesetzt, um die erlebbare Längsdynamik des Fahrzeugs zu stärken.

Die heute etablierten Fahrmanöver zur Angabe und Auslegung der Fahrzeuglängsdynamik Beschleunigungszeit 0-100km/h und Elastizität 80-120 km/h repräsentieren nur bedingt das vom Kunden im realen Straßenbetrieb erlebte Beschleunigungsverhalten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher mit der Erarbeitung einer Metrik, durch die die subjektiv erlebbare Längsdynamik einer objektiven Bewertung zugänglich gemacht wird. Die Bewertung wird simulativ mittels Gesamtfahrzeugmodellen vorgenommen, die zur Abbildung des transienten Drehmomentaufbaus um instationäre Motormodelle erweitert werden.

Die Untersuchungen in dieser Arbeit zeigen, dass das subjektive Beschleunigungsempfinden sowohl von der Aufbauzeit ab Tip-In des Fahrers bis zum Erreichen der maximalen Beschleunigung als auch von der maximalen Beschleunigung des Fahrzeugs bestimmt wird. Der zu empfehlende Technikeinsatz zur kundenwerten Auslegung des Antriebsstrangs hängt unter anderem von der Motorleistung des Fahrzeugs ab. Elektrische Boostsysteme bieten sich vor allem bei Fahrzeugen mit kleinen Verbrennungsmotoren an. Mit steigender Motorleistung wird dagegen mit einem elektrischen Verdichter, basierend auf einem 48 V Bordnetz, die größte Verbesserung in Bezug auf die bewerteten Maßnahmen hinsichtlich des transienten Beschleunigungsverhaltens des Fahrzeugs erreicht. Auch eine Reduzierung der Fahrwiderstände, eine Anpassung des Aufladesystems, eine kundenwerte Ausrichtung der Applikation und eine kurze Gesamtübersetzung tragen zu einer Verbesserung der erlebbaren Längsdynamik bei. Außerdem werden die Wechselwirkungen dieser Maßnahmen auf den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs berücksichtigt.