Systemansatz zur Quantifizierung von lokalen Maßnahmen zur Reibungsreduktion im Antriebsstrang und deren Auswirkungen im Fahrzeug unter realen Fahrzuständen

Die Berechnung von Fahrleistung, Emissionen und Verbrauch sowie des Energiemanagements wird im Wesentlichen mittels Fahrzyklussimulation durchgeführt. Diese Systemmodelle berücksichtigen alle Komponenten des Fahrzeuges und deren Wechselwirkung, wobei hier mechanische, hydraulische und elektrische Energieflüsse abgebildet werden können. Die Lastzustände entsprechen unterschiedlichen standardisierten oder realen Fahrzyklen. Solche Ansätze eignen sich sehr gut für die Untersuchung von Systemparametern (zB Gesamtgewicht), unterschiedliche Antriebskonzepte (zB Stufen der Hybridisierung), Regel- und Steuersystemen oder auch Einflüssen von Streckenprofil und Fahrzyklen sowie dem Fahrerprofil bis hin zur Integration in die Echtzeitumgebung am Prüfstand.Die in diesem Fall verwendeten Subsysteme und Komponenten sind in ihrer Detaillierung begrenzt und verschiedene Einflüsse können oft nur durch grob bekannte Faktoren oder einfache Formeln berücksichtigt werden. Diese Methoden erreichen ihre Grenzen, wenn es um die Quantifizierung lokaler Effekte wie z. B. Reibung geht, mit relativ kleinen Einflüssen, die aber in Summe einen wichtigen Beitrag zur Gesamtverbesserung von Verbrauch und CO2-Emissionen liefern können.Die detaillierte Untersuchung solcher Effekte für Subsysteme und Komponenten erfolgt mittels Motorzyklussimulationen. Solche Methoden werden durch ihre hohe Modellkomplexität in Bezug auf die zu simulierende Realzeit begrenzt und sind daher nicht direkt für Aussagen wie Verbrauch oder globale Energieflüsse geeignet. Speziell bei komplexen Antriebssträngen wie etwa für HEVs, bei denen die Energiebereitstellung den aktuellen Fahrbedingungen angepasst wird, ist ihre Anwendbarkeit begrenzt.In der vorliegenden Arbeit wird ein effizienter Ansatz vorgestellt, in dem Kennfelder für die nötigen Eingangsdaten der Fahrzyklussimulation verwendet werden, die im Voraus mittels Motorzyklussimulationen berechnet werden. Die beiden Ansätze sind somit offline gekoppelt. Dies ermöglicht eine korrekte Quantifizierung lokaler Maßnahmen unter realen Bedingungen sowie die Untersuchung von gegenläufigen Effekten wie etwa erhöhter Verschleiß.Ein weiterer Schritt zur genauen Vorhersage des Verbrauchs unter realistischen Bedingungen wird durch eine direkte Kopplung des Fahrzyklus-Antriebsstrangmodells und eines virtuellen Fahrzeugmodells und unter Verwendung realer Fahrprofile anstelle von Standardfahrzyklen erreicht. Der Einfluss des Fahrers wird durch vordefinierte Fahrerprofile berücksichtigt. Alternativ ist es möglich, das virtuelle Modell direkt über eine Echtzeitschnittstelle auf einem Simulator oder auf einem Prüfstand zu betreiben.Dieser Ansatz wird am Beispiel des Einflusses von Motor und Getriebeverlusten auf den Fahrzeug-Kraftstoffverbrauch eines Mittelklasse-Pkws und die jeweiligen Beiträge der relevanten Subsysteme wie mechanische Verluste in Lagern und Verzahnungen und Planschverluste im Getriebe durchexerziert