Konzeptausle­gung elektrifiziert­er Antriebsstränge

Motivation

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Während der Konzeptauslegung gilt es eine Vielzahl technischer Stellgrößen zu berücksichtigen, die die künftigen Fahrzeugeigenschaften, wie den Energieverbrauch, die Reichweite oder die Fahrleistung beeinflussen.

Speziell in einer frühen Entwicklungsphase, in der meist nur wenig valide Informationen zu den einzelnen Komponenten zur Verfügung stehen, stellt die effiziente Bewertung des Potenzials einer Konzeptidee eine große Herausforderung dar. Die steigende Systemkomplexität, eine wachsende Variantenvielfalt sowie gleichzeitig immer kürzer werdende Entwicklungszyklen verschärfen die Anforderungen an die Konzeptentwicklungsphase. Da spätere Konzeptkorrekturen in der Regel mit hohem technischem Aufwand und finanziellen Belastungen einhergehen, stellen Methoden der Konzeptentwicklung und -bewertung einen entscheidenden Erfolgsfaktor für die Entwicklung zukünftige Fahrzeuge dar.

Methodik/Prinzipielles Vorgehen

Optimierungsverfahren in Verbindung mit mathematischen Modellen bilden das Grundgerüst für die Konzeptauslegung. Neben den etablierten kausalen und akausalen Längsdynamikmodellen, nutzt die Professur FZM Methoden aus dem Bereich des Maschinenlernens/Künstlichen Intelligenz zur datengetriebenen Modellbildung (Systemidentifikation, empirische Modelle, Metamodelle). Die so erzeugten Modelle zeichnen sich insbesondere durch ihre deutlich reduzierte Berechnungsdauer gegenüber kausalen/akausalen Längsdynamikmodelen aus.

Die Bewertung verschiedener Konzeptalternativen erfolgt sowohl anhand standardisierter Kriterien (z. B. Energieverbrauch in Normzyklen) als auch mittels individuell erstellter Bewertungsmetriken, bspw. für die objektive Evaluierung des längsdynamischen Beschleunigungsempfindens elektrifizierter Pkw. Mithilfe von Gewichtungsfaktoren kann aus der Vielzahl relevanter Kriterien eine Zielfunktion formuliert werden, die die Grundlage für die Optimierungsaufgabe bildet.

Ausblick

Die Entwicklung eines umfassenden Entwicklungsframeworks für die optimale Auslegung batterieelektrischer Fahrzeuge vom Pkw bis zum Bus.

Methoden

• Grundlagen Fahrzeuglängsdynamik
• Theoretische Modellbildung des Antriebsstrangs
• Methoden aus Maschinenlernen, Künstlicher Intelligenz
• statistische Versuchsplanung (DoE),
• Optimierung
• Energiespeicher (Messung, Modellbildung)
• Ladestrategien
• Kosten + TCO

Ausgewählte Veröffentlichungen

[1] Helbing, M.; Bäker, B.; Schiffer, S.:
Total Vehicle Concept Design using Computational Intelligence. 6^th Conference on Future Automotive Technology, Fürstenfeldbruck, 09.–10. Mai 2017

[2] Helbing, M.; Bäker, B.; Schiffer, S.:
Electrified Powertrain Design of Road Vehicles: New Evaluation Framework. ESARS ITEC 2016  - Electrical Systems for Aicraft, Railway, Ship propulsion and Road Vehicles & International Transportation Electrification Conference, Toulouse (France), 2.-4. November 2016. DOI: 10.1109/ESARS-ITEC.2016.7841339