Ansatz zur Gesamtfahrzeugsimulation für Plug-In-Hybridfahrzeuge zur ganzheitlichen Energieeffizienzanalyse und -optimierung

Die Verknappung fossiler Ressourcen, der anthropogene Klimawandel sowie eine Reihe gesellschaftlicher Tendenzen führen zu einer grundlegenden Veränderung der Individualmobilität im ersten Viertel des 21. Jahrhunderts. Aufgrund des wachsenden gesellschaftlichen und politischen Drucks, aber auch motiviert durch eigene Unternehmensziele hinsichtlich eines nachhaltigen ökologischen Handelns, senken alle Fahrzeughersteller die Abgasemissionen ihrer Neuwagenflotten sukzessive. Eine entscheidende Rolle spielt bei diesen Bestrebungen die Entwicklung elektrifizierter Fahrzeugkonzepte. Solange technologische und ökonomische Restriktionen die Reichweite batterieelektrischer Fahrzeuge limitieren, können Plug In-Hybridfahrzeuge (PHEVs) als Brückentechnologie den CO2-Ausstoß kurz- und mittelfristig signifikant reduzieren bei einer erwartbar gesteigerter Kundenakzeptanz. Da die Reichweite im rein elektrischen Betriebsmodus des PHEVs sowohl unter Normbedingungen in den relevanten PKW-Absatzmärkten als auch im Kundenbetrieb von größter Bedeutung ist, muss hier ein Entwicklungsschwerpunkt liegen. Systeme zur Gesamtfahrzeugsimulation sind im Zuge des zunehmenden Einsatzes virtueller Methoden bei Fahrzeugherstellern inzwischen verbreitet, da sie detaillierte Analysen fahrzeugtechnischer Maßnahmen oder verschiedener Applikationsstände in Zeiten limitierter Fahrzeug- und Prüfstandsverfügbarkeit ermöglichen. Diese Vorteile lassen sich allerdings nur auf Basis einer detaillierten Validierung im Gesamtfahrzeug nutzen, da es sich gezeigt hat, dass insbesondere die komplexen thermischen Interaktionen auf Basis lediglich komponentenseitig validierter (Teil-)Modelle oft nur schwer prognostizierbar sind. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die gesetzlichen Rahmenbedingungen hinsichtlich der Ermittlung der CO2-Emissionen von Plug In-Hybridfahrzeugen in den Märkten EU, China sowie den USA eingehend analysiert. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse sowie der Analyse bestehender Systeme wurde ein Ansatz zu einer messgestützten Gesamtfahrzeugsimulation für ein A-Klasse-PHEV entwickelt. Das gekoppelte Gesamtfahrzeugmodell wurde intensiv von den exakten Lastanforderungen an das Fahrzeug bis hin zu den relevanten elektrischen, mechanischen und thermischen Energieflüssen im Fahrzeug validiert. Unter Zuhilfenahme dieses Systems wurde ein Ansatz zur Minimierung des elektrischen Verbrauchs durch eine Optimierung der Gangwahl in Rekuperationsphasen entwickelt. Hierbei wurden neben den Effekten im Antriebsstrang alle weiteren relevanten Auswirkungen auf das Gesamtfahrzeug mit einbezogen und analysiert.