Systemauslegung autarker Hybridantriebe unter Berücksichtigung kundenspezifischer Randbedingungen

Zur Erfüllung gesetzlicher Anforderungen müssen Fahrzeughersteller konventionelle Antriebe hinsichtlich ihrer Effizienz weiterentwickeln und die CO2-Emissionen ihrer Fahrzeugflotten sukzessive reduzieren. Eine wesentliche Maßnahme ist die Elektrifizierung von Antrieben durch Hybridsysteme. Diese ermöglichen unter anderem durch Bremskraftrückgewinnung und Betriebspunktoptimierung eine signifikante Verbrauchsreduktion konventioneller Antriebe. Eine Herausforderung besteht darin, Hybridsysteme zielgenau für ihren Einsatzzweck auszulegen und damit den Zielkonflikt aus Nutzen und Aufwand optimal zu lösen. ... mehrAutark-Hybridsysteme ohne externe Lademöglichkeit können durch ein hohes Nutzen/Aufwand-Verhältnis überzeugen.

In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, um Autark-Hybridsysteme optimal auszulegen. Dabei werden verschiedene Hybrid-Topologien untersucht, die wesentlichen Komponenten des Hybridsystems dimensioniert und die Nutzung der verfügbaren Ressourcen durch eine Fahrstrategie optimiert. Ein wesentlicher Fokus der Arbeit liegt auf einer umfassenden Betrachtung der Randbedingungen des Hybridsystems im Kundenbetrieb. Diese werden durch charakteristische Fahrzyklen für Fahrumgebungen und Fahrstile sowie durch segmentspezifische Fahrzeugparameter modelliert. Weiterhin werden statistische Häufigkeitsverteilungen dieser Randbedingungen identifiziert. Nach einer Analyse der Einflüsse von Auslegungsparametern und Randbedingungen werden die entwickelten Modelle in einen ganzheitlichen Optimierungsansatz für das Hybridsystem integriert und dessen Ergebnisse diskutiert.

To meet legal requirements, vehicle manufacturers must further develop conventional drives in terms of their efficiency and successively reduce the CO2 emissions of their vehicle fleets. One key measure is the electrification of powertrains through hybrid drive systems. Among other things, these enable a significant reduction of fuel consumption in conventional drives through brake power recovery and operating point optimization. One challenge is to design hybrid drive systems precisely for their intended use and thus optimally resolve the trade-off between benefits and costs. ... mehrAutarkic hybrid drive systems without external charging ability can convince with a high benefit/effort ratio.

In this work, a method is presented to optimally design autarkic hybrid drive systems. Different hybrid topologies are investigated, the essential components of the hybrid drive system are dimensioned and the usage of available resources is optimized by an operating strategy. A major focus of the work is a comprehensive consideration of the hybrid system's boundary conditions during customer operation. These are modeled by characteristic driving cycles representing different driving environments and driving styles as well as by segment-specific vehicle parameters. Furthermore, statistical frequency distributions of these boundary conditions are identified. After analyzing influences of design parameters and boundary conditions, the developed models are integrated into a holistic optimization approach for the hybrid system and its results are discussed.