Suchen

Engineering

Durch neue Formen der Kollaboration E-Antriebe optimieren

| Autor/ Redakteur: Martin Reinbacher, Rainer Schantl* / Sven Prawitz

Simulation und Hardwaretests zusammen bringen: Kombiniert mit den richtigen Methoden schafft dieser Ansatz enorme Potenziale bei der Entwicklung von elektrischen Antrieben. AVL List zeigt, wie das in der Anwendung konkret aussehen kann.

Firmen zum Thema

Simulation eines Hardware-in-the-loop-Prüfstands.
Simulation eines Hardware-in-the-loop-Prüfstands.
(Bild: AVL List)

Egal ob alternative Antriebe, automatisiertes Fahren oder integrale Sicherheit – aktuelle Entwicklungsthemen fordern vor allem eines: Interdisziplinäre Zusammenarbeit mit durchgängigem Fokus auf das Gesamtprodukt. Denn am Ende entscheidet nicht das einzelne System über den Markterfolg, sondern die Gesamtperformance, die das Fahrzeug tagtäglich beim Endkunden liefert.

In der Praxis mangelt es allerdings oft an den entscheidenden Verknüpfungen von Einzelergebnissen, um sichere, ganzheitliche Entscheidungen fällen zu können. Das Potenzial, Simulation und Prüfstand zusammenzubringen oder gar einzelne Prüfstände zu vernetzen, wird nur in Ansätzen erschlossen. Ähnlich sieht es mit dem Austausch von Ergebnissen aus: Hier verhindern unterschiedliche Applikationen und Datenformate, dass die Analysen über Bereichsgrenzen hinweg genutzt werden können. Das wirft folgende Fragestellungen auf:

  • Wie schaffen es Entwickler dennoch, ihren Beitrag am Gesamtfahrzeug transparenter zu machen und Ergebnisse anderen Fachabteilungen zur Verfügung zu stellen?
  • Wie können Teams auf jedem Entwicklungslevel ihre Arbeitsergebnisse effektiv vernetzen und in einen Gesamtzusammenhang bringen?

Durch die schnelle Veränderung bestimmter Prozesse, besonders im Entwicklungsbereich der alternativen Antriebssysteme (Elektrifizierung bzw. Batterieentwicklung), ergeben sich Herausforderungen die innovative Lösungen verlangen. Eine der Herausforderung stellt zum Beispiel das Thermal Management von elektrischen und teilelektrifizierten Fahrzeugen dar.

Warum eigentlich Thermal Management?

Sowohl Elektro- (EVs) als auch Plug-In-Fahrzeuge (PHEVs) bringen in die Entwicklungsabteilungen zusätzliche Komplexität und Anforderungen – speziell die Reichweite bei batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (BEVs) ist im Vergleich zu herkömmlichen Antriebssystemen jedoch relativ gering. Ein suboptimales Thermal Management wirkt sich auf die Lade- und Entladeleistung, die Lebensdauer und die Kapazität aus.

Darüber hinaus können unerwartete De-rating-Effekte zu einer Verringerung der Beschleunigungsfähigkeiten und, falls das Batteriepack überhitzt, zu einem gefährlichen sogenannten thermischen Durchgehen führen. In diesem Fall erhitzen sich die Batteriezellen durch eine exotherme Reaktion, die sich selbst verstärkt. Daher ist ein optimiertes Thermomanagement sowohl im EV als auch PHEV zwingend erforderlich, um einerseits die Leistung zu erhalten und anderseits die Sicherheit zu gewährleisten. Entwicklungsaufgaben von der Straße auf den Prüfstand zu verlagern, ist in diesem Zusammenhang ein besonders spannendes Thema. Die Gründe dafür liegen auf der Hand:

  • Thermal Management ohne „model based development approach“ ist nicht zielführend bzw. zeit- und kostenintensiv
  • Reduktion der benötigten Prototypen
  • Entwicklungsaufgaben können früher im Entwicklungsprozess ausgeführt werden
  • Minimierung von SOP-Risiken (start of production)
  • Reduktion der Entwicklungskosten

E-Antrieb mit die optimaler Reichweite

Neben dem Thermomanagement spielt auch die sogenannte E-Drive-Kalibrierung eine wichtige Rolle. Darunter versteht man eine Kalibrierung von E-Motor und Inverter für eine optimale elektrische Reichweite der Fahrzeuge. Derzeit werden die verschiedenen Parameter in der Simulation grob vorkalibriert, danach folgen iterative Kalibrierschleifen auf dem E-Antriebsprüfstand. Ergänzt wird der reale Prüfling am Prüfstand mit Simulationsmodellen welche den restlichen Antriebsstrang abbilden.

Durch die Kombination moderner Methoden wie „Active Design-of-experiments“ (DOE) mit speziellen Testkomponenten für die Elektrifizierung, wie z. B. Batterie-Emulator und schneller elektrischer Leistungsanalyse, kann die Effizienz des Kalibrierungsprozesses deutlich gesteigert werden. Die auf diese Weise synchronisierten Messergebnisse erlauben eine hohe Wiederholgenauigkeit und machen die Effizienzmessung und Kalibrierung plausibel. Basis der kurzen Messzeiten ist ein Abtasten der Rohdaten mit einer Frequenz von zwei Megahertz und eine Online-Auswertung in synchronisierten Zeitfenstern.

Durch die Kombination aus optimierten Abläufen und aktiven DOE-Methoden lässt sich der Kalibrierprozess bis zu 60 verkürzen. Ebenso sind die Kalibrierergebnisse durch Mehrparameteroptimierung im gesamten Betriebsbereich besser rückverfolgbar.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit schafft Hochleistungsteams

Wenn man sicherstellt, dass sich die Simulationsmodelle verschiedener Komponenten und Systeme untereinander austauschen können und diese sogar zu einem virtuellen Gesamtfahrzeug kombiniert werden, lassen sich schon in der Konzeptphase systematische Designentscheidungen gegenüber kundenrelevanten Eigenschaften treffen. Ebenso kann man Simulationsmodelle und Prüfstände zusammenbringen, sodass sie zu einem Gesamtsystem bestehend aus Hardware und Software verschmelzen. Aus Prüfstandsicht bedeutet das eine Erweiterung der Testmöglichkeiten, weil fehlende reale Komponenten einfach durch virtuelle Modelle ersetzt werden können. Umgekehrt lässt sich aus Simulationssicht ein Modell durch eine reale Komponente austauschen, um z. B. die Modellierung zu verbessern. Und auch die Vernetzung verschiedener Prüfstände eines Testfelds untereinander ist möglich.

Aus Anwendern unterschiedlicher Disziplinen werden Hochleistungsteams, die gemeinsame Ziele effizient verfolgen, sich zu 100 Prozent auf funktionierende Strukturen verlassen können, sehr agil sind und sich flexibel auf neue Gegebenheiten einstellen können. Diesen Hochleistungsteams gelingt die optimale Synchronisation der Teammitglieder und ihrer Aufgaben. Das reibungslose Zusammenspiel von Teammitgliedern, Prozessen, und Werkzeugen ist hier der Schlüssel.

*Martin Reinbacher ist Business Development Manager Smart Calibration & Virtual Development und Rainer Schantl ist Project Manager Integrated and Open Development Platform. Beide arbeiten bei AVL List.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 45811334)