Modulares Plug-In Hybrid Konzept mit aktiver Drehschwingungsberuhigung

18 Pages·2014·1.62 MB·German

by  Maximilian Bier

Modulares Plug-In Hybrid Konzept mit aktiver
Drehschwingungsberuhigung
HdT-Tagung: Plug-In Hybride und Range-Extender
Bamberg 6. + 7. November 2013
Univ. Prof. Dr. C. Beidl
2- und 3-Zylinder
Univ. Prof. Dr. G. Hohenberg
Autoren:
 Prof. Dr.-Ing. Günter Hohenberg, IVD Prof. Hohenberg GmbH;
 Prof. Dr. techn. Christian Beidl, VKM, TU Darmstadt
 David Buch, VKM, TU Darmstadt
Übersicht elektrischer Antriebskonzepte
Mild
BEV
Hybrid E-Motor
z.B. VW Touareg, VKM z.B. Nissan Leaf,
Honda Insight Mitsubishi i-MiEV
„Ein E-Motor ist genug“
EV + RE
Full Hybrid
seriell
z.B. Toyota Prius z.B. A1 e-tron
EV + RE
PHEV
parallel
z.B. Toyota Prius z.B. VW twin drive,
PlugIn GM Volt Getrag
Opel
zwei E-Motoren Ampera
ein E-Motor Follower:
Batterie
EV – CEA • AVL e-Fusion (Eco-Mobility, Wien 2011)
• VW Jetta Hybrid (Zeitonline, Autobild
klein groß (2009)
Dezember 2012, MTZ 01|2013)
Elektr. Fahren • A3 e-tron (Auto Shanghai 2011)
• Getrag Range Extender 2.0 (2013)
• ZF (2013)
• Schäffler (2013)
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Das EV-CEA-Konzept
CEA-Konzept erstmalig vorgestellt in Wien 2011
„just one E-Motor“ Capri 2011
„Das Beste aus beiden Welten“ Wolfsburg 2012
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Betriebsmodi CEA (Capri 2011)
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Das Beste aus beiden Welten nutzen!
 elektrisch Anfahren (keine Anfahrkupplung notwendig, besseres NVH
bei Start/ Stopp)
 elektrisch Fahren bei niedrigen Geschwindigkeiten (Stadtverkehr)
 Lastpunktverschiebung P = P + P (paralleler/ serieller Betrieb
ges VKM E/G
kombiniert)
 Laden im Stillstand möglich (keine Ladestation, Stau)
 Q ersetzt Q
E-Motor Schwungrad
 E-Modul ist für alle Hybridvarianten einsetzbar

 aktive elektrische Drehschwingungsberuhigung möglich

optimale Nutzung durch Kenntnis von Strecke, Verkehr und
Witterung („Vernetztes Fahrzeug“)
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Trends in der Motorenentwicklung
 Kosten sind und bleiben das große Thema
 Voll / Plug-In-Hybride vorerst nur im Premiumsegment
 48V Eco Drive (Continental) in Volumensegment
 Mit Li-Ion Batterie (10 Ah Kapazität) ca. 13% CO2-Reduktion
 Zusätzliche Reduktion durch Downsizing + optimierte
Verbrennungsmotoren
2- und 3-Zylinder
Unruhiger Motorlauf
Downsizing +
im niedrigen
Downspeeding
Drehzahlbereich
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Problematik durch Downsizing
𝒄
𝒁𝑴𝑺
1 1 1
𝑛 = ∙ 𝒄 ∙ +
𝑘𝑟𝑖𝑡 𝒁𝑴𝑺
2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑂𝑟𝑑𝑛𝑢𝑛𝑔 𝑰 𝐼
𝑴𝒐𝒕𝒐𝒓 𝑇𝑟𝑖𝑒𝑏𝑠𝑡𝑟𝑎𝑛𝑔
𝐼
𝑰 𝑇𝑟𝑖𝑒𝑏𝑠𝑡𝑟𝑎𝑛𝑔
𝑴𝒐𝒕𝒐𝒓
ZMS weich genug + Pendel ?
 Start-/ Stop-Belastung
 Geräusch
 Gewicht und Kosten
 Verluste / Erwärmung
Mit Hybridisierung zusätzlicher
Freiheitsgrad „E-Motor“
aktive elektrische
Drehschwingungsberuhigung
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Modulares CEA Plug-In Hybrid Konzept
Tilger (hier ZMS) zwischen VKM und EM
CEA Module
Module Module Module Module
s
Engine salee Clutch E-MBo tor Gearbox
Mh
w
l
auyl PCU
DF
ICE E-M G
Tilger (hier ZMS) nach E-Motor
CEA Module
Module Module Module s Module
E-Motor sle
Engine Clutch ae Gearbox
B Mh
w
l
ay
PCU ul
DF
ICE E-M G
(CEA-Konzept veröffentlicht in Wien 2011)
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Spannungsfeld – Parameter der aktiven
Schwingungsberuhigung mit E-Motor
ohne/mit Aufladung
2 Zylinder 3 Zylinder
Aktive
Drehschwingungs-
beruhigung
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Übersicht:
Aktive Drehschwingungsberuhigungskonzepte
1. Vollständige Kompensation z.B. „ISAD“
(vor etwa 10 Jahren)
G
E-Motor
• Vollständige Beruhigung von Abtrieb und Motorlager
• Drehmoment und el. Verluste hoch (≈ 400 Nm, ≈ 4-8 kW)
2. Beruhigung nach passivem Tilger
G
E-Motor
• Reduktion der Abtriebsschwingungen um 80%
• Kein/ geringer Einfluss auf Motorlageranregung
• Drehmoment und el. Verluste gering (≈ 50 Nm, ≈ 0,2 kW)
• Mechan. Verluste in passivem Tilger ca. 0,2 kW
3. Beruhigung vor passivem Tilger
G
E-Motor
• Frequenzverdopplung und Red. der Abtriebsschwingungen
• Drehmoment und el. Verluste moderat (≈ 120 Nm, ≈ 0,4 kW)
• Verringerung der Motorlageranregung
• Keine mechan. Verluste durch Tilger
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