Simulation und Prüfung elektrischer Antriebsstränge

Elektrische Antriebsstränge unterscheiden sich von konventionellen Antriebssträngen auf Basis von Verbrennungsmotoren nicht nur in der Art der Antriebsmaschine, sondern typischerweise auch durch kompaktere Getriebe und generell veränderte Trägheits- und Steifigkeitsverhältnisse. Dies führt zu einem veränderten  Schwingverhalten des Antriebsstrangs. Im Gegensatz zu  konventionellen Antriebssträngen, liegen hierzu in der  Automobilindustrie bisher geringere Erfahrungen vor.

e-Generation: Schwingungen und Lasten in elektrischen Antriebssträngen.

Die Erhöhung der Reichweite durch niedrigen Energieverbrauch und die Senkung der Fertigungskosten, aber auch die Realisierung einer hohen Produktqualität für die Alltagstauglichkeit, waren die Hauptziele des BMBF-geförderten Projektes e-Generation. Sie sollten durch einen im Rahmen des Projektes entwickelten Fahrzeugprototypen dargestellt werden.

Schematische Darstellung der Simulation und Prüfung elektrischer Antriebsstränge.

MKS-Modell eines elektrischen Antriebsstrangs.

Geprüfter Antriebsstrang auf dem Prüfstand.

Simulation und HiL-Prüfung elektrischer Antriebsstränge

Das Fraunhofer LBF hat sich dabei im Wesentlichen auf die Simulation und die Prüfung der elektrischen Antriebsstränge fokussiert. Das Ziel bestand darin, Methoden und Werkzeuge für die Simulation und die experimentelle Prüfung von elektrischen Antriebssträngen zu entwickeln, um das Schwingverhalten und die resultierenden Betriebslasten zu untersuchen.

In der ersten Phase des Projekts konzentrierte sich das Fraunhofer LBF auf einfache Konzeptmodelle, die den Hauptfreiheitsgrad der Rotation des Antriebsstrangs berücksichtigten. Diese 0D-1D dynamischen Modelle, die in Simscape und LMS Amesim aufgebaut wurden, repräsentieren die  Torsionskette vom Motor zu den Rädern und die longitudinale  Fahrzeugdynamik, wobei die für den niedrigen Frequenzbereich  wesentlichen Elemente, wie der Reifen und die Seitenwellen, als flexible Komponenten simuliert werden.

Parallel zur Entwicklung der Antriebsstränge während der Projektlaufzeit wurde die Komplexität und der Detaillierungsgrad der Modellierung erhöht, um zusätzliche Effekte mit aufzunehmen. Mit den aufgebauten  Mehrkörpersimulationsmodellen der Systeme wurde im finalen Stand die Dynamik des kompletten Antriebsstrangs inklusive der Bewegung der Aggregatlagerung in allen sechs Freiheitsgraden simuliert. Die entwickelten Modelle wurden zur Ermittlung und Analyse der Schwingungsphänomene und der resultierenden Lasten eingesetzt. Typische Manöver, wie Tip-in, Tip-out und ABSBremsungen, wurden zu diesem Zweck simuliert.

Schwingungen und Lasten in elektrischen Antriebssträngen

"Das Fraunhofer LBF kann die
Entwicklungskette für elektrische
Antriebsstränge von der
dynamischen Simulation bis
zur HiL-Prüfung darstellen."

PhD Riccardo Bartolozzi, Fraunhofer LBF