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Automotive - Optimierung hybrid-hydraulischer Antriebe

Projektbeschreibung

Umweltverschmutzung und die Einflüsse der Menschheit auf die Umwelt sind derzeit viel diskutierte Themen. Der Spritverbrauch und die Abgase von Personen- und Lastkraftwagen stehen dabei häufig im Vordergrund der Diskussion. Einerseits liegt es im Interesse der Allgemeinheit, die umweltschädliche Produktion von Abgasen und die Kosten, die dem Fahrer durch Spritverbrauch verursacht werden, zu reduzieren. Andererseits ist es aus vielen Gründen nicht sinnvoll oder gar nicht möglich, den Verbrennungsmotor als Hauptantriebselement zu ersetzen - die Leistung, Reichweite, Autonomie, Robustheit und Effizienz moderner Verbrennungsmotoren wird bisher durch kein anderes Antriebssystem erreicht.

Hydraulische (oder elektrische) Hybridfahrzeuge sind ein vielversprechendes Konzept, bei dem der Verbrennungsmotor mit einem zweiten Energiespeicher- und Antriebssystem kombiniert wird. Verschiedene Antriebsstrangkonfigurationen zur Kombination der beiden Leistungszweige wurden bereits praxistauglich entwickelt. Mit einem Hybridfahrzeug kann der zur Verfügung stehende Kraftstoff (DieParallel-Hybrid-Antriebsstrangsel oder Benzin) deutlich effizienter genutzt werden, indem zum Beispiel bei gleicher Anfahrleistung ein kleinerer Verbrennungsmotor verwendet wird und dieser in verlustärmeren Betriebspunkten betrieben werden kann. Zusätzlich kann solch ein System genutzt werden, um ansonsten als Wärme an die Luft abgegebene Bremsenergie zwischenzuspeichern und wiederzuverwenden oder um den Motor im Stillstand ab- und bei Bedarf wieder anzuschalten.

In diesem Forschungsprojekt werden Verfahren der modellbasierten Optimierung angewendet, um die Konfiguration des Antriebsstranges und die Betriebsstrategie für hydraulische Hybridfahrzeuganwendungen zu verbessern. Dabei liegen die Schwerpunkte auf der physikalischen Modellierung des Antriebsstranges (von der Energiequelle bis zur Straße), der Modellparameteridentifikation, dem Entwurf von Zustands- und Störgrößenbeobachterverfahren, und der Entwicklung einer optimierungsbasierten Steuer- und Regelungsstrategie. Besonders in Bezug auf den letzten Punkt steht die echtzeitfähige Implementierung von Optimalsteuerungsalgorithmen im Vordergrund der Forschung.

Im Rahmen des Projektes wird zuerst eine Strategie zur Modellierung und Identifikation eines Dieselmotors als primären Fahrzeugantrieb entwickelt, wozu nur Messdaten verwendet werden, die typischerweise an Bord eines modernen Nutzfahrzeuges zur Verfügung stehen. Das Motormodell wird im Gesamtfahrzeugmodell zur Simulation der Fahrzeuglängsdynamik verwendet. Basierend auf dem Fahrzeugmodell können Beobachterstrategien zur Schätzung der Fahrzeuglast während der Fahrt entwickelt werden. Die Dynamik des hydraulischen Antriebsteilsystems wird in das Modell integriert, wobei besonders das Verhalten von Pumpen, Motoren, Ventilen und Speichern abgebildet wird. Mit dem resultierenden Modellgleichungen werden optimale Steuer- und Regelstrategien für den Antriebsstrang entwickelt, die zur Reduzierung von Antriebsstrangschwingungen, zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz oder zur Erhöhung des Fahrkomforts eingesetzt werden können. Um diese Ziele zu erreichen werden neueste Forschungsergebnisse aus den Bereichen modellprädiktive Regelung, flachheitsbasierte Systeminversion und Trajektoriengenerierung untersucht und angewandt.

Offene Themen

Interessierte Studenten sind jederzeit willkommen (siehe Kontakt unten) - verschiedene projektbezogene Arbeitsthemen sind nach Absprache immer möglich.

Partner

Logo Bosch Rexroth AG Dieses Forschungsprojekt ist Teil einer Industriekooperation mit Bosch Rexroth - The Drive & Control Company, einem Technologie- und Marktführer im Bereich Industrie- und Mobilhydraulik.

Kontakt

Dipl.-Ing./M.Sc. Frank Bender