Das Projekt "Simulation des Wärmetransportes in Verbrennungsmotoren zur Reduzierung der Reibung und der CO2-Emissionen unter Warmlaufbedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Magdeburg, Institut für Strömungstechnik und Thermodynamik durchgeführt. Die endlichen Vorräte fossiler Energien erfordern einen effizienten Umgang mit ihnen. Dies zwingt auch zu einer weiteren Optimierung konventioneller Verbrennungsmotoren und zur Entwicklung neuer Antriebskonzepte mit dem Ziel, den Kraftstoffverbrauch zu senken und damit auch einen verminderten CO2 - Ausstoß. Dieses Ziel verfolgen die Motorenentwickler durch Verbesserung der Gemischbildung und Brennverfahren sowie der Reduzierung der Reibungsverluste und des Leistungsbedarfs der Nebenaggregate seit vielen Jahren erfolgreich. Hinzu kommen heute Downsizing - Auslegungen sowie Fahrzeugkonzepte, die einerseits den Verbrennungsmotor nach wie vor ausschließlich und unmittelbar für den Antrieb nutzen als auch indirekt zur Erzeugung elektrischer Energie für hybride Antriebe verwenden. Diese neuen Konzepte haben Veränderungen des Thermomanagements zur Folge, die sowohl Wärmeströme und Flussrichtungen im Fahrzeugmotor beeinflussen als auch Baugruppen wie die Kühlaggregate im Gesamtfahrzeug. Aber auch bei den weiterentwickelten Verbrennungsmotoren für den direkten Standardantrieb ergeben sich Verbrauchs - Einsparpotenziale durch örtlich und zeitlich gezielt geführte Wärmeströme zu den Reibstellen des Motors, die besonders unter Warmlaufbedingungen von Bedeutung sind. Das beantragte Forschungsvorhaben soll einen Beitrag zur Reibungsverminderung und damit zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauches und der CO2 - Emission während des Warmlaufes nach einem Kaltstart, dem Warmlauf nach einem Warmstart und der Lastwechselphasen durch eine optimale Steuerung des Wärmeflusses zu 'verbrauchskritischen' Lagerstellen des Motors liefern. Aus stationären Messungen ist z.B. bekannt, dass der Reibmitteldruck bei Erhöhung der Öltemperatur von 20 ºC auf ca. 90 ºC um etwa 50Prozent reduziert werden kann. Nach Schwaderlapp bietet die Motorreibung ein hohes Verbrauchssenkungspotenzial von über 12Prozent. Um bereits in der Konstruktionsphase den zeitlich veränderlichen Wärmefluss abschätzen und gezielt beeinflussen zu können, wird ein geeignetes Simulationsmodell erstellt, das durch Messungen an einem 4-Zylinder Motor verifiziert wird und das sich durch eine gute Übertragbarkeit auszeichnet. Die diesbezügliche Methodenentwicklung ist wesentlicher Bestandteil des Projektes.
Das Projekt "Teilvorhaben: Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Mercedes-Benz Group AG durchgeführt. Die Reichweite von Elektrofahrzeugen ist ein Schlüsselfaktor für deren Attraktivität. Im Verbundprojekt 'Ganzheitliches Thermomanagement im E-Fahrzeug (GaTE)' erarbeiten die Partnerunternehmen gemeinsam ein optimiertes Thermomanagement für Elektrofahrzeuge, das den elektrischen Energiebedarf für die Fahrzeugklimatisierung und die Temperierung der Komponenten des Antriebs gegenüber heutigen Lösungen minimieren soll. Damit lassen sich die Reichweiten insbesondere bei kalten Außentemperaturen erheblich steigern. Die Entwicklung eines effizienten Kühl- und Klimasystems baut in GaTE auf der Untersuchung einer Kühlmittel-Wärmepumpe mit optimiertem Ventilkonzept auf. Somit wird eine zuverlässige, kostengünstige und energieeffiziente Klimatisierung des Passagierraums ermöglicht. Durch u.a. die Erhöhung des Umluftanteils im Fahrzeug reduziert sich der Energiebedarf des Systems. Die daraus resultierende erhöhte Beschlagsneigung im Innenraum detektiert ein neuartiger Beschlagssensor. Die Einbindung der neuen Kabinensensorik vervollständigt ein ganzheitliches Thermomanagement von Elektrofahrzeugen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Simulation und Werkzeugkette" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TLK-Thermo GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Forschungsprojekts soll ein ganzheitliches, modellbasiertes Regelungs- und Steuerungskonzept für das Thermomanagement eines Elektrofahrzeugs erforscht werden. Als Kernkomponente für das Thermomanagement wird eine umschaltbare Wärmepumpe gesehen. Erstes Ziel ist daher die Identifikation eines geeigneten Wärmepumpensystems. Weiteres Ziel ist die Erarbeitung eines Software- Werkzeugs zur möglichst automatisierten Umwandlung bestehender Modelle in echtzeitfähige Modelle. Darüber hinaus soll eine Werkzeugkette generiert werden, die eine Model-in-the-Loop Simulation mit Regler und Regelstrecke ermöglicht. Abschließendes Ziel ist der Aufbau eines Demonstrators, um die Potentiale des Wärmepumpen- und der Regelungssysteme darstellen zu können. Über Systemsimulationen, die auf eine bestehende Modellbibliothek aufbauen, wird das erfolgversprechendste Wärmepumpenkonzept ermittelt. Bei der Erarbeitung des Umwandlungswerkzeugs für bestehende Modelle werden insbesondere z.B. Lösungen für Modellunstetigkeiten erarbeitet. Zum virtuellen Testen der erstellten Modelle wird die Werkzeugkette für Model-in-the-Loop-Simulationen herangezogen. Für das Testen der Regelungsmethoden am Demonstrator werden fehlende Hardwarekomponenten virtuell abgebildet. Ausgehend von den ersten Ergebnissen der virtuellen Tests und des Demonstrators können die numerischen Eigenschaften der erstellten Wärmepumpenmodelle verbessert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Gesamtkonzept und Demonstrator Fahrzeug" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ford Forschungszentrum Aachen GmbH durchgeführt. Im Teilvorhaben 'Gesamtfahrzeug' sollen die fahrzeugrelevanten Anforderungen in Abstimmung mit den Möglichkeiten der Komponentenspezifikation festgelegt werden. Diese umfassen Anforderungen an die Karosserie, das Fahrwerk, den Antrieb, E/E Anforderungen und Gewichte. Mit erfolgter Integration der E/E Systeme und Kommunikationsschnittstellen, des angepassten Reibungsbremssystems und Radnabenantriebs in ein Demonstrator-Fahrzeug sollen kritisch-relevante Testfälle erprobt und evaluiert werden. Das Ford Teilvorhaben umfasst die Anforderungsentwicklung für das Gesamtkonzept, die Erarbeitung der FMEA und der GuR für das Gesamtsystem. Weiterhin umfasst der Arbeitsplan die Unterstützung der Entwicklung des Radnabenantriebs und der alternativen Energiesenke hinsichtlich der Abstimmung der Schnittstellen, der konstruktiven Gestaltung, der Definition der Betriebsstrategie und der Einbindung in den Versuchsträger. Ford übernimmt die Verantwortung für den Aufbau und Inbetriebnahme des Versuchsträgers sowie die Planung, Durchführung und Auswertung der umfangreichen Fahrzeugerprobung.
Das Projekt "Teilvorhaben: Sicherheitskonzept und Steuergerät" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung durchgeführt. Das Teilvorhaben 'Fehlertoleranz und Funktionssicherheit' verfolgt das Ziel, das elektrische Antriebssystem so weiterzuentwickeln, dass es die Funktion der Betriebsbremse an der Hinterachse eines Elektrofahrzeugs übernehmen kann. Der Antrieb soll hierfür die von Gesetzgeber und Fahrzeugherstellern vorgegeben Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Funktionssicherheit und Leistungsanforderungen erfüllen. Im AP1 werden zunächst die Anforderungen ermittelt, die das elektrische Antriebssystem erfüllen muss, um als Betriebsbremse an der Hinterachse verwendet werden zu können. Es wird in Zusammenarbeit mit allen Projektpartnern ein Gesamtsystemkonzept erarbeitet, für das eine Gefahren- und Risikoanalyse und eine FMEA durchgeführt werden. Basierend hierauf werden Sicherheitsziele für den Radnabenantrieb definiert. Im AP2 wird ein Sicherheitskonzept auf Basis einer fehlertoleranten elektrischen Maschine und eines entsprechenden Umrichters entwickelt und in Zusammenarbeit mit dem Projektpartner Schaeffler AG in einen Radnabenantrieb integriert. Für den Umrichter wird ein funktionssicheres Steuergerät aufgebaut und es wird eine zugehörige Software entwickelt, in die das entwickelte Sicherheitskonzept integriert wird. Abschließend werden im AP4 die Prototypen des fehlertoleranten und funktionssicheren Radnabenantriebs in einem Demonstratorfahrzeug integriert und im AP5 auf einem Prüfgelände erprobt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Leistungselektronik und Fehlerdiagnose" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik durchgeführt. Elektrofahrzeuge mit Radnabenantrieb bieten die erstmalige Chance, vollständig ohne ein mechanisches Reibungsbremssystem auszukommen. Dies liegt darin begründet, dass sie die Ansteuerung des Einzelrads erlauben, was Voraussetzung für zulassungsrelevante Fahrdynamikregelsysteme wie ESP ist. Das Projektziel von RaBBiT ist daher die Entwicklung eines fehlertoleranten und funktional sicheren elektrischen Antriebsstranges inkl. alternativer Energiesenke, der den gesetzlichen Zulassungsbestimmungen und den strengen Anforderungen der Fahrzeughersteller genügt, die sich durch den Verzicht auf die mechanische Bremse an der Hinterachse ergeben und der gleichzeitig eine vollständige elektrische und thermische Nutzung der beim Bremsen anfallenden Energie ermöglicht. Im Rahmen dieses Teilvorhabens stehen die Entwicklung und der Aufbau einer fehlertoleranten und funktional sicheren Leistungselektronik und die Entwicklung und die Implementierung von softwarebasierten, sensorgestützten Fehlerdiagnose- und behandlungsverfahren im Vordergrund. Zum Erreichen der Projektziele werden die benötigten Einzelkomponenten entwickelt, aufgebaut und in ein Demonstratorfahrzeug integriert. Zunächst werden dazu in diesem Teilvorhaben die Anforderungen an die Leistungselektronik und an das Fehlerdiagnosesystem ermittelt. Die Konzepte und Algorithmen bzw. die Schaltungen und Bauteildimensionierungen dieser Komponenten werden anschließend mit Hilfe von Simulationsmodellen entwickelt und untersucht, um zu gewährleisten, dass die Komponenten den Anforderungen gerecht werden. Die Leistungselektronik wird vierfach prototypisch aufgebaut und das Fehlerdiagnosesystem in die Antriebsregelung implementiert. Die Komponenten werden zusammen mit den anderen Komponenten des Antriebssystems auf einem Prüfstand getestet. Abschließend werden die Komponenten im Demonstratorfahrzeug erprobt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Bedarfsgerechte Auslegung elektrischer und thermischer Systeme im Hochleistungs-Elektrofahrzeug" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von FKFS Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart durchgeführt. 1. Vorhabenbeschreibung Im Rahmen des Teilvorhabens soll die in der Gesamtvorhabensbeschreibung genannte Zielsetzung der übergreifenden Gesamtsystemoptimierung in den Teilgebieten Bordnetz und Thermomanagement adressiert werden. Innerhalb des Teilprojekts 1 (Elektrik/Elektronik) wird eine bedarfsgerechte Auslegung des elektrischen Energiebordnetzes unter Berücksichtigung spezifischer Anwendungsszenarien durchgeführt. Im Teilprojekt 4 (Thermomanagement) soll eine Modellbildung der relevanten Komponenten innerhalb einer Systemsimulationsumgebung des Fahrzeugs erfolgen. Durch den Aufbau eines Kühlsystem-Prototyps soll sichergestellt werden, dass die Systemsimulation verlässliche Ergebnisse liefert. Die Wärmeabfuhr der Komponenten soll optimiert und der Leistungsbedarf des Kühlsystems unter simulativer Betrachtung der relevanten Fahrzustände damit reduziert werden. Vgl. Teilvorhabensbeschreibung. 2. Arbeitsplanung Im Teilprojekt 1 wird das Ladeverhalten sowie der Leistungsbedarf im Bordnetz durch eine Nutzer- und Probandenstudie für verschiedene Anwendungsszenarien ermittelt. Die Ergebnisse werden auf das E-volution-Zielfahrzeug projiziert. Nach einem Entwurf möglicher Bordnetztopologien erfolgt die Identifikation der optimalen Variante unter Berücksichtigung der Belastung für die einzelnen Komponenten und eine Bewertung ihrer funktionalen Sicherheit. Im Teilprojekt 4 erfolgt zunächst die Festlegung einer bedarfsgerechten Kühlsystemtopologie. Darauf aufbauend wird eine 1D-Gesamtfahrzeugsimulationsumgebung unter Einbeziehung thermischer Modelle der relevanten Komponenten erstellt. Zur Verifizierung der Hydrauliksimulationen wird ein Kühlsystem-Demonstrator aufgebaut, vermessen und mit den Simulationsergebnissen abgeglichen. Die Optimierung der Wärmeabfuhr aus den elektrischen Komponenten erfolgt sowohl eindimensional als auch dreidimensional. Hierfür werden die wärmeübertragenden Flächen der Komponenten durch mittels CFD Simulationen und Experimenten optimiert.
Das Projekt "Teilprojekt B: Regelbare Wasserpumpen mit elektromagnetischen und elektromotorischen Direktantrieben für die Automobilindustrie - Wachstumskern VERDIAN" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Geräte- und Pumpenbau GmbH Dr. Eugen Schmidt durchgeführt. GPM GmbH Merbelsrod will zu einem Systemanbieter für kompakte regelbare Pumpen mit Steuerelektronik für die Automobilindustrie werden. Dazu sollen neue Lösungen im Automotivbereich durch optimiert regelbare Wasserpumpen für Thermomanagementaufgaben mit dem Ziel der Kraftstoffeinsparung und Erfüllung von Umweltschutzrichtlinien gefunden werden. - Regelung mechanisch angetriebener Wasserpumpen mit Hilfe magnetischer Verstellglieder innerhalb der Wasserpumpe zur Darstellung variabler Kühlwasservolumenströme. Erhöhung der Verstellwege der Verstellglieder durch spezielle Ansteuerung. Regelung mechanisch angetriebener Wasserpumpen über eine geregelte neuartige Magnetkupplung. Integration der zugehörigen Steuerungselektroniken. Aufbau zweier Prüfstände zur Prüfung der jeweiligen Schalt-/Regelfunktion der Pumpen. Durchführung theoretischer und experimenteller Untersuchungen. Bis zum Jahr 2015 werden ca. 25 Prozent der produzierten Fahrzeuge mit einer regelbaren Wasserpumpe ausgestattet sein, dort gehen unsere Entwicklungen ein. Auch für alternative Antriebssysteme (Brennstoffzellen, Hybridantriebe) sind sie direkt einsetzbar.
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