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TITELTHEMA EL EK TROMOBILITÄT
DAS VERNETZTE
HYBRIDKONZEPT FÜR
SPORTFAHRZEUGE
Die Bosch Engineering GmbH hat einen Sportwagen mit V12-Verbrennungsmotor und manuellem
Sechsganggetriebe zu einem Fahrzeug mit Axle-Split-Hybridantrieb umgebaut. Damit zeigt die
Bosch-Tochter das Potenzial der Elektrifizierung, um mit domänenübergreifendem Systemwissen
Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen zu reduzieren, Fahrdynamik und Leistung zu verbessern
und die Individualisierungsmöglichkeiten speziell im Sportwagensegment zu vergrößern.
10
MOTIVATION
AUTOREN
Die aktuell verabschiedeten Emissionsgrenzwerte für die Jahre
2015 und 2020 erfordern ambitionierte technische Fortschritte,
um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Dies betrifft Fahrzeuge der Mittel- und Oberklasse ebenso wie Sportwagen. Um
die Flottenemissionen entsprechend der festgelegten Zielvorgaben dauerhaft zu reduzieren, stehen tragfähige Systemlösungen
im Fokus der Entwicklung moderner Fahrzeuge. ➊ zeigt die
gewichtsbezogenen CO2-Emissionen der Sportwagen mit Benzinund Hybridantrieb, die aktuell auf dem europäischen Markt
angeboten werden, sowie die Emissionszielwerte für die Jahre
2015 und 2020. Zur Annäherung an die Grenzwerte setzen
Sportwagenhersteller bereits klassische Maßnahmen zur motorischen CO2-Reduzierung ein. Dazu gehören beispielsweise
Downsizing des Hubvolumens von Verbrennungsmotoren, Entdrosseln (Dethrottling) sowie Zylinderabschaltung. Fahrzeuge
im Sportwagensegment werden jedoch die Emissionsgrenzwerte der kommenden Jahre allein durch verbrennungsmotorische Maßnahmen nicht erreichen.
Neben der Kombination mit außermotorischen Maßnahmen
bietet die Elektrifizierung des Antriebsstrangs das Potenzial,
künftige CO2-Emissionsgrenzwerte dauerhaft zu unterschreiten. Welche Vorteile die Elektrifizierung von leistungsstarken
Sportwagen in den Bereichen Kraftstoff- und CO2-Einsparung,
Fahrdynamiksteigerung, innovative HMI-Konzepte und Personalisierung von Fahrfunktionen mit sich bringt, demonstriert
die Bosch Engineering GmbH mit einem Hybrid-Konzeptfahrzeug. Das Fahrzeug wurde durch die Bosch-Tochter in wenigen
Monaten von einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor und
manuellem Sechsganggetriebe zu einem Fahrzeug mit AxleSplit-Hybridantrieb umgebaut.
Dafür wurden 30 neue Komponenten in den Domänen Antrieb,
Fahrdynamik, Body und Multimedia in das Fahrzeug eingebaut,
untereinander und mit den Systemen des Basisfahrzeugs vernetzt, und neue Fahrfunktionen entwickelt. Das Vernetzungskonzept und die neuen Funktionen können in späteren Serienprojekten an die Markenkonzepte verschiedener Hersteller und
ihre Anforderungen an Fahrverhalten, Komfort und Dynamik
ihrer Fahrzeuge angepasst werden.
GABRIELE PIERACCINI
ist Projektleiter Hybridsysteme bei der
Bosch Engineering GmbH in Abstatt.
BODO BECKER
ist Projektleiter Prototypen
und Demonstratoren bei der Bosch
Engineering GmbH in Holzkirchen.
GÜNTHER VOGT
ist Experte für Sonderkonstruktionen
bei der Bosch Management Support
GmbH in Leonberg.
600
CO2-Emissionen [g/km]
500
400
300
Sportwagen
200
Sportwagen mit
Hybridantrieb
100
CO2-Grenzwert 2015
CO2-Grenzwert 2020
0
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
Leergewicht [kg]
➊ CO2-Emissionswerte von Sportwagen
11I2014
116. Jahrgang
11
TITELTHEMA EL EK TROMOBILITÄT
➋ Topologie des Antriebsstrangs
HYBRIDKONZEPT
Erfolgsfaktoren bei der Entwicklung
hochmotorisierter Sportwagen sind Leistung, Effizienz und Fahrdynamik. Bei
einer Elektrifizierung des Antriebsstrangs
dürfen in diesen Bereichen nicht nur
keine Kompromisse gemacht werden,
sondern es ist für die Kundenakzeptanz
wichtig, sie durch ein geeignetes Hybridkonzept weiter zu verbessern. Weiterhin
soll ein Hybridantrieb die Fahrzeughersteller unterstützen, die Fahrcharakteristik
ihrer meist hinterradgetriebenen Sportwagen in hohem Maße markenspezifisch
abzustimmen. Um diese Anforderungen
zu erfüllen, wurde der konventionelle
Antriebsstrang eines Aston Martin DB9
zu einem Axle-Split-Hybridantrieb mit
zwei radindividuellen Elektromotoren
(Typ SMG 180/120 von Bosch) an der
Vorderachse umgebaut, ➋. Ein genereller
Vorteil dieser Topologie ist, dass die erforderlichen Hybridkomponenten einfacher
in bestehende Antriebsarchitekturen mit
konventionellem Verbrennungsmotor
integriert werden können. Die Fahrzeuge
müssen dafür nicht von Grund auf neu
entwickelt werden. Durch einen radindividuellen Einbau von zwei Elektromotoren an der Vorderachse werden weiterhin
zusätzliche fahrdynamische Funktionen
ermöglicht, wie Torque Vectoring, eine
integrierte Fahrdynamikregelung und ein
temporärer Allradantrieb. Das Konzept-
12
fahrzeug wurde zusätzlich mit einem
dritten Elektromotor (Typ SMG 138/80
von Bosch) am Antriebsriemen ausgestattet, der sowohl die Lenkhilfeunterstützung als auch die Klimatisierung
durch Antreiben des Riementriebs am
Verbrennungsmotor sicherstellt. Beide
wurden unverändert aus dem Basisfahrzeug übernommen. Der dritte Elektromotor kann in Verbindung mit einer eigens
entwickelten Freilaufkupplung an der
Kurbelwelle auch generatorisch betrieben
werden und versorgt über einen zwischengeschalteten Gleichstrom-Gleichstrom
(DC/DC)-Wandler das 12-V-Bordnetz.
Zentrale Schnittstellen zwischen den
Elektromotoren und der Hochvolt-Batterie sind drei Leistungselektroniken vom
Typ Invcon 2.3 von Bosch.
DOMÄNENÜBERGREIFENDE
FAHRZEUGENTWICKLUNG
Alle zusätzlich in das Konzeptfahrzeug
eingebauten Komponenten mit ihrer Verkabelung verursachen ein Mehrgewicht
gegenüber seiner Basisvariante in Höhe
von lediglich 280 kg. Die Herausforderung bei der Konvertierung des Antriebsstrangs war demnach, die CO2-Grenzwerte trotz zusätzlichem Gewicht einzuhalten und gleichzeitig die Leistung zu
verbessern. Denn obwohl die Antriebsleistung um 169 kW erhöht wurde und
die Hybridisierung ein hohes Dreh-
moment ermöglicht, bestimmen das
Mehrgewicht sowie die Änderung von
Schwerpunkt und Federungseigenschaften das fahrdynamische Verhalten des
Fahrzeugs. Daher wurde bereits zu
Beginn der Fahrzeugentwicklung eine
domänenübergreifende Systemauslegung
durchgeführt, um die Abhängigkeiten
und Interaktionen der Domänen Antrieb
und Fahrdynamik mit ihren jeweiligen
Subsystemen im Fahrzeug zu betrachten.
Für die Systemauslegung mittels Simulation hat Bosch Engineering eine Softwareplattform entwickelt, die einen schnellen
und effizienten Vergleich verschiedener
Antriebsstrang-Topologien im Hinblick
auf Kraftstoffverbrauch, CO2-Emissionen
sowie die grundsätzliche längsdynamische Performance ermöglicht. Um die
fahrdynamischen Eigenschaften mit einzubeziehen, wurde die Simulationsplattform mit entsprechenden Teilmodellen
erweitert, ➌. Weiterhin betrachtet die
Fahrzeugsimulation das thermische Verhalten der Antriebskomponenten und
bezieht beispielsweise die thermische
Verlustleistung der Energiespeicher mit
ein. Mit dem Einsatz der domänenübergreifenden Simulation ließen sich unter
Berücksichtigung der Querdynamikeigenschaften die Grenzen der Fahrdynamik
auf einem definierten Streckenprofil simulieren und im direkten Vergleich zum
Serienfahrzeug aufzeigen und bewerten
[1]. Die Ergebnisse zeigen beim Hybrid-
Steuerung
Lastprofile der
Komponenten
Ascet
Matlab/
Simulink
Antriebsstrang
GT-Suite
Matlab/
Simulink
Integrationsplattform
Fahrzeugsystemsimulation
Nachbearbeitung
der Ergebnisse
Matlab/Simulink
Fahrdynamik
Abgleich mit
Kundenanforderung
CarMaker
CarSim
Fahrzeug- und Komponentenkonfiguration
basierend auf validierten Bibliotheken
Simulation und Konzeptverifizierung
➌ Simulationsplattform
Konzeptfahrzeug eine Reduzierung des
Kraftstoffverbrauchs um 50 % gegenüber
dem konventionellen Antrieb. Gleichzeitig
konnte die Fahrzeugperformance gemessen an der Beschleunigungszeit deutlich
verbessert werden, ➍. Erste Validierungsergebnisse bestätigen die in der Simulation ermittelten Werte: Testfahrten zeigten eine um 21 % verkürzte Beschleunigungszeit von 0 auf 100 km/h und der
Zeitbedarf bis 200 km/h war 19 % kürzer. Weitere Ergebnisse folgen. Diese
Werte können abhängig von der Kapazität der eingebauten Batterie, der Rekuperationleistung sowie der Betriebsstrategie variieren.
MECHANISCHE INTEGRATION
Die mechanische Integration der 30
neuen Komponenten im Fahrzeug wurde
bei Bosch Engineering am Standort
Holzkirchen bei München vorgenommen. Die Ingenieure und Entwickler
konvertierten den Antriebsstrang durch
den Einbau der radindividuellen
Antriebe an der Vorderachse sowie des
dritten Elektromotors am Antriebsriemen.
Dafür wurden sowohl verfügbare BoschKomponenten, Bauteile von Drittanbietern sowie neue, selbstentwickelte Komponenten zu einem Gesamtsystem integriert. Von Bosch stammen alle drei
Elektromotoren des Fahrzeugs sowie die
Leistungselektroniken. Die am Markt
11I2014
116. Jahrgang
verfügbaren Serienkomponenten von
Drittanbietern sind das Ladegerät, Ladestecker sowie die Stromversorgungseinheit (Power Distribution Unit, PDU). Die
Hochvolt-Batterie eines Drittanbieters
wurde gemäß Spezifikationsvorgabe prototypisch entwickelt und aufgebaut. Für
die Kraftübertragung der beiden Antriebswellen zu den Vorderrädern entwickelte
Bosch Engineering eine angepasste
Federbeingeometrie und stellte sie prototypisch dar. Ein ebenfalls neu entwickeltes Getriebe mit Trennkupplung sorgt für
die Integration der Antriebsstrangkomponenten in das Basisfahrzeug. Es ver-
bindet die Elektromotoren der beiden
Vorderräder jeweils mit einem Übersetzungsverhältnis von 1 : 6 und einer bauraumbedingten Umlenkung um 90°. Bei
der Getriebeentwicklung und -integration war der knappe zur Verfügung stehende Bauraum innerhalb der unveränderten Karosserie des Basisfahrzeugs die
größte Herausforderung für die Entwickler. Dafür modifizierten sie im Motorraum beispielsweise die Längsträger,
veränderten die Lage des Motors, der
Fahrschemel und weiterer Komponenten,
wie der Lenkung, und fertigten neue
Bauteile für den Anbau. Für die elektrischen Antriebskomponenten entwickelte
die Bosch-Tochter einen autarken Kühlkreislauf und ein weiteres eigenständiges
Kühlsystem für die Hochvolt-Batterie.
Letztere wurde an Stelle des Kraftstofftanks in das Konzeptfahrzeug eingebaut
und auch für das Tanksystem mit seinen
Pumpen, Schläuchen, Niveaugebern
sowie der Entlüftung wurde eine prototypische Lösung realisiert, ➎ [2].
Über die Antriebsstrangkonvertierung
hinaus, integrierten die Entwickler in
Holzkirchen zudem die Komponenten
des neuen HMI- und Bedienkonzept mit
7-Zoll-Head-Unit, 12-Zoll-Kombiinstrument mit Vollgrafikdisplay und 10-ZollTablet-PC. Dazu gehört ebenfalls die
Steuergeräte- und Vernetzungsarchitektur hinter der Benutzeroberfläche.
Im Bereich Fahrdynamik wurde das
bestehende Bremssystem des Basisfahrzeug gegen ein ESP-System von Bosch
ausgetauscht, um – kombiniert mit den
radindividuellen Antrieben an der Vorderachse – neue Torque-Vectoring-Funk-
Beschleunigung [0 auf 100 km/h]
in Bezug zum Fahrzeuggewicht [%]
Reduzierung CO2-Emissionen und
Kraftstoffverbrauch (ECE R101) in
Bezug zum Fahrzeuggewicht [%]
+20
+17
120
+17
100
80
60
-50
40
CO2-Emissionen und
Kraftstoffverbrauch
20
Beschleunigung
Fahrzeuggewicht
0
Basisfahrzeug
HybridKonzeptfahrzeug
Basisfahrzeug
HybridKonzeptfahrzeug
➍ Simulationsergebnisse
13
TITELTHEMA EL EK TROMOBILITÄT
➎ Mechanische Integration
tionen sowie eine integrierte Fahrdynamik reglung zu realisieren.
Um eine Umbauzeit des Konzeptfahrzeugs von nur zehn Monate zu realisieren, arbeiteten insgesamt 75 Entwickler
und Ingenieure in einem SimultaneousEngineering-Team an zwei Standorten.
BETRIEBSSTRATEGIE UND
MODULARE HYBRIDPLATTFORM
Die Betriebsstrategie des Konzeptfahrzeugs wurde mit zahlreichen unterschiedlichen Fahrmodi entwickelt, um
Kundenwünschen nach einer möglichst
hohen Fahrzeugpersonalisierung gerecht
zu werden. Neben Modi für rein verbrennungsmotorisches und rein elektrisches
Fahren, sind zahlreiche Mischformen
möglich. Der Standard-Hybridmodus
„Hybrid Eco“ betreibt das Fahrzeug effizient und kraftstoffverbrauchsschonend.
Im Modus „Hybrid Sport“ wird die Verteilung des Antriebsmoments hingegen
sportlich und agil ausgelegt. Der Verbrennungsmotor ist dabei zu jeder Zeit
aktiv und die elektrische Boost-Funktion wird beispielsweise beim Überholen
und Anfahren unterstützend eingesetzt.
Der Modus „Hybrid Race” zielt auf die
Anwendung auf geschlossenen Rundstrecken. Liegt zu den bekannten Informationen wie Fahrzeugmodell, Batterieladezustand, Rekuperationspotenzial
und Leistung der Elektromotoren auch
die Streckenführung vor, errechnet die
Betriebsstrategie eine optimale BoostStrategie für möglichst schnelle Rundenzeiten. Der Hybridmodus „Custom“
14
erlaubt es dem Fahrer, seine persönliche
Wunschausprägung aller individualisierbaren Eigenschaften zusammenzustellen. Der Fahrer kann diese Einstellung
abspeichern und jederzeit abrufen.
Zusätzlich verfügt das Konzeptfahrzeug über verschiedene Funktionen, mit
denen der Fahrer das Fahrverhalten individualisieren und an seine persönlichen
Wünsche anpassen kann. Dazu gehört
die Möglichkeit, den Rekuperationsgrad
individuell einzustellen, sobald der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal nimmt. Dafür
ist im Fahrzeug ein aktives Fahrpedal
mit dynamischer Kraftrückwirkung eingebaut. Dabei erzeugt ein Elektromotor
eine Widerstandskraft gegen den Fuß des
Fahrers. Bei rein elektrischem Fahren
kann sich der Fahrer beispielsweise über
ein Signal des Fahrpedals informieren
lassen, sobald die maximale elektrische
Leistung der Elektromotoren erreicht ist.
Er erkennt damit intuitiv, dass der Verbrennungsmotor zugeschaltet wird, wenn
er das Fahrpedal weiter drückt und kann
somit die Änderung des Betriebszustands
des Hybridsystems direkt beeinflussen.
Der Fahrer kann weiterhin die Rückmeldung des Pedals mit verschiedenen Voreinstellungen selbst bestimmen. Dazu
gehören beispielsweise ein „Kick-downModus“ sowie verschiedene Profile mit
konstantem Kraftausgleich [3].
Die bereits zur Systementwicklung des
Fahrzeugs vorgestellte Simulationsplattform wurde ebenfalls zur Entwicklung
der Betriebsstrategie sowie der Fahrmodi
und Fahrfunktionen eingesetzt. Damit
wurden Zertifizierungs-Fahrzyklen wie
der NEFZ für den EU-Markt oder der
FTP75/US06 für den US-Markt simuliert.
Um zukünftig die Entwicklung von
hybriden und rein elektrischen Antrieben für Kleinserienkunden effi zienter
zu unterstützen, wurde eine modulare
Hybrid-Softwareplattform entwickelt.
Damit lässt sich eine selbst entwickelte
Plattform-Betriebsstrategie für eine Vielzahl von Antriebstopologien schnell und
effizient anpassen. Die Softwareplattform integriert dafür einerseits die in
die jeweilige Topologie eingebundenen
Elektromotoren und andererseits die
Schnittstellen zahlreicher Steuergeräte,
auch aus den Domänen Fahrdynamik,
➏ Benutzeroberfläche des Tablet-PCs zur Fahrdynamikeinstellung
Body und Multimedia. In die Entwicklung der Betriebsstrategie wird weiterhin
das thermische System im Fahrzeug einbezogen mit den jeweiligen Temperaturen des Verbrennungsmotor, der Elektromotoren sowie des Katalysators, den
Ladezustand der Batterie sowie das spezifische Moment der Elektromotoren.
FAHRDYNAMIK
Ein großer Vorteil der hybriden Antriebsstrangtopologie des Konzeptfahrzeugs
ist die positive Beeinflussung der Fahrdynamik. Dafür werden im Konzeptfahrzeug die zwei radindividuellen Elektromotoren in Verbindung mit dem ebenfalls
neuen ESP-System verwendet. Die dazu
entwickelte und patentierte integrierte
Fahrdynamikregelung vernetzt diese
Aktuatoren miteinander. Die Funktion
kann bei dieser Topologie ein durch reine
Software verbessertes fahrdynamisches
Verhalten erzeugen, das selbst durch
mechanische Fahrwerksanpassungen
nicht möglich wäre. Die radindividuellen
Elektromotoren an der Vorderachse werden dabei im Sinne einer optimierten
Lateraldynamik mit dem Verbrennungsmotor und radindividuellen Bremseingriffen vernetzt. Die Applikation der
integrierten Fahrdynamikregelung in
diesem Fahrzeug umfasst dabei drei
voreingestellte Fahrprogramme sowie
einen Modus mit frei justierbarer Abstimmung und erfüllt somit die Kundenwünschen nach einer möglichst hohen
Fahrzeugpersonalisierung [4]. Zusätzlich
zur integrierten Fahrdynamikregelung
lassen sich Torque-Vectoring und temporäre Allradfunktionen mit dem Konzeptfahrzeug umsetzen.
nommen werden und er kann sie auch
nicht individuell kontrollieren. Das Personalisierungskonzept des Hybrid-Konzeptfahrzeugs ermöglicht diese selektive
Einstellung und Kontrolle. So können
die durch die Fahrzeugsysteme bereitgestellte Leistung und Performance in
vollem Umfang genutzt werden.
Der Fahrer kann zunächst über die
Auswahl verschiedener Benutzerprofile
alle individualisierbaren Funktionen
aktivieren oder deaktivieren. Dabei wird
zunächst zwischen zwei Kategorien von
Fahrern unterschieden: Die einen, die wie
bisher vordefinierte Fahrzeug-Set-ups
nutzen und die andere Gruppe, die die
Fahrfunktionen nach individuellen Vorlieben präzise und individuell anpassen
wollen. Im Bereich Fahrdynamik bedeutet
das, dass der Fahrer beispielsweise die
Schwelle zur Regelung der Traktionskontrolle, das Einlenkverhalten des Fahrzeugs, die Stabilität bei Kurvenfahren und
die Fahrpedalkennlinie individuell einstellen kann. Fahrer, die diese Detaillierung
personalisierbarer Funktionen nicht wünschen, können weiterhin vordefinierte
Fahrdynamik-Setups einstellen. Das Konzept gibt ihnen aber auch die Möglichkeit,
die Fahreigenschaften, beispielsweise
Über- und Untersteuern, anschaulich über
digitale Regler stufenlos einzustellen, ➏.
Die integrierte Fahrdynamikregelung setzt
anschließend den Wunsch des Fahrers in
eine optimale Einstellung der vorhandenen
Aktuatoren und Funktionen um, damit
das gewünschte Fahrverhalten sich einstellt. Das neue Personalisierungsmodell
wurde im Konzeptfahrzeug für fahrdynamische sowie für Funktionen des Hybridantriebs umgesetzt, ➐.
HMI-KONZEPT UND E /E-SYSTEM
PERSONALISIERUNGSKONZEPT
Bereits heute gibt es auf dem Markt verschiedene Personalisierungsstrategien,
um – speziell im Premiumsegment – das
Fahrverhalten von Fahrzeugen je nach
Wunsch zu modifizieren. Die Fahrzeughersteller bieten hierfür oft in sich abgestimmte Konfigurationen an, die auf
mehrere Systeme im Fahrzeug Einfluss
haben. Wählt der Fahrer den Eco- oder
den Sport-Modus, werden damit Getriebe,
Lenkung, Dämpfung und ESP entsprechend abgestimmt eingestellt und vorkonditioniert. Dem Fahrer ist dabei oft
nicht bekannt, welche Einstellungen
damit im Detail an den Systemen vorge11I2014
116. Jahrgang
Die vielfältigen personalisierbaren Fahrzeugfunktionen des Prototypen erfordern
ergonomische Anzeige- und Bedienkonzepte mit intuitiv bedien- und erlebbaren
Schnittstellen zwischen Mensch und Auto.
Über diese werden dem Fahrer die komplexen technischen Zusammenhänge
vermittelt. Das erfordert ein gut verständliches Zusammenspiel zwischen
Fahrer und Fahrzeug. Für das Konzeptfahrzeug wurde ein Kontroll- und Displaykonzept mit einheitlichem Visualisierungsdesign entwickelt, das als Ausgabemedien
ein 12-Zoll-Vollgrafik-Kombiinstrument,
eine 7-Zoll-Head-Unit sowie einen 10-ZollTablet-PC beinhaltet. Rückmeldungen
Begeisterung
und Leidenschaft
für Technik
auf Rädern
Wir entwickeln Lösungen und Produkte
zur Qualifizierung von Komponenten
für verbrennungsmotorische und
elektrische Antriebe:
Entwicklung von Methoden,
Tools und Testsystemen
Integration und Test
Betrieb automatisierter
Prüfsysteme
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und -analyse
Lösungen zu Fehlerbehebung
CTC cartech company GmbH
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TITELTHEMA EL EK TROMOBILITÄT
Elektrisches
Energiemanagement
Einstellbare
Hybridstrategie
Einstellbare
Traktionskontrolle
DANKE
Die Autoren bedanken sich bei den 75 Mitarbei-
SchaltAssistent
Einstellbares
Torque Vectoring
tern der Bosch Engineering GmbH an den
Standorten Abstatt und Holzkirchen für die
engagierte Mitarbeit an diesem Projekt. Weiterhin bedankt sich Bosch Engineering herzlich bei
Einstellbare
Rekuperationsstrategie
Einstellbare
Fahrpedalkennlinie
Aston Martin Lagonda Limited, die das Basisfahrzeug Aston Martin DB9 zur Verfügung
gestellt haben, für die Unterstützung bei diesem
außergewöhnlichen Projekt. Das Sportwagen-
Einstellbare
Booststrategie
Einstellbares
regeneratives
Bremsen
Konzeptfahrzeug mit Hybridantrieb ist ein reiner
Versuchsträger. Es dient nicht der Vorbereitung
auf eine Serienfertigung bei Aston Martin.
➐ Übersicht der personalisierbaren Fahrfunktionen
zum Fahrer erfolgen optisch, akustisch
und haptisch. Neben den sichtbaren Komponenten im Innenraum des Fahrzeugs
wurde die dahinterliegende SteuergeräteArchitektur sowie das E/E-System neu entwickelt und integriert. Die Schnittstellen
werden über ein zentrales und domänenübergreifendes Steuergerät, dem BodyComputer, gesteuert. Dieser wiederum ist
mit den Fahrzeugsystemen aller Domänen
vernetzt wie dem Hybridsteuergerät, dem
Batteriemanagementsystem, den Invertern
und den Elektromotoren sowie dem ESP
und der Navigation. Damit spiegelt sich
die ganzheitliche Entwicklung der Systemarchitektur besonders in den elektrischen
und elektronischen Systemen des Konzeptfahrzeugs und ihrer Vernetzung wieder.
Eine besondere Herausforderung bei
der Entwicklung des E/E-Systems des
Konzeptfahrzeugs war die Erweiterung
einer existierenden Architektur, bestehend
aus Kommunikations- und Energiebordnetz, ohne umfangreiche Änderungen an
den Steuergeräten und Komponenten des
Basisfahrzeugs vorzunehmen. Dabei
durften vorhandene Funktionen bei den
Anpassungen nicht beeinträchtigt werden. Zur Bewertung der Lösungsansätze
wurden unter anderem umfangreiche systemübergreifende Simulationen durchgeführt. Damit wurden die Auswirkungen
der Erweiterungen und Anpassungen der
Subsysteme und Komponenten auf das
Gesamtfahrzeug untersucht [5].
Das Konzeptauto ist über seine Systemgrenzen hinweg auch mit digitaler Infrastruktur und Cloud-fähigen Datenplattformen vernetzt. Einerseits ist es für den
16
Fahrer möglich, zusätzliche Fahrfunktionen durch die Integration vorausschauender Navigationsdaten mit elektronischem
Horizont zu implementieren. Dazu gehören beispielsweise prädiktive Hybridstrategien, die sich an die vorausliegende Strecke
anpassen sowie eine Echtzeit-Synchronisierung mit aktuellen Verkehrsdaten.
Über Cloud-fähige Datenportale können
zudem individuelle Fahrprofile, Fahrzeug-Setups oder Funktionen heruntergeladen werden. Telemetriedaten gefahrener Runden auf Rennstrecken können
online ausgewertet und mit anderen Fahrern ausgetauscht werden. Diese externe
Vernetzung ermöglicht es den Fahrzeugherstellern, zusätzliche Softwarefunktionen anzubieten und sich damit weiter
vom Wettbewerb abzuheben.
ZUSAMMENFASSUNG
Effizient, leistungsstark, individualisierbar und vernetzt: Die Elektrifizierung
des Antriebsstrangs von Sportwagen ist
mehr als nur Mittel zum Zweck, um die
zukünftigen Emissionsgrenzwerte zu
erreichen oder gar zu unterschreiten.
Sie eröffnet auch in den Bereichen Fahrdynamik, Multimedia und Personalisierung neue Potenziale zur Markendifferenzierung für die Fahrzeughersteller.
Damit die zusätzliche Komplexität
beherrscht werden kann, ist übergreifendes Systemwissen zum Zusammenspiel
der unterschiedlichen Energiespeicherund Antriebssysteme sowie zu den Fahrzeugdomänen Antrieb, Fahrdynamik,
Karosserie und Multimedia Grundvoraus-
setzung. Durch eine intelligente Funktionsund Softwareentwicklung lassen sich
zudem die diversen Herausforderungen
der Elektrifizierung lösen. Trotz der gestiegenen Komplexität vermitteln innovative
Anzeige- und Bedienkonzepte dem Fahrer
alle notwendigen Informationen auf
schnell erfassbare Art und Weise. Somit
entsteht für ihn ein vollkommen neues
Fahrerlebnis. Gleichzeitig gelingt es den
Automobilherstellern, unverwechselbare
Alleinstellungsmerkmale zu schaffen.
LITERATURHINWEISE
[1] Appel, C.; Freudenstein S.; Temmen, C.: Durchgängige Simulation zur Elektrifizierung des Antriebs.
In: MTZ 75 (2014), Nr. 2, S. 22-28
[2] Buchner, P.; Pieraccini, G.; Frauenkron, H.; Herzhauser, E.; Lingenfelser, C., König, L.; Windisch, G.;
Becker, B.: Innovations in Powertrain and Vehicle
Personalization for Sports Cars. 22nd Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology 2013
[3] Bihr, B.; Pieraccini, G.; Hofmann, H., Freudenstein, S.: Performance and Efficiency – Technical
Solutions for High-performance Sports Cars to
Achieve Future CO 2 Limits. 14 th Stuttgart International Symposium for Automotive and Engine Technology 2014
[4] König, L.; Gutmayer, B.; Merlein, D.; Walter, T.:
Integrierte Fahrdynamikregelung – ein neuer
Ansatz zur Vernetzung querdynamischer Stellglieder.
14. Stuttgarter Symposium 2014
[5] Windisch, G.; Pieraccini, G.; Schmidt, R.:
Vernetzt, elektrifi ziert: Elektroniksysteme eines
Hybrid-Konzeptfahrzeugs. In: ATZelektronik 9
(2014), Nr. 5, S. 10-16
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Ressourcen werden wir dabei nutzen? Angesichts rasanter Entwicklungen im Bereich des
Personen- und Güterverkehrs sorgen wir für wegweisende und bewegende Momente. Wir
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sind wie nie zuvor. Und wir treiben Technologien voran, die Hybridfahrzeuge und alternative
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