Bei schienengebundenen Fahrzeugen kann eine vorausschauende Fahrstrategie unter Berücksichtigung von Echtzeitdaten wie Position, Höhenprofil und Fahrplan maßgeblich zur Verbrauchs- und Emissionssenkung beitragen. Ein selbstlernender Regler, welcher den Kraftstoffverbrauch auf bereits befahrenen und somit bekannten Strecken weiter optimiert, ergänzt die vorgenannte prädiktive Regelung. In Kombination mit der elektrischen Kopplung und Regelung mehrerer Hybrid-Antriebsanlagen über Fahrzeugteile hinweg und insbesondere unter Einbringung eines elektrischen Energiespeichers ist eine weitere Effizienzsteigerung z.B. durch Abschaltung von Antriebsanlagen im Teillastbereich und rein elektrischem, emissionsfreiem Betrieb auf elektrifizierten und nichtelektrifizierten Strecken zu erwarten. Der Lehrstuhl für Bahnsystemtechnik am Institut für Fahrzeugsystemtechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) begleitet die Messungen des Istzustands und des umgesetzten Systems auf dem Prüfstand. Er erarbeitet ein Reglerkonzept für die prädiktive Steuerung und den selbstlernenden Regler. Die dafür benötigten Parameter werden bestimmt. Es werden Simulationsmodelle des Antriebsstrangs erstellt, mit deren Hilfe die vorgeschlagenen Konzepte simulativ in verschiedenen Betriebssituationen erprobt werden können. Mit den Simulationsergebnissen können die zu realisierenden Konzepte ausgewählt werden. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme auf dem Prüfstand werden die Simulationsergebnisse durch Messungen verifiziert.
Bei schienengebundenen Fahrzeugen kann eine vorausschauende Fahrstrategie unter Berücksichtigung von Echtzeitdaten wie Position, Höhenprofil und Fahrplan maßgeblich zur Verbrauchs- und Emissionssenkung beitragen. Ein selbstlernender Regler, welcher den Kraftstoffverbrauch auf bereits befahrenen und somit bekannten Strecken weiter optimiert, ergänzt die vorgenannte prädiktive Regelung. In Kombination mit der elektrischen Koppelung und Regelung mehrerer Hybrid-Antriebsanlagen über Fahrzeugteile hinweg und insbesondere unter Einbringung eines elektrischen Energiespeichers ist eine weitere Effizienzsteigerung, z.B. durch Abschaltung von Antriebsanlagen im Teillastbereich und rein elektrischem, emissionsfreiem Betrieb auf elektrifizierten und nichtelektrifizierten Strecken, zu erwarten. Die Aufgabe der MTU Friedrichshafen GmbH ist es, die technischen Rahmenbedingungen und Simulationsmodelle zur Konzeptauswahl darzustellen. Diese werden anschließend funktional umgesetzt und am Prüfstand zunächst jeweils für die elektrische Koppelung und die prädiktive Steuerung integriert. Parallel werden Umgebungssimulationsmodelle für die Validierung und für die spätere Demonstration der Wirksamkeit erstellt Die Bearbeitung des Projektes erfolgt in mehreren Arbeitspaketen und unter größtmöglicher Parallelisierung der Aufgaben. Die erste Ausprägung der elektrischen Koppelung, die prädiktive Steuerung sowie der selbstlernende Regler sollen nach Projektende in einem serienreifen Antriebssystem und einem Steuergerät implementiert werden können.
Im Verbundprojekt KISEL sollen heterogene Softwarewerkzeuge zur Modellierung von elektrischen Antriebssträngen im Rahmen einer Modellbibliothek zusammengeführt werden. In dem am Institut für Elektrische Maschinen, Antriebe und Bahnen (IMAB) durchzuführenden Teilvorhaben werden sowohl Energiewandler in Nebenaggregaten (Klimatisierung, Wärmemanagement im Antriebsstrang) als auch im Traktionsantriebssystem (Hochvoltbatterie, Bordnetz, Leistungselektronik und Elektromotor) betrachtet mit dem Ziel einer vereinheitlichten Modellgestaltung und strukturierten Gestaltung der Modellschnittstellen. Wesentliche Zielsetzung des Teilvorhabens ist die Realisierung von skalierbaren Modellen, um breite Leistungsbereiche verschiedener Fahrzeugkonzepte in der Anwendung abdecken zu können.
Das Forschungsvorhaben nutzt die nun kommerziell zur Verfügung stehenden neuartigen WBG SiC Bauelemente um leistungselektronische Systeme, namentlich Traktions-DC/DC-Wandler und On-board Ladegerät, noch effizienter und deren Funktionalität mit noch weniger Materialaufwand und noch geringeren Kosten zu realisieren, als das mit dem derzeitigen Stand der Technik möglich ist. Der Traktions-DC/DC-Wandler ist eine besonders wichtige Komponente zur Realisierung einer nachhaltigen, d.h. möglichst effizienten Elektromobilität. Das geplante Forschungsvorhaben optimiert mittels eines chip-integrierten passiven Dämpfungsgliedes das Schaltverhalten des Traktions-DC/DC-Wandlers und erhöht dadurch seine Leistungsfähigkeit deutlich. Zudem wird gezeigt, dass der Traktions-DC/DC-Wandler auch als On-board Ladegerät genutzt werden kann (Dual-Use-Prinzip), was zu einer massiven Kosteneinsparung bei gleicher Funktionalität führt.
Die Otto Rist GmbH & Co.KG verfolgt mit diesem Forschungsvorhaben das Teilziel, durch innovative Fertigungsmethoden den Füllgrad von Statornuten von aktuell max. ca. 47Prozent auf 60Prozent zu erhöhen. Da die aktuell bekannten Fertigungsverfahren wie Einzieh- und Nadelwickeltechnik keine weiteren Optimierungspotentiale hinsichtlich der Steigerung des Füllgrades mehr aufzeigen. Alternativ zu dem genannten Montageverfahren wird das Bewickeln von Einzelzahntechnik bzw. Polkette auf der Basis von einem handelsüblichen Deltaroboter untersucht. Die Idee ist auf der Basis eines Standardroboters kostengünstig ein hochflexibles Wickelgerät dem Anwender zur Verfügung zu stellen, entgegen den aufwendigen Entwicklungen von Spezialwickelmaschinen. Zum Aufbau der Vorrichtungen und Werkzeuge sind folgende umfangreiche Tätigkeiten notwendig: Mechanische Konstruktion - Softwareentwicklung - Elektrische Hardwareplanung - Mechanische Teilefertigung - Montage und Installation -Inbetriebnahme und Durchführung der Versuche.
Gesamtziel des Vorhabens ist die Erforschung und Erprobung innovativer und ganzheitlicher Methoden zur automatischen Produktion von effizienzgesteigerten E-Motoren. Die BMW Peugeot Citroën Electrification GmbH verfolgt das Ziel, durch innovative Fertigungsmethoden den Wirkungsgrad von Elektromotoren für Fahrzeugantriebe zu steigern und den Bauraum sowie das Gewicht zu reduzieren. Mit auf einer Demonstratoranlage produzierten E-Motoren soll die Fähigkeit und Robustheit der Prozesse sowie die daraus erwartete Qualitätssteigerung nachgewiesen werden. Weiteres wesentliches Ziel ist die Reduzierung der Produktionskosten durch einen hohen Automatisierungsgrad der Statorenherstellung. Die Verbesserungen unterstützen insgesamt die Bemühungen, Nutzen und Attraktivität der Elektromobilität beim Kunden zu steigern. Anhand einer Referenzantriebsmaschine erfolgt im ersten Schritt eine Anforderungsdefinition. Es werden neue Isoliersysteme mit dem Ziel einer belastungsorientierten Auslegung entwickelt und geprüft. Weiterhin werden Grundlagenuntersuchungen zu fertigungsgerechten, leistungssteigernder und kostenoptimierten Prozessen zur Statorbewicklung durchgeführt. Das vollautomatische Fügen von Kupferverbindungen mittels Laserschweißen wird erforscht. Sämtliche zuvor entwickelten Fertigungstechnologien werden für den Bau von Demonstratoren zum Projektabschluss genutzt. Alle Arbeiten erfolgen in enger Zusammenarbeit mit den Partnern des Forschungsvorhabens.
Intelligente und nachhaltige Mobilität ist ein zentrales Ziel der neuen Hightech-Strategie. Forschungsarbeiten zu Elektroniksystemen für die Elektromobilität sowie automatisiertes, elektrisches Fahren leisten hier wesentliche Beiträge. Für eine höhere Marktakzeptanz von Elektrofahrzeugen sind neben der Reichweite auch die Kosten entscheidend. Diese können durch die Steigerung der Wirkungsgrade von elektronischen Komponenten entscheidend gesenkt werden. Der aktuelle Stand der Technik zur Darstellung von hocheffizienten elektrischen Antrieben mit hoher Leistung stößt an seine Grenzen. Ziel im Forschungsprojekt H3Top ist es, die Leistung über eine höhere Spannungslage zu erhöhen und gleichzeitig die Effizienz zu steigern. Dazu soll eine neuartige Wechselrichtertopologie für den Einsatz im Traktionsantrieb in Elektrofahrzeugen erforscht und weiterentwickelt werden. Zum Einsatz kommen dabei vorhandene kostengünstige 650 V-Halbleiterbauteile, wodurch positive Skaleneffekte erwartet werden. Außerdem werden die Themen Bauraum, Lagerströme, EMV, Ausfallsicherheit/Verfügbarkeit und Geräuschemission untersucht, da sie weiteres Potential zur Nutzerakzeptanz versprechen.
Im Gesamtverbundvorhaben 'Erhöhung der funktionalen Sicherheit sowie der Fehlertoleranz des elektrischen Antriebssystems (SichElAn)' werden Ziele zur Erhöhung der funktionalen Sicherheit und der Verfügbarkeit durch Steigerung der Fehlertoleranz (gegenüber beherrschbaren Arten von Fehlern) des elektrischen Antriebssystems thematisiert. Dazu werden Möglichkeiten und Potentiale modellgestützter Verfahren zur Realisierung eines 'Fail-Safe-Betriebs' sowie eines 'Fault-Operational-Betriebs' (als Rückfallebene) bei Auftritt eines Fehlers im System betrachtet. Als Verbundpartner arbeiten die Universität Paderborn und die ZF Friedrichshafen AG an spezifischen Teilvorhaben. Das Teilvorhaben der Universität Paderborn: 'Modellgestützte Fehlerdiagnose und fehlertolerante Regelungsverfahren (MFFR)' zielt auf die Untersuchung vorhabenspezifischer Fragestellungen zu modellgestützten Überwachungs- und Fehlerdiagnoseverfahren sowie fehlertoleranten Regelungsverfahren ab. Im Wesentlichen sind die Ziele: 1. Gewinn eines möglichst umfassenden Kenntnisstands aller möglichen Fehlerfälle und Auswirkungen innerhalb des Gesamtsystems, 2. Gewinn detaillierter bzw. fundierter Kenntnisse über Methoden und Modellbeschreibungen zur echtzeitfähigen, robusten Überwachung und Fehlerdiagnose (Fehlererkennung, -detektion und -isolation) elektrischer Traktionsantriebe, 3. Bereitstellung weiterentwickelter Methoden und Verfahren zur Steigerung der wissenschaftlichen Kompetenz auf diesem Themengebiet. Das Teilvorhaben der ZF Friedrichshafen AG 'Spezifikation und Validierung' umfasst die Beschreibung der Anforderungen, Zusammenstellung von marktgerechten und gesetzlichen Zielen für elektrische Antriebssysteme, die Mitarbeit bei Konzept-Erstellung und -Bewertung sowie die Validierung am Prüfstand des erstellten Funktionsdemonstrators. Dazu soll ein bei ZF vorhandener Prüfstand und Antrieb verwendet werden. Die Ziele des Teilvorhabens sind: 1. Erkenntnisse, wie Normen und Standards zur funktionalen Sicherheit zu erfüllen sind 2. Kenntnisse über die Eignung von Methoden zur Fehlerdetektion und -beherrschung für elektrische Antriebssysteme 3. Bewertung dieser Methoden 4. Schaffung einer Entscheidungsgrundlage für zukünftige Produktentwicklungen Zum strukturierten Vorgehen bei der Umsetzung orientieren sich die einzelnen Projektschritte der beiden Projektpartner am weit verbreiteten V-Modell. Die Universität Paderborn übernimmt während der jeweiligen Projektphasen schwerpunktmäßig die Teilaufgaben: Systemanalyse mit Methoden und Verfahren der Probabilistischen Sicherheitsanalyse (PSA), Entwurf des Gesamtsystemkonzepts, Entwicklung der Softwaremodule und Verifikation der entwickelten Methoden. Die ZF Friedrichshafen AG bearbeitet schwerpunktmäßig die Teilaufgaben: Gesamtsystemanalyse, Spezifikation, Hardwareentwicklung und Konzept zur Fehlersignalstimulation, Implementierung am Prüfstand sowie die Validierung des Gesamtkonzeptes und kritische Bewertung der erzielten Ergebnisse.
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