Fachhochschule Kln University of Applied Sciences Cologne Vortrag

Fachhochschule Köln University of Applied Sciences Cologne Vortrag „Simulation der Energieflüsse des TOYOTA Prius im Europäischen Fahrzyklus“ Masterarbeit in Kooperation mit dem Institut für Fahrzeugtechnik der FH-Köln WS 2005/2006 von Tim Nowakowski

Aufgabenstellung Erstellen einer Simulation für das Hybridfahrzeug TOYOTA Prius mit dem Programm MATLAB/Simulink Darstellung des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs im Europäischen Fahrzyklus Simulation der antriebsrelevanten Komponenten wie Verbrennungsmotor und elektrische Aggregate Definition charakteristischer Parameter der Bestandteile des Antriebsstrangs wie Wirkungsgrade, Trägheitsmomente und Leistungsmerkmale Modellhafte Beschreibung von Antriebs- und Energiebilanz Tim Nowakowski

ECE/EG-Testzyklus Richtlinie RL 80/1268/EWG verbindliches Verfahren für die BRD und den weiteren EG-Raum Messung der emittierten Schadstoffe und des Verbrauchs Rollenprüfstandsmessung unter definierten Bedingungen Tim Nowakowski

Definition und Merkmale der Hybridfahrzeuge Fahrzeuge mit zwei unterschiedlichen Antrieben und zwei verschiedenen Energiespeichern In der Regel Otto- und Elektromotoren als Antriebsaggregat Flüssigkraftstoff und Batterien als Energiespeicher Elektronisches Antriebsstrang-Management und optimierte Antriebsaggregate insbesondere VKM Betrieb nahe des Wirkungsgrad Optimums Differente Mechanismen zum Erzeugen bzw. Übertragen von Antriebsenergie Reduktion von Schadstoffemissionen und Kraftstoffverbrauch Rückgewinnung von. Tim Energie durch rekuperatives Bremsen Nowakowski

Einteilung der Hybridfahrzeuge Grundsätzlich drei verschiedene Bauformen/Konzepte weitere Unterscheidung in Micro- Mild- und Full-Hybrid maßgeblich installierte elektrische Leistung Tim Nowakowski

Der TOYOTA Prius Tim Nowakowski Full-Hybrid Mischhybrid Bauweise optimierter Ottomotor zwei AC-Synchronmotoren Nickel-Metallhydrid-Akku Leistungselektronik stufenlose Übersetzung Planetengetriebe Rekuperation

Technische Daten Merkmal Daten Prius NHW 11 Ottomotor 1497 cm³, 4 -Zylinder, DOHC Leistung 53 k. W bei 4500 min-1 Drehmoment 115 Nm bei 4200 min-1 Elektromotor AC-Synchronmotor Leistung 33 k. W bei 1040 min-1 Drehmoment 350 Nm bei 0 -400 min-1 Höchstgeschwindigkeit 160 km/h Beschleunigung 0 -100 km/h 13, 4 s Batteriekapazität 1778 Wh Tim Nowakowski

Simulationsmodell Verwendung gesicherter Daten soweit verfügbar Veröffentlichungen des Herstellers, Fachzeitschriften und Aufsätze Ergänzung durch Annahmen und Vergleichswerte Systemlieferanten, Fachliteratur und Konstruktionsrichtlinien Definition eines Simulink-Modells modularer Aufbau, voneinander abgrenzbare Einzelsysteme Einsatz von verschiedenen Subsystemen Tim Nowakowski

Elektromaschinen MG 2 Antrieb & Rekuper. MG 1 Generator u. Starter 3 -Phasen Wechselstrom eigener Kühlkreislauf Tim Nowakowski

Verbrennungsmotor (ICE) geringe Reibverluste kleine Drehzahlen variabler Ventiltrieb unkonv. Steuerzeiten modifiziertes Verfahren be = 225 g/k. Wh (min. ) angepasstes Kennfeld Tim Nowakowski

Getriebe Getriebe-Differentialkombination Verbindung aller Aggregate Planetengetriebe (Lstg. -Verzw. ) Vorgelege (Untersetzung) festes Übersetzungsverhältnis näherungsweise Berechnung Grundlage Zähnezahlen Tim Nowakowski

Planetengetriebe (PSD) ein Plantenradsatz vier Grundelemente Drehzahlregelung mehrere Freiheitsgrade n. MG 2 abhängig von v Überschlägige Berechnung auf Grundlage der Zähnezahlen n. MG 1 = -2, 6 * n. MG 2 n. MG 1 = 3, 6 * n. ICE – 2, 6 * n. MG 2 - bei rein elektrischem Betrieb (ICE in Ruhe) - Stillstand des Fahrzeug und laufender ICE - Mischbetrieb Tim Nowakowski

Momentenverhältnisse und Fahrwiderstände PSD liefert konstante Momentenaufteilung 72 % des vom ICE erzeugten Drehmoment gelangt an die Räder 28 % werden zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt (MG 1) Fahrwiderstände basieren auf Grundgleichung des Antr. Zugkraft Beschleunigungswid. Steigungswid. Luftwid. Tim Nowakowski Rollwid.

Modellaufbau Oberste Ebene des Gesamtmodells Subsyteme werden nach außen wie Funktionsblöcke behandelt Tim Nowakowski

Modellbildung Matrix für den Testzyklus Geschwindigkeitsdifferenz dv Beschleunigung Simulationszeit dv / dt Tim Nowakowski

Modellbildung Verweis auf Vektoren M-File Tim Nowakowski

Kraftstoffverbrauch Tim Nowakowski

Ergebnisse Simulation wesentlicher technischer Eigenschaften Hauptmechanismen Antriebsaggregate Universeller Einsatz möglich Parameterstudien verschiedene Fahrzeugkonfigurationen Beliebige Fahrprogramme und Testzyklen Tim Nowakowski