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Jan Steiner
Schwingungsoptimierung an einem Parallel-Hybridfahrzeug
Bei einem Hybridfahrzeug bietet das zweite Antriebssystem einen Freiheitsgrad bzgl. des Moments. Dieser kann für eine optimale Auslegung und einen optimalen Betrieb des elektrischen Antriebs bezüglich Schwingungen, Fahrzeugverbrauch und Lebensdauer genutzt werden.
Dafür wurde der Antriebsstrang u.a. mithilfe eines linearen Schwingungsmodells analysiert. Die Hauptanregung erfolgt durch die Verbrennung, ein mechanischer Schwingungsdämpfer ist aus Effizienzgründen weiterhin erforderlich. Es ist vorteilhaft die E-Maschine auf der Primärseite des ZMS zu platzieren, um direkt auf die Entstehung der Schwingungen einwirken zu können. Verschiedene Optimierungsmaßnahmen wurden definiert, zur quantitativen Bewertung wurde ein detailliertes Simulationsmodell aufgebaut.
Die aktive Dämpfung und das reibungsminimierte ZMS sind zwei dieser Maßnahmen mit dem größten Potential. Bei der aktiven Dämpfung wird gegenphasig ein Moment über die E-Maschine gestellt und dadurch die Drehungleichförmigkeit auf der Primärseite reduziert. Die Reibungsminimierung des ZMS führt zu einer niedrigeren Drehungleichförmigkeit auf der Sekundärseite. Resonanzeffekte werden dann über die E-Maschine verhindert. Für beide Varianten ist eine Schwingungsbeobachtung der Drehzahl nötig, hierfür wurde ein Konzept entwickelt. Es wurde eine Betriebsstrategie entwickelt um im Zyklus Schwingungen zu reduzieren. Dadurch ist es möglich Punkte anzufahren, bei denen der Verbrauch gering aber die Schwingungsbelastung hoch ist. Durch den gezielten Einsatz der aktiven Dämpfung ist es möglich, den Schwingungskomfort etwa beizubehalten, ca. 1,0% Kraftstoff einzusparen und die Mehrbeanspruchung der Leistungshalbleiter auf 10% zu begrenzen. Die Funktionsfähigkeit des Konzeptes konnte im Fahrzeug erfolgreich nachgewiesen werden.
Die aktive Dämpfung und das reibungsminimierte ZMS sind zwei dieser Maßnahmen mit dem größten Potential. Bei der aktiven Dämpfung wird gegenphasig ein Moment über die E-Maschine gestellt und dadurch die Drehungleichförmigkeit auf der Primärseite reduziert. Die Reibungsminimierung des ZMS führt zu einer niedrigeren Drehungleichförmigkeit auf der Sekundärseite. Resonanzeffekte werden dann über die E-Maschine verhindert. Für beide Varianten ist eine Schwingungsbeobachtung der Drehzahl nötig, hierfür wurde ein Konzept entwickelt. Es wurde eine Betriebsstrategie entwickelt um im Zyklus Schwingungen zu reduzieren. Dadurch ist es möglich Punkte anzufahren, bei denen der Verbrauch gering aber die Schwingungsbelastung hoch ist. Durch den gezielten Einsatz der aktiven Dämpfung ist es möglich, den Schwingungskomfort etwa beizubehalten, ca. 1,0% Kraftstoff einzusparen und die Mehrbeanspruchung der Leistungshalbleiter auf 10% zu begrenzen. Die Funktionsfähigkeit des Konzeptes konnte im Fahrzeug erfolgreich nachgewiesen werden.
Schlagwörter: Schwingungsoptimierung; Schwingungen; Hybridfahrzeug
Schriftenreihe Institut für Dynamik und Schwingungen TU Braunschweig
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. habil. Georg-Peter Ostermeyer, Braunschweig
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