Die Modelica Bibliothek AlternativeVehicles zur Gesamtfahrzeugsimulation
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- Emilia Hede Kohl
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1 Die Modelica Bibliothek AlternativeVehicles zur Gesamtfahrzeugsimulation ASIM, Winterthur, Schweiz, September 2011 Thomas Braig, Holger Dittus, Jörg Ungethüm, Tobias Engelhardt Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
2 Gliederung Motivation AlternativeVehicles - Überblick Anwendungsbeispiel: Paralleler Hybrid Modellierung Fahrzeugarchitektur, Betriebsstrategie, Steuergerät (Hybrid Control Unit, HCU) Simulationsbeispiel: Vergleich Mercedes S 400 H mit S 350 Zusammenfassung Braig > ASIM , Folie 2
3 Motivation DLR Reduktion von CO2 und Energiebedarf neue Fahrzeugkonzepte: Hybrid-, Brennstoffzellen-, batterieelektrische Fahrzeuge Komponenten (Energiespeicher und -wandler, z.b. Brennstoffzellensysteme) Aufbau von Forschungsfahrzeugen (z.b. Hylite Brennstoffzellenfahrzeug) Szenariotool Vector21 Gesamtfahrzeugsimulationen erforderlich Modelica-Bibliothek AlternativeVehicles Braig > ASIM , Folie 3
4 AlternativeVehicles Überblick Wesentliche Inhalte der Bibliothek: Gesamtfahrzeugarchitekturen Energiespeicher Energiewandler Fahrermodelle und Fahrzyklen Anwendung: Berechnung der Energiebedarfe für verschiedene Fahrzeugkonzepte, Dimensionierungen, Fahrzyklen, Betriebsstrategien etc. Energetische Beurteilung einzelner Komponenten im Gesamtfahrzeug (z.b. thermoelektrischer Generator) Entwicklung von Betriebsstrategien Braig > ASIM , Folie 4
5 Gliederung Motivation AlternativeVehicles - Überblick Anwendungsbeispiel: Paralleler Hybrid Modellierung Fahrzeugarchitektur, Betriebsstrategie, Steuergerät (Hybrid Control Unit, HCU) Simulationsbeispiel: Vergleich Mercedes S 400 H mit S 350 Zusammenfassung Braig > ASIM , Folie 5
6 Anwendungsbeispiel: Paralleler Hybrid Grundlagen Relativ einfach und kostengünstig in ein bestehendes Fahrzeugkonzept einzubinden VM und EM parallel angeordnet Gute Wirkungsgrade wegen direkter mechanischer Verbindung von Verbrennungsmotor (VM) und Elektromotor (EM) mit den Rädern Je nach Dimensionierung von Elektromotor(en) und Energiespeicher wird in Mikro-, Mild- oder Voll- Hybrid unterschieden Mercedes S400Hybrid Honda Civic Hybrid Braig > ASIM , Folie 6
7 Grundlagen / mögl. Betriebsstrategie (für Mild Hybrid) Betriebsarten: Anfahren: rein elektrisch oder elektrisch unterstützt rein verbrennungsmotorisch Elektrischer Boost Lastpunktanhebung Rekuperieren Start-Stop (VM aus) Geschwindigkeit VM EM +/ /0 - -/0 Zeit Braig > ASIM , Folie 7
8 Gliederung Motivation AlternativeVehicles - Überblick Anwendungsbeispiel: Paralleler Hybrid Modellierung Fahrzeugarchitektur, Betriebsstrategie, Steuergerät (Hybrid Control Unit, HCU) Simulationsbeispiel: Vergleich Mercedes S 400 H mit S 350 Zusammenfassung Braig > ASIM , Folie 8
9 Modellierung / Fahrzeugarchitektur Fahrer Inspektor Batterie Verbrennungsmotor Nebenaggregate Steuergerät Hybrid Control Unit (HCU) Kupplung Elektromotor Getriebe Antriebswellen Fahrgestell Braig > ASIM , Folie 9
10 Modellierung / Hybrid Control Unit Steuergerät Hybrid Control Unit (HCU) Braig > ASIM , Folie 10
11 Modellierung / Hybrid Control Unit (HCU) Signalbusse Inputs Signalverarbeitung Signalbusse Outputs Subunits Start-Stop Subunit Braig > ASIM , Folie, Folie 11
12 Modellierung / Hybrid Control Unit / Start-Stop Subunit Input: Batterieladestand Geschwindigkeit Bremspedal Gaspedal Output an: VM EM VM aus VM-an Signal Braig > ASIM , Folie, Folie 12
13 Gliederung Motivation AlternativeVehicles - Überblick Anwendungsbeispiel: Paralleler Hybrid Modellierung Fahrzeugarchitektur, Betriebsstrategie, Steuergerät (Hybrid Control Unit, HCU) Simulationsbeispiel: Vergleich Mercedes S 400 H mit S 350 Zusammenfassung Braig > ASIM , Folie, Folie 13
14 Simulationsbeispiel / Technische Daten (Literatur) Mercedes-Benz S 400 BlueHYBRID und S 350 S 400 H S 350 Leistung VM [kw] Leistung EM [kw] 15 - Leistung Generator [kw] km/h [s] 7,2 7,3 Höchstgeschw. [km/h] (ohne EM) Gewicht [kg] Verbrauch im NEFZ [l/100km] 7,9-8,1 10,1-10,3 CO2-Emiss. [g/km] Braig > ASIM , Folie, Folie 14
15 Simulationsbeispiel / Parametrisierung Braig > ASIM , Folie, Folie 15
16 Simulationsbeispiel / Parametrisierung General airconditioining (auxiliaries) enable_edrive enable_startstop enable_lps enable_recup enable_boost enable_startupassist enable_microhybrid Braig > ASIM , Folie, Folie 16
17 Simulationsbeispiel / Parametrisierung Settings Boost Electric Driving Start Stop SOCmin velocity_stop Startup_controlLever Load Point Shift Recuperation Braig > ASIM , Folie, Folie 17
18 Simulationsbeispiel / Parametrisierung Torque Characteristics Engine ElectricMotor Generator Braig > ASIM , Folie, Folie 18
19 Simulationsbeispiel / Ergebnisse (NEFZ) S 400 H Start-Stop 120 controlbus.driver1.status.longitudinalvelocity [km/h] controlbus.engine1.status.engineon VM aus Geschwindigkeit [km/h] Zeit [s] Braig > ASIM , Folie, Folie 19
20 Simulationsbeispiel / Ergebnisse (NEFZ) S 400 H Fahrzeuggeschwindigkeit [km/h] controlbus.driver1.status.longitudinalvelocity [km/h] Ladestand (SOC) der Traktionsbatterie[1] controlbus.battery1.status.soc [1] Steuersignal für Elektromotor [1] controlbus.electricdrive1.control.controllever el. unterstütztes Anfahren Zeit [s] Rekuperieren Braig > ASIM , Folie, Folie 20
21 Simulationsbeispiel / Ergebnisse (NEFZ) Durchschnittl. Kraftstoffverbrauch: S 400 H und S 350 Durchschnittl. Kraftstoffverbrauch [l/100km] S350 inspector.fuelconsumption_ltrper100km.y S400H inspector1.fuelconsumption_ltrper100km.y Zeit [s] S ,0 l/100km S 400 H 8,6 l/100km Braig > ASIM , Folie, Folie 21
22 Simulationsbeispiel / Ergebnisse Simulierter Kraftstoffverbrauch S 350: 10,0 l/100km (Herstellerangabe: 10,1-10,3 l/100km) S 400 H: 8,6 l/100km (Herstellerangabe:7,9-8,1 l/100km) Ursachen für die Abweichung des S 400 H Modells: tatsächliche Betriebsstrategie nicht bekannt SOC Bewertung (Endwert, Verbrauchskorrekturfaktor unbekannt) Braig > ASIM , Folie, Folie 22
23 Zusammenfassung Die AlternativeVehicles-Bibliothek Diverse alternative Fahrzeugarchitekturen, Energiespeicher und Energeiwandler enthalten (überwiegend kennfeldbasiert und einfach parametrisierbar) Berechnung der Energiebedarfe für verschiedene Fahrzeugkonzepte, Dimensionierungen, Fahrzyklen, Betriebsstrategien etc. Energetische Beurteilung einzelner Komponenten im Gesamtfahrzeug Kommerziell erhältlich, offener Quellcode, flexibel, ideal als Basis für Eigenentwicklungen geeignet Interessant v. a. für Automobilhersteller, -zulieferer, Hochschulen Braig > ASIM , Folie, Folie 23
24 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! Ich freue mich auf Ihre Fragen! Folie 24 > Vortrag > Autor Braig > ASIM , Folie, Folie 24
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1 3 5 7 9 11 12 13 15 17 [Nm] 400 375 350 325 300 275 250 225 200 175 150 125 155 PS 100 PS 125 PS [kw][ps] 140 190 130 176 120 163 110 149 100 136 100 20 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 RPM 90
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