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Optimale Betriebsführung von Hybridfahrzeugen
Dr. Alexander Kleimaier Technische Universität München Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. h.c. Dierk Schröder Zusammenfassung der Dissertation Die vorliegende Arbeit zur optimalen BetriebsfÄuhrung von Hybridfahrzeugen umfasst die Entwicklung neuer Methoden zur optimalen Steuerung von Hybridantrieben und die Erstellung entsprechender Modelle für den Antriebsstrang und das Emissionsverhalten. Die Methoden wurden am Beispiel des Autarken Hybrid der TUM umgesetzt, für den die erzielbaren Verbrauchs- und Emissionswerte sowie Fragestellungen zur optimalen Auslegung untersucht wurden. Der erste Schritt dieser Arbeit bestand in der Weiterenwicklung des online einsetzbaren dynamischen Optimierungsverfahrens. Mit einer angepassten Problemformulierung und der Vorgabe von Anfangswerten wurde es möglich, die optimale Steuertrajektorie für einen gegebenen Fahrzyklus zu berechnen. Dabei konnte der minimale Verbrauch bei ausgeglichener Ladezustandsbilanz bestimmt werden. Im zweiten Arbeitsschritt wurde ein Verfahren zur Onlineoptimierung entwickelt. Es kann für die Realtime-Steuerung des Autarken Hybrid in den Fahrzeugregler implementiert werden und stellt eine Alternative zu den bisher verwendeten Betriebstrategien dar. Die Onlineoptimierung basiert auf einer Gütefunktion, welche von der Minimierung der Antriebstrangverlustleistung ausgeht, die um den Energieaustausch mit der Traktionsbatterie korrigiert wird. Die Problematik von Lastpunktanhebung und Speicherverlusten kann damit hinreichend genau abgebildet werden. Im dritten Schritt wurde das Emissionsverhalten des Verbrennungsmotors betrachtet. Wie bei den Optimierungsrechungen wurde sowohl der im Fahrzeug verbaute TD als auch ein moderner TDI betrachtet. Für den TD waren Prüfstandsmessungen möglich, für den TDI wurde ein Simulationsmodell erstellt. Dabei handelt es sich um ein Mittelwertmodell mit der Nachbildung der Wärmeübergänge im Motor und in der Abgasanlage sowie der Modellierung des Turboladers und der AGR. Für die Berechnung des Umsatzverhaltens im Oxidationskatalysator wurde ein Reaktionskinetikmodell angesetzt. Für den Autarken Hybrid wurden unterschiedliche Motorvarianten sowie die optimale Auslegung der E-Maschine untersucht. Das erzielbare Einsparpotential beträgt für beide Motorvarianten etwa 15% im NEFZ, wobei im reinen Stadtverkehr bis zu 30 % erreicht werden können. Die optimalen Leistungsgrenzen der E-Maschine liegen zwischen 12 und 16 kW. Eine kleinere Nennleistung (z. B. 8 kW) mit entsprechender Überlastfähigkeit ist möglich. Die Emissionswerte liegen im Hybridbetrieb günstiger, mit Ausnahme der NOX-Produktion des TDI, die stark erhöht ist und die eine Nachbehandlung erfordert. Das Wärmespeicherverhalten der Katalysatoren reicht aus, um bei Taktbetrieb ein Auskühlen der Abgasanlage zu verhindern. < zurück |
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