Bachelor-Thesis: Sebstian Schürmann:

Parametrisierung des Straßenverhaltens und Konzeptionierung von Regelungsaufgaben zur Bestimmung fahrzeugspezifischer Kennwerte an einem Rollenprüfstand

 

Kurzfassung:

Das Hydro2Motion-Team der Hochschule für angewandte Wissenschaften München entwickelt ein Fahrzeug, welches darauf ausgelegt ist mit einer definierten Menge Treibstoff eine möglichst hohe Reichweite zu erreichen.

Zur Erprobung dieses Fahrzeuges ist aus vergangenen Projektarbeiten ein Rollenprüf-stand entstanden. Bisher lassen sich anhand des Rollenprüfstandes beliebige Belastun-gen, durch ein vorgegebenes Drehmoment am Prüfstandsmotor, simulieren. Im Rahmen dieser Arbeit wird das aus den Projektarbeiten entstandene Potenzial genutzt, um eine umfassende Gesamtfahrzeugerprobung zu ermöglichen. Versuche am Gesamtfahrzeug ermöglichen die Wechselwirkung aller Bauteile untereinander zu berücksichtigen.


Hauptnutzer von Rollenprüfständen ist die Automobilindustrie. Die in diesem Bereich entwickelten Verfahren werden recherchiert und analysiert, um letztendlich die Er-kenntnisse auf das H2M-Fahrzeug und den H2M-Rollenprüfstand anzuwenden. Für das geplante Projekt gilt, verschiedene Regelungskonzepte, die zur Ermittlung fahrzeugspe-zifischer Parameter dienen, zu entwickeln und zu beschreiben

Neben Regelungsvarianten, die zur Validierung von Bauteilen dienen, soll ein Verfah-ren entwickelt werden, anhand dessen eine Simulation des Straßenbetriebes auf dem Prüfstand möglich ist. Hierzu muss der reale Fahrwiderstand durch einen geeigneten Fahrversuch ermittelt und jene Faktoren am Rollenprüfstand bestimmt werden, aus de-nen eine Abweichung zum Straßenbetrieb resultiert.


Es erfolgt eine Beschreibung der einzusetzenden Verfahren, der entstehenden Abwei-chungen sowie der benötigten Regelungskonzepte. Abschließend wird in einem Aus-blick auf eine Regelungsart, die es ermöglicht eine Teststrecke zu simulieren, eingegangen.


Die Bearbeitung der Themen erfolgt stets mit dem Gedanken Möglichkeiten aufzuzei-gen, die zu einer Steigerung der Effizienz des Hydro2Motion-Fahrzeuges führen. Durch eine regelmäßige Teilnahme an den Teammeetings des H2M-Teams erfolgt ein laufen-der Austausch über den Stand der Arbeit sowie der zu bearbeitenden Themen.

Zusammenfassung und Ausblick:

Bezugnehmend auf die wissenschaftliche Arbeit lässt sich festhalten, dass die Punkte die notwendig sind, um eine Gesamtfahrzeugerprobung durch den Rollenprüfstand zu ermöglichen, umfassend beschrieben worden sind. Eine detailliertere Beschreibung der Themen, gerade in Bezug auf die Umsetzung einzelner Punkte, ist aufgrund des Umfanges nicht möglich gewesen. Aufgrund der Abweichungen des H2M-Fahrzeuges vom klassischen KFZ, haben sich stetig weitere Themenbereiche erschlossen, die es zu berücksichtigen bzw. umzusetzen gilt. Die in diese Arbeit einbezogenen Themen sowie die Entwicklung der Regelungskonzepte sind in Zusammenarbeit mit dem Betreuer und dem Team entstanden und sorgfältig analysiert worden. Gerade der Betreuer hat auf-grund seiner Erfahrungen in der Industrie mit Hinweisen und Ideen zur Arbeit beigetragen. Bei der Umsetzung der einzelnen Themen gilt es dennoch, die jeweiligen Punkte an entstehende Problematiken anzupassen.


Zur Umsetzung des geplanten Projektes hat die Automobilindustrie einen ersten Anhaltspunkt geliefert. Die Automobilindustrie ist aufgrund ihrer Größe der dominierende Bereich, in dem Rollenprüfstände eine Verwendung finden. So ist im Laufe der Jahre eine Vielzahl an Literatur entstanden, die sich mit Themen rund um Rollenprüfstände beschäftigt. Eine genaue Beschreibung eingesetzter Regelungsvarianten zur Erprobung der fahrzeugspezifischen Kennwerte oder zur Kompensation der Unterschiede in der Walkarbeit, ist dagegen nur im geringen Umfang aufgeführt. Die hier beschriebenen Regelungsstrategien sind im Wesentlichen unter der Zusammenarbeit mit dem Betreuer entstanden. Werden die beschriebenen Regelungskonzepte und deren Versuche umgesetzt, ermöglicht der Rollenprüfstand der Hochschule München eine gezielte Optimie-rung des Fahrzeuges, welche letztendlich zu einer Effizienzsteigerung führt.


Insbesondere die Fahrmassensimulation ist auf die Ergebnisse des Ausrollversuches angewiesen, da hier die Fahrwiderstände auf der Straße ermittelt werden. Dieser gilt jedoch zusammenfassend als kritisch zu betrachten, da hier aufgrund der starken Anfälligkeit gegenüber Störeinflüssen mit starker Schwankung zu rechnen ist. Ferner ist nicht erprobt, inwiefern sich die in der Automobilindustrie getroffenen Annahmen für eine Auswertung des Ausrollversuches mit dem H2M-Fahrzeug aufrechterhalten lassen. Die Bestimmung der Fahrwiderstände im Straßenbetrieb bildet die Grundlage einer realitätsnahen Simulation am Rollenprüfstand. Ergeben sich bei der Bestimmung der Fahrwiderstandsbeiwerte Abweichungen, erfolgt eine von der Realität abweichende Rege-lung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Für eine Fahrmassen- oder Fahrstraßensimulation sollte daher eine Weiterentwicklung des Ausrollversuches in Bezug auf das Hydro2Motion-Fahrzeug priorisiert werden. Um das Verhalten der Fahrzeugkomponenten näher untersuchen zu können, eignen sich die Regelungskonzepte aus 6.4.3 bis 6.4.6.


Die Fahrmassensimulation ermöglicht eine umfassende Erprobung des Fahrzeuges ohne dafür auf die Straße ausweichen zu müssen. Fahrstrategien, in denen das Fahrzeug mit einem möglichst geringen Energieverbrauch bewegt wird, können so im Teamraum entwickelt werden. Die Umsetzung der Fahrstraßensimulation ist, aufgrund der noch notwendigen Recherche, erst nach der Umsetzung der Fahrmassensimulation sinnvoll.


Hinsichtlich des Umfanges der Thesis ist es nicht möglich gewesen die Ansätze aus dieser Arbeit zu testen bzw. umzusetzen. Im Anschluss der Bachelor-Thesis sind in Abstimmung zum Team verschiedene Projektarbeitsthemen zu definieren. Im Rahmen der Projektarbeiten werden jene Punkte umgesetzt, die nötig sind, um eine Erprobung auf dem Rollenprüfstand zu ermöglichen.


Auch ist es im Rahmen der Arbeit nicht möglich gewesen, die Regelungskonzepte oder die Kombination der Versuchsergebnisse bezüglich der Fehlerentwicklung zu bewerten. Die Kombination der Ergebnisse aus verschiedenen Versuchen ist erst dann sinnvoll, wenn aus den Regelungskonzepten reproduzierbare Ergebnisse mit geringen Abweichungen entstehen. Da das H2M-Fahrzeug auf höchste Effizienz ausgelegt ist, bewirken kleine Abweichungen bei der Bestimmung der Messwerte einen großen Einfluss auf das Ergebnis. Da über dem gesamten Messbereich nur kleine Messfehler zulässig sind, folgen für die Implementierung zukünftiger Mess- und Regelungstechnik erschwerte Bedingungen.


Aufgrund der Bauart des Prüfstandes, ist es nicht möglich alle Fahrzeugkomponenten in die Entwicklung mit einzubeziehen. Bauteile der Vorderachse sind von der Entwicklung am Rollenprüfstand ausgeschlossen. Wird dieser um eine weitere Prüfachse erweitert, können die Einflüsse der Vorderachse mit einbezogen werden. Zudem können die Unterschiede der Walkarbeit näher bestimmt werden.

Resümierend gehen aus dieser Arbeit viele Ansätze hervor, mit denen das Potenzial des Rollenprüfstandes als Entwicklungsplattform effektiv genutzt werden kann.