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1 Vortrag Simulation der Energieflüsse des TOYOTA Prius im Europäischen Fahrzyklus Masterarbeit in Kooperation mit dem Institut für Fahrzeugtechnik der.

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Präsentation zum Thema: "1 Vortrag Simulation der Energieflüsse des TOYOTA Prius im Europäischen Fahrzyklus Masterarbeit in Kooperation mit dem Institut für Fahrzeugtechnik der."—  Präsentation transkript:

1 1 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 Tim Nowakowski Fachhochschule Köln University of Applied Sciences Cologne

2 Tim Nowakowski2 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

3 Tim Nowakowski3 ECE/EG-Testzyklus Richtlinie RL 80/1268/EWG Richtlinie RL 80/1268/EWG verbindliches Verfahren für die BRD und den weiteren EG-Raum verbindliches Verfahren für die BRD und den weiteren EG-Raum Messung der emittierten Schadstoffe und des Verbrauchs Messung der emittierten Schadstoffe und des Verbrauchs Rollenprüfstandsmessung unter definierten Bedingungen Rollenprüfstandsmessung unter definierten Bedingungen

4 Tim Nowakowski4 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 Energie durch rekuperatives Bremsen

5 Tim Nowakowski5 Einteilung der Hybridfahrzeuge Grundsätzlich drei verschiedene Bauformen/Konzepte weitere Unterscheidung in Micro- Mild- und Full-Hybrid maßgeblich installierte elektrische Leistung

6 Tim Nowakowski6 Der TOYOTA Prius Full-Hybrid Mischhybrid Bauweise optimierter Ottomotor zwei AC-Synchronmotoren Nickel-Metallhydrid-Akku Leistungselektronik stufenlose Übersetzung Planetengetriebe Rekuperation

7 Tim Nowakowski7 Technische Daten MerkmalDaten Prius NHW11 Ottomotor1497 cm³, 4-Zylinder, DOHC Leistung53 kW bei 4500 min -1 Drehmoment115 Nm bei 4200 min -1 ElektromotorAC-Synchronmotor Leistung33 kW bei 1040 min -1 Drehmoment350 Nm bei min -1 Höchstgeschwindigkeit160 km/h Beschleunigung km/h13,4 s Batteriekapazität1778 Wh

8 Tim Nowakowski8 Simulationsmodell Verwendung gesicherter Daten soweit verfügbar Verwendung gesicherter Daten soweit verfügbar Veröffentlichungen des Herstellers, Fachzeitschriften und Aufsätze Ergänzung durch Annahmen und Vergleichswerte Ergänzung durch Annahmen und Vergleichswerte Systemlieferanten, Fachliteratur und Konstruktionsrichtlinien Definition eines Simulink-Modells Definition eines Simulink-Modells modularer Aufbau, voneinander abgrenzbare Einzelsysteme Einsatz von verschiedenen Subsystemen

9 Tim Nowakowski9 Elektromaschinen MG2 Antrieb & Rekuper. MG1 Generator u. Starter 3-Phasen Wechselstrom eigener Kühlkreislauf

10 Tim Nowakowski10 Verbrennungsmotor (ICE) geringe Reibverluste kleine Drehzahlen variabler Ventiltrieb unkonv. Steuerzeiten modifiziertes Verfahren b e = 225 g/kWh (min.) angepasstes Kennfeld

11 Tim Nowakowski11 Getriebe Getriebe-Differentialkombination Verbindung aller Aggregate Planetengetriebe (Lstg.-Verzw.) Vorgelege (Untersetzung) festes Übersetzungsverhältnis näherungsweise Berechnung Grundlage Zähnezahlen

12 Tim Nowakowski12 Planetengetriebe (PSD) ein Plantenradsatz vier Grundelemente Drehzahlregelung mehrere Freiheitsgrade n MG2 abhängig von v Überschlägige Berechnung auf Grundlage der Zähnezahlen Überschlägige Berechnung auf Grundlage der Zähnezahlen n MG1 = -2,6 * n MG2 - bei rein elektrischem Betrieb (ICE in Ruhe) n MG1 = 3,6 * n ICE - Stillstand des Fahrzeug und laufender ICE n MG1 = 3,6 * n ICE – 2,6 * n MG2 - Mischbetrieb

13 Tim Nowakowski13 Momentenverhältnisse und Fahrwiderstände PSD liefert konstante Momentenaufteilung PSD liefert konstante Momentenaufteilung 72 % des vom ICE erzeugten Drehmoment gelangt an die Räder 28 % werden zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt (MG1) Fahrwiderstände basieren auf Grundgleichung des Antr. Fahrwiderstände basieren auf Grundgleichung des Antr. ZugkraftBeschleunigungswid.Steigungswid.Luftwid.Rollwid.

14 Tim Nowakowski14 Modellaufbau Oberste Ebene des Gesamtmodells Subsyteme werden nach außen wie Funktionsblöcke behandelt

15 Tim Nowakowski15 Modellbildung Beschleunigung dv / dt Simulationszeit Geschwindigkeitsdifferenz dv Matrix für den Testzyklus

16 Tim Nowakowski16 Modellbildung Verweis auf Vektoren M-File

17 Tim Nowakowski17 Kraftstoffverbrauch

18 Tim Nowakowski18 Ergebnisse Simulation wesentlicher technischer Eigenschaften Simulation wesentlicher technischer Eigenschaften Hauptmechanismen Antriebsaggregate Universeller Einsatz möglich Universeller Einsatz möglich Parameterstudien verschiedene Fahrzeugkonfigurationen Beliebige Fahrprogramme und Testzyklen


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