Energiemanagement & Antriebe

Die Entwicklung konventioneller und alternativer Fahrzeugantriebe ist traditionell ein Hauptaufgabenfeld des ika. Forschungs- und Entwicklungsarbeit in diesem Sektor haben einen hohen Stellenwert, um Mobilität zukünftig unabhängig von fossilen Energieträgern umweltverträglich und kostengünstig zu machen. Um diesen Ansprüchen zu genügen, gilt es, zum einen konventionelle Systeme zu optimieren und darüber hinaus zukunftsträchtige Konzepte zu entwickeln.

Bei der Suche nach neuen und verbesserten Antriebsystemen berücksichtigen wir nicht nur die Bereiche Energieverbrauch und Emissionen, sondern richten unsere Arbeit an den Bedürfnissen der Fahrzeugnutzer aus. Aspekte wie Leistungs- und Mobilitätssteigerung, aktive Sicherheit, Kostenreduktion und Komfortverbesserung spielen dabei eine ebenso wesentliche Rolle.

Szenarienorientierte Enwicklung

Wir sind im Besitz modernster Entwicklungswerkzeuge, die wir von der Konzeptentwicklung bis hin zur Erprobung von selbst gefertigten Prototypen einsetzen. Eigens von uns entwickelte Nutzwert-Analyseverfahren unterstützen zu Beginn einer Neuentwicklung die Konzeptdefinition und helfen dabei, geeignete Lösungsansätze zu finden. Um den jeweiligen Wünschen verschiedener Interessengruppen wie Herstellern, Nutzern und Gesetzgeber gerecht zu werden, legen wir unterschiedliche Szenarien zugrunde, die auch mittel- und langfristige Zukunftstrends berücksichtigen können.

Um bereits in einem frühen Entwicklungsstadium der Konzeptentwicklung umfassende, quantitative Aussagen über die Funktionsweise neuer Systeme treffen zu können, simulieren wir deren Längsdynamik mit Computerprogrammen wie MATLAB und SIMULINK und die Fahrdynamik mit ADAMS. Diese Simulationen sind der Schlüssel zu zielführenden Konzeptentwürfen.

Prototypenbau in eigenen Werkstätten

Im Bereich Konstruktion erstellen wir die erforderlichen 3D CAD-Modelle, die durch die Berechnung und Dimensionierung der benötigten Bauteile ergänzt werden. Im Bedarfsfall führen wir rechnergestützte Strukturanalysen und Optimierungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode durch.

Der Prototypenbau von mechanischen, hydraulisch/pneumatischen und elektrisch/ elektronischen Komponenten wird in unseren eigenen Werkstätten durchgeführt. Für die Software-Entwicklung stehen Entwicklungswerkzeuge zur Verfügung, die eine Codegenerierung auf Steuergeräte-Ebene direkt aus der Simulationsumgebung ermöglichen. Weiterhin können für die Serienanwendung Diagnose und Funktionale Sicherheit von neu entwickelten Antriebsfunktionen betrachtet werden.

Bei der Erprobung und endgültigen Optimierung neu entwickelter Antriebstrang-Prototypen kommen verschiedene Komponenten- und Gesamtantriebs-Prüfstände (z.  B. Motorprüfstände, Batterie-Test-Systeme, Getriebe- und Achsenprüfstände, Antriebswellen- und Gelenkprüfstände, Bremsenprüfstand, Rollen-Prüfstand) sowie unsere eigene Teststrecke zum Einsatz.

Leistungsspektrum

Neben der Abwicklung kompletter Entwicklungsaufträge bieten wir unseren Auftraggebern ebenso alle Einzelschritte des Entwicklungsprozesses als Teilleistung an. Zu unserem Standarddienstleistungsspektrum zählen insbesondere teil- und vollautomatische Prüfstanduntersuchungen, die im 24-Stunden-7-Tage-Woche-Modus gefahren werden, sowie Simulationsrechnungen und Konstruktionen jeglicher Art.

Das Spektrum der Aktivitäten im Bereich Antrieb wird abgerundet durch State-of-the-Art-Studien, Studien für Ministerien und die Betreuung von Flottenversuchen. Außerdem führen wir Seminare zur Aus- und Weiterbildung durch.

Elektrik/Elektronik

Die Entwicklung von automobilen Energiesystemen reicht von der Integration neuer Fahrzeugtechnologien bis zur Entwicklung innovativer Energiemanagementmechanismen und Absicherungskonzepten. Zur Auslegung und Analyse technologischer Ansätze erbringt das ika unter Einsatz von Simulationstools spezifische Untersuchungen wie Ladebilanz- und Spannungsstabilitätsanalysen und betrachtet Energiesysteme für konventionelle, aber auch für Hybrid- und Elektrofahrzeuge. Die Erprobung der entwickelten Algorithmen und die Untersuchung von Fehlerfällen erfolgt dann im Bordnetzlabor oder direkt im Fahrzeug.

Für die Entwicklung von Funktionsalgorithmen nutzt das ika das Tool MATLAB/SIMULINK. Die automatisierte C-Codegenerierung zum Einsatz der Algorithmen auf mikrocontrollerbasierten Steuergeräten erfolgt im Rahmen von modellbasierten Vorserien- und Serienentwicklungen mit Hilfe von Targetlink. Als Plattform zur Implementierung der Algorithmen im Fahrzeug vertreibt das ika 16 und 32 Bit mikrocontrollerbasierte Universalsteuergeräte. Die Verbindung mit einem eigenentwickelten OSEK-konformen Betriebssystem über Targetlink ermöglicht eine komfortable, nutzerspezifische Konfiguration der Universalsteuergeräte. Dank umfangreicher Expertise in der Hard- und Softwareentwicklung bietet das ika neben eigenen Produktentwicklungen die flexible Umsetzung kundenspezifischer Wünsche.

Thermomanagement

Unabhängig vom Antriebskonzept fällt in Fahrzeugen Abwärme an, welche bislang nur zu Heizzwecken genutzt wird. Durch innovative Ansätze können diese thermischen Ströme jedoch energieintensive Nebenaggregate, wie zum Beispiel den Klimakompressor, entlasten oder gar verdrängen und somit den Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs steigern.

Bei der Entwicklung zukünftiger Antriebskonzepte, wie zum Beispiel dem rein elektrisch angetriebenen Fahrzeug, wird das Thermomanagement vermehrt eine zentrale Rolle spielen, da der Kühlbedarf durch die notwendige Temperierung der elektrischen Speicher steigen wird. Gleichzeitig sinkt jedoch die verfügbare Abwärme. Neben dem Bedarf an Klimatisierungskälte wird in zukünftigen Fahrzeugen ein wesentlicher Bedarf an Heizwärme anfallen, sowohl aus Komfort- als auch aus Sicherheitsgründen. Bei schwindenden Abwärmemengen müssen daher zusätzliche Komponenten zur Abdeckung des Wärme- und Entfeuchtungsbedarfs vorgesehen werden. Diese Zusatzkomponenten verringern jedoch bei erhöhten Systemkosten wiederum die Effizienz des Fahrzeugs.

Um diesen steigenden Anforderungen auch in Zukunft gerecht werden zu können, arbeitet das Institut für Kraftfahrzeuge im Bereich Thermomanagement an folgenden Schwerpunkten:

• Adsorptionswärmepumpen und -kälteanlagen
• Sorptions- und Latentwärmespeicher
• Integrierte Gesamtkonzepte und innovative Regelansätze
• Mechanische Wärmepumpen
• Bedarfsminimierung

Das Leistungsspektrum im Bereich Thermomanagement reicht von der modellgestützten Entwicklung über den Prototypenbau bis zur Fahrzeugintegration und der Vermessung.

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