Concept ELV²

Concept Elektro-Lkw im schweren Verteilerverkehr

Anfang Oktober 2017 wurde das Projekt "Concept Elektro-Lkw im schweren Verteilerverkehr - Concept-ELV²" gestartet. Ziel des Projektes ist die Integration eines elektrischen Antriebstrangs in Verteilerverkehr-Anwendungen. Im Hinblick auf immer striktere Emissionsgrenzen sollen elektrische Güterverkehrsfahrzeuge - insbesondere in urbanen Ballungsräumen - Transportaufgaben von den dieselbetriebenen Fahrzeugen übernehmen, möglichst ohne Abstriche an den Leistungsanforderungen.

Am ika wird das Projekt von drei unterschiedlichen Forschungsbereichen (Energiemanagement & Antriebe, Fahrzeugkonzepte & HMI und Verkehrspsychologie & Akzeptanz) im Zuge von verschiedenen Arbeitspaketen bearbeitet. Die Inhalte der Arbeitspakete werden im Folgenden kurz beschrieben. Für spezifische Rückfragen kann gerne der Projektleiter angefragt werden.

AP1: Entwicklung einer modularen Betriebsstrategie – Generischer Energiemanagement-Ansatz

In diesem Arbeitspaket wurde ein generisches Energiemanagementkonzept zur Steuerung der Energieflüsse von Antrieb und Nebenverbrauchern entwickelt. Das besondere Augenmerk lag hierbei beim generischen Ansatz, welcher es ermöglicht, die gleiche grundlegende Steuerungslogik für verschiedene Fahrzeugaufbauten zu nutzen. Es konnte simulativ gezeigt werden, dass damit im Vergleich mit heuristischen und individuell angepassten Betriebsstrategien ähnliche energetische Eigenschaften des Fahrzeugs erzielt werden konnten.

AP2: Optimierung und Weiterentwicklung des aktuellen e-Achskonzept

Dieses Arbeitspaket beschäftigt sich mit der Analyse der inzwischen im Daimler Truck eActros in Serie hergestellten e-Achse. Die Achse wurde simualtiv abgebildet und die Ergebnisse analysiert. In einem weiteren Schritt wurden zwei Entwicklungsstände der e-Achse auf einem Prüfstand des ika vermessen. Der Fokus lag dabei auf der Effizienzvermessung.

AP3: Erforschung innovativer und effizienter e-Achskonzepte inkl. Aufbau

Die Erkenntnisse aus dem vorigen AP2 sind in dieses Arbeitspaket eingeflossen. Das Ziel war es, eine prototypische e-Achse aufzubauen. Dazu wurden innovative methodische Ansätze zur Generierung einer Getriebetopologie sowie zur Evaluierung des Konzeptes entwickelt und angewendet. Die Verzahnungsoptimierung wurde von Kollegen des WZL der RWTH Aachen durchgeführt. Wissenschaftler des IEM der RWTH Aachen haben eine prototypische, innovative e-Maschine ausgelegt und aufgebaut. Das finale Getriebekonzept wurde ebenfalls prototypisch aufgebaut (siehe Abbildung oben) und wird aktuell auf einem Prüfstand des ika vermessen. Dazu wird ein Hochdrehzahlgetriebe, um den reinen mechanischen Wirkungsgrad ohne den Einfluss der e-Maschine zu bestimmen, so wie Highend-Messtechnik verwendet. Die e-Maschine wird im Anschluss vermessen. Das untenstehende Poster beschreibt die angewendeten Entwicklungsmethoden in Kürze.

AP4: Entwicklung und Akzeptanzforschung von HMI-Konzept

Mit Hilfe von iterativen Nutzerstudien wurde ein HMI-Konzept für batterieelektrische LKW entwickelt, welches der Fahrerin oder dem Fahrer das Verbrauchsverhalten des Fahrzeugs einfach vermittelt. Der Fahrerin oder dem Fahrer werden Nebenverbraucher, Reichweitenänderungen und Handlungsempfehlungen in einer möglichst salienten Darstellung angezeigt. Durch die so sehr gut wahrnehmbare und verständliche Anzeige kann die Akzeptanz batterieelektrischer LKW von Fahrerinnen und Fahrern erhöht werden und Reichweitenängste vermindert werden.

AP5: Entwicklung einer Platform zur Einsatz- und Ladeinfrastrukturplanung im urbanen Umfeld

In diesem Arbeitspaket wurde ein Webtool zur Ladeinfrastrukturplanung und Flottenmanagement entwickelt. Dieses Webtool bietet Ladeinfrastrukturbetreibern die Möglichkeit, auf einer Karte die Potentiale für die Installation von Ladeinfrastruktur zu ermitteln und so attraktive Standorte für den Ausbau der eigenen Dienste zu finden. Für Flottenbetreiber bietet das Tool die Möglichkeit, die eigene Flotte zu überwachen und sich mögliche Ansätze für die Elektrifizierung der Flotte vorschlagen zu lassen.

AP6: Konzept für die Ausweitung der Elektrifizierung auf den Fernverkehr

Im AP6 wurden verschiedene Technologien für die Elektrifizierung des Fernverkehrs untersucht. Dabei wurden für batterieelektrische LKW beispielsweise verschiedene Nachladestrategien und deren Potential untersucht. Für rein batterieelektrische LKWs im Fernverkehr sind Schnellladesysteme im Megawattbereich notwendig, um notwendige Energiemengen in begrenzter Pausenzeit nachladen zu können.

Im Kontext des Projektes getätigte Veröffentlichungen:

AP3:

1. Auslegung einer elektrischen Antriebsachse für einen schweren Lkw (Sven Köller, Roland Uerlich, Christian Westphal, Marius Franck), ATZheavy duty 14, 18.06.2021, DOI: 10.1007/s35746-021-0423-5
2. Concept ELV² – Design of an Electric Drive Axle for Heavy Distribution Traffic (Roland Uerlich, Sven Köller, Gordon Witham, Christian Westphal), 30th Aachen Colloquium Sustainable Mobility 2021
3. Systematic synthesis and multi-criteria evaluation of transmission topologies for electric vehicles
   Automotive and Engine Technology (AAET), December 2021
   Sven Köller, Vincent Schmitz
   DOI: 10.1007/s41104-021-00101-5

AP4:

1. HMI Concept for the Optimization of the Used Range in Battery Electric Vehicles (Philip Westerkamp, Pia S. C. Dautzenberg, Christopher Brockmeier, Stefan Ladwig & Lutz Eckstein), 07.10.2020, 29th Aachen Colloquium Sustainable Mobility 2020
2. Display of Range Changes in E-Trucks: An Empirical Investigation of Three Concept Variants (Pia S. C. Dautzenberg, Gudrun M. I. Voß, Philip Westerkamp, Sabine Bertleff & Stefan Ladwig) 29.04.2021, 3rd International Conference on Human Interaction and Emerging Technologies Strasbourg, France
3. Display of Range Changes in Electric Trucks: Final HMI Concept Evaluation in a Virtual Reality Simulator Study (Anna-Lena Köhler, Pia S. C. Dautzenberg, Philip Westerkamp, Friedrich Niehaus, Gudrun M. I. Voß, Stefan Ladwig), 06.10.2021, 30th Aachen Colloquium Sustainable Mobility 2021