Prädiktion des Wärmehaushaltes von Fahrzeuggetrieben am Beispiel einer elektrischen Antriebsachse für ein schweres Nutzfahrzeug

Autor*in:

Roland Paul Uerlich

Seitenzahl:

160

DOI:

https://doi.org/10.18154/RWTH-2025-07620

Jahr:

2025

Sprache:

Deutsch

Format:

digital

Die Elektrifizierung des schweren Nutzfahrzeugsektors ist einer der wesentlichen Bestandteile zur Erreichung europäischer Emissionsziele. Die hohen Laufleistungen dieser Fahrzeuge münden in einer hohen Emissionsreduktion pro elektrifiziertem Fahrzeug. Eine vollständige Elektrifizierung erfordert den Neuentwurf des Antriebsstrangs, befreit aber von der Berücksichtigung von Altteilen. Die kompakte Bauweise elektrischer Antriebssysteme und die daraus resultierende Interaktion zwischen den Systemen führt zur erhöhten Bedeutung der thermischen Interaktion. In diesem Bereich gibt es bislang nur begrenzte Erfahrungswerte.

Innerhalb dieser Dissertation wurde eine Methode zur Prädiktion der Wärmebilanz automobiler Getriebe entwickelt. Ziel des Ansatzes ist es, eine erste Abschätzung der Wärmebilanz auf Basis initialer Getriebetopologien vorzunehmen. Im Rahmen der Methodik wird ein thermisches Getriebemodell automatisiert generiert, das auf generischen Komponenteneigenschaften sowie einer initialen Auslegung ausgewählter Getriebeelemente beruht. Auf dieser Grundlage erfolgt die thermische Prädiktion des Systems, welche die Identifikation thermisch kritischer Systemelemente ermöglicht. Diese können somit frühzeitig im Entwicklungsprozess berücksichtigt werden und wodurch die Zahl der Entwicklungsiterationen reduziert werden.

Die vorliegende Dissertation adressiert den aktuellen Stand der Technik dieser Thematik in Kapitel 2 und erläutert die relevanten grundlegenden Getriebeanwendungen sowie bestehende thermische Modellierungsansätze. Aufbauend darauf werden in Kapitel 3 die aus dem Stand der Technik resultierenden Forschungsfragen sowie damit einhergehende methodische Anforderungen formuliert. Innerhalb des Kapitel 4 wird die qualifizierte thermische Modellierungsmethodik abgeleitet und die entwickelten Prädiktionsschemata detailliert beschrieben. Die Qualität dieser Prädiktion wird innerhalb der Kapitel 5 und 6 zunächst anhand eines einfachen simulativen Anwendungsfalls sowie am Beispiel der im Projekt „Concept ELV²“ entwickelten elektrischen Antriebsachse eines schweren Nutzfahrzeugs bewertet. In Kapitel 7 werden schließlich die eingangs formulierten Forschungsfragen diskutiert und die wesentlichen Erkenntnisse zusammengefasst. Die Ergebnisse der beiden Anwendungsfälle verdeutlichen den erheblichen Mehrwert der komponentenbasierten thermischen Modellierung für ein Getriebesystem. Aufgrund fehlender Detailinformationen in den frühen Entwicklungsphasen zeigen sich Abweichungen zwischen dem Simulationsmodell und der versuchstechnischen Validierung. Diese Abweichungen sind dem Charakter der Methodik geschuldet, können aber durch die Integration von Erkenntnissen bestehender Systeme vermindert werden, wodurch insbesondere die Eignung zur Prädiktion von instationären Systemzuständen weiter verbessert werden kann.