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Über dieses Buch

Tobias Schürmann befasst sich mit dem kraftstoffeffizienten und lokal emissionsfreien Betrieb von Plug-in-Hybridfahrzeugen. Zur Identifikation der für einen solchen Betrieb entscheidenden prädiktiven Informationen baut er eine Simulationsumgebung bestehend aus einer mikroskopischen Verkehrs- und einer Längsdynamiksimulation auf. Mit dieser Umgebung erzielt der Autor eine parametrierbare und reproduzierbare Analyse der Einflüsse des Verkehrsaufkommens, der Verkehrsregelung, der Fahrweise und weiterer Umgebungsbedingungen auf die Effizienz verschiedener Lade- und Entladestrategien. Seine Umsetzung der hergeleiteten Zusammenhänge in eine regelbasierte prädiktive Betriebsstrategie zeigt, dass die Zielsetzungen miteinander vereinbar sind.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Motivation und Zielsetzung

Zusammenfassung
Durch die gestiegenen Anforderungen der Gesellschaft zur Schonung fossiler Rohstoffe [13] einhergehend mit dem gleichbleibenden Wunsch nach individueller Mobilität werden die Antriebsstränge heutiger Kraftfahrzeuge zunehmend elektrifiziert und teilweise durch rein elektrische Antriebsstränge ersetzt. Schon die geringe Elektrifizierung des Antriebs bietet den Vorteil, die Effizienz durch die Rekuperation von Bremsenergie und den gezielten Einsatz der Energiewandler zu steigern [26] und damit den Bedarf an fossilen Rohstoffen zu reduzieren. Stärker elektrifizierte Fahrzeuge mit der Möglichkeit zum externen Nachladen der Traktionsbatterie sowie rein elektrische Fahrzeuge bieten darüber hinaus die Möglichkeit lokal emissionsfrei zu fahren.
Tobias Schürmann

Kapitel 2. Stand der Technik

Zusammenfassung
Der Antriebsstrang von Hybridfahrzeugen zeichnet sich durch die Kombination von mindestens zwei verschiedenen Energiewandlern mit den jeweiligen Energiespeichern aus [20]. Aktuelle Serien- und Forschungsfahrzeuge bestehen zumeist aus einem Verbrennungsmotor (VM) mit Kraftstofftank sowie einer oder mehrerer elektrischer Maschinen (EM) mit Traktionsbatterie. Verschiedene topologische Anordnungen der Komponenten ermöglichen im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugantrieben weitere Betriebsmodi, auf die die Betriebsstrategie des Fahrzeugs mit unterschiedlichen Zielsetzungen wie beispielsweise zur Erhöhung der Effizienz zugreift.
Tobias Schürmann

Kapitel 3. Simulationsumgebung

Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird die für die folgenden Untersuchungen verwendete Simulationsumgebung vorgestellt. Der erste Teil dieser Umgebung besteht aus einer mikroskopischen Verkehrssimulation, welche die Parametrierung der Route, der Verkehrsregelung, des Verkehrsaufkommens sowie der Fahrer-Fahrzeug-Einheit ermöglicht. Aufgrund der gewünschten Anforderung hinsichtlich der exakten Wiedergabe von realem Fahrverhalten mit den Fahrer-Fahrzeug-Einheiten wurde das neue Fahrermodell Probability-Based Driver Model (PBDM) entwickelt und in die Verkehrssimulation integriert.
Tobias Schürmann

Kapitel 4. Generierung von Fahrsituationen

Zusammenfassung
In dieser Arbeit ist eine Fahrsituation eine Fahrt, die über die gesamte Länge gleichbleibende Eigenschaften hinsichtlich der Fahrweise, des Verkehrsaufkommens, der Verkehrsregelung sowie der Umgebungsbedingungen aufweist. Die nachfolgenden Analysen basieren auf solchen Fahrsituationen mit unterschiedlich starken Ausprägungen der genannten Eigenschaften. Zur Generierung der zugehörigen Geschwindigkeitsverläufe wird das zuvor erläuterte Fahrermodell PBDM zusammen mit der Verkehrssimulation SUMO verwendet.
Tobias Schürmann

Kapitel 5. Untersuchungen zum rein elektrischen Betrieb

Zusammenfassung
Das Ziel der folgenden Untersuchungen sind die zur Prädiktion des elektrischen Energiebedarfs für lokal emissionsfreies Fahren notwendigen Informationen. Dafür werden die Einflüsse der Fahrweise, der Verkehrsregelung, des Verkehrsaufkommens sowie weiterer Umgebungsbedingungen auf den elektrischen Energiebedarf analysiert und Zusammenhänge herausgearbeitet. Der Fokus der Untersuchungen liegt im ersten Teil dieses Kapitels auf innerstädtischen Fahrsituationen, da es gerade in diesen eng bewohnten Gebieten das Ziel, mit lokal emissionsfreiem Fahren die Emissionen zu reduzieren.
Tobias Schürmann

Kapitel 6. Untersuchungen zum Hybridbetrieb

Zusammenfassung
Mit den folgenden Untersuchungen wird bewertet, welche Informationen über die vorausliegende Strecke essentiell sind, um kraftstoffeffizient einen gewünschten Ladezustand der HV-Batterie einzuregeln. Dazu werden mithilfe der generierten Fahrsituationen die Auswirkungen der Verkehrsregelung, des Verkehrsaufkommens sowie der Fahrweise auf die Kosten und Ersparnisse von kraftstoffoptimalen Lade- und Entladestrategien betrachtet. Auf Basis der Ergebnisse werden zum einen die Bedeutung entsprechender prädiktiver Informationen sowie zum anderen die kraftstoffeffiziente Ausgestaltung möglicher prädiktiver Betriebsstrategien abgeleitet.
Tobias Schürmann

Kapitel 7. Regelbasierte, prädiktive Betriebsstrategie

Zusammenfassung
Basierend auf den in Kapitel 5und Kapitel 6 durchgeführten Analysen und den dabei abgeleiteten Zusammenhängen wird im Folgenden eine regelbasierte, prädiktive Betriebsstrategie (PBS) ausgelegt. Die primäre Zielsetzung der PBS ist ein innerstädtisches, lokal emissionsfreies Fahren bei höchstmöglicher Kraftstoffeffizienz. Im Fall eines dafür benötigten elektrischen Energiebedarfs, der über den kraftstoffeffizient bereitzustellenden Anteil hinausgeht, wird jedoch von dieser primären Anforderung abgewichen und es wird zur Gewährleistung einer hohen Kraftstoffeffizienz die Stadtfahrt nur anteilig elektrisch gefahren.
Tobias Schürmann

Kapitel 8. Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung
Das Ziel der Arbeit war mit der Nutzung von Informationen über die vorausliegende Fahrstrecke bei PHEVs den Kraftstoffbedarf reduzieren und zeitgleich lokal emissionsfreies Fahren in bewohnten Gebieten realisieren. Die zum Erreichen dieser Ziele entscheidenden Zusammenhänge wurden in Kapitel 5 und in Kapitel 6 hergeleitet. Dazu wurde eine Simulationsumgebung aufgebaut, die aus der Verkehrssimulation SUMO und Längsdynamiksimulationsmodellen vom Hybridantriebsstrang des Versuchsträgers
Tobias Schürmann

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