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| Nebenaggregate in mobilen Arbeitsmaschinen - Simulation zur Potentialabschätzung der Effizienzsteigerung durch bedarfsgerechte Drehzahlregelung | 5. Expertenforum Elektrische Fahrzeugantriebe 12./13. September 2012 Stuttgart/Fellbach |
Abstract:
Nebenaggregate in mobilen Arbeitsmaschinen (Traktoren, Baumaschinen, Flurförderzeuge usw.), wie z.B. die Kühlmittelpumpe, der Kompressor für die Klimaanlage, Ölpumpe, Lichtmaschine und im PKW-Bereich auch die Lenkhilfpumpe, sind mit einer festen Übersetzung an die Drehzahl des Verbrennungsmotors gekoppelt. Eine Auslegung der Nebenaggregate kann aufgrund des großen Drehzahlbereiches des Verbrennungsmotors nicht optimal sein. Der im angeforderten Betriebspunkt der Arbeitsmaschine sich einstellende Drehzahlpunkt des Verbrennungsmotors gibt die Drehzahl des Nebenaggregates unabhängig vom Leistungsbedarf des Arbeitsprozesses des jeweiligen Nebenaggregates vor. Der Bedarf des Arbeitsprozesses weicht meist von der Leistung, die das Nebenaggregat in dem jeweiligen Drehzahlpunkt zu leisten in der Lage wäre nach unten ab. Durch die zu hohe Drehzahl bedingte Verluste und Kennlinien-Fehlanpassungen des Leistungsvermögens erzeugen unnötig hohe Leistungsbereitstellung an der Schwungscheibe des Verbrennungsmotors und Verluste in der gesamten Wandlungs-Kette. Es wird erwartet, dass eine deutliche Effizienzsteigerung der Nebenaggregate durch deren Entkopplung von der Drehzahl des Verbrennungsmotors erreicht werden kann. Dies hätte die Einsparung von Ressourcen wie Kraftstoff und nicht zuletzt einen geringen Ausstoß des klimaschädlichen Gases CO2 zur Folge. Von entscheidender Bedeutung ist hierbei die Ermittlung der Leistungsaufnahmen der einzelnen Nebenaggregate in repräsentativen Belastungszyklen, wie sie beim Einsatz mobiler Arbeitsmaschinen vorkommen. Es wird in diesem Vortrag dargestellt, wie die Modellbildung und numerische 1D-Simulation den Unterschied der Konzepte in Bezug auf die Effizienz darzustellen helfen kann, den Betrieb von Nebenaggregaten deutlich effizienter zu realisieren und über eine bedarfsgerechte Regelung ein erhebliches Potential zur Kraftstoffeinsparung aufzuzeigen. In Beispielen wird gezeigt, bei welchen Betriebspunkten welche Leistungen der einzelnen Aggregate in einer mobilen Arbeitsmaschine beispielhaft benötigt werden, um diese dann bedarfsgerecht zu regeln und hinsichtlich des Gesamtsystems wirkungsgradoptimal zu betreiben. |
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| Verbrauchsreduzierung durch Drehzahl-Entkopplung von Nebenaggregaten an mobilen Arbeitsmaschinen | 4. Fachtagung Hybridantriebe für mobile Arbeitsmaschinen Karlsruher Schriftenreihe Fahrzeugsystemtechnik / Institut für Fahrzeugsystemtechnik ; 15 Seite: 37-48 |
Abstract: Stetig schärfere Abgasemissionsgrenzen und damit einhergehend immer komplexere Abgasnachbehandlungssysteme fordern zur weiteren Optimierung des Kraftstoffverbrauchs verstärkt die Optimierung des Motors in seiner Gesamtheit mit den Nebenaggregaten. Die Steigerung der Effizienz herkömmlicher Nebenaggregate besitzt insbesondere bei mobilen Arbeitsmaschinen eine große Hebelwirkung auf Grund des prinzipbedingten hohen absoluten Kraftstoffverbrauchs sowie hoher Betriebszeiten. Ein gemeinsames Forschungsprojekt zwischen dem Lehrstuhl für Mobile Arbeitsmaschinen (MOBIMA) sowie dem Institut für Kolbenmaschinen (IFKM) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), welches von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert wird, untersucht hierzu die Entkopplung der Nebenaggregate mobiler Arbeitsmaschinen von der Motordrehzahl. Die Verluste der wesentlichen Nebenaggregate einer mobilen Arbeitsmaschine werden hierzu unter charakteristischen Belastungen ermittelt und Potenziale zur Drehzahlentkopplung durch eine bedarfsgerechte Regelung dieser bezüglich eines wirkungsgradoptimalen Gesamtsystems erschlossen. Im Weiteren soll daraus eine Methodik entwickelt werden, mit Hilfe derer für einen Hersteller vereinfacht Aussagen getroffen werden können, in welchen Anwendungsfällen sich die Entkopplung lohnt, wann die Mehrkosten sich amortisieren und in welchen Fällen die herkömmlichen Varianten günstiger fahren. Es sollen den Herstellern Chancen und Grenzen bei der Verwendung entkoppelter Nebenaggregate aufgezeigt und bereits erste Möglichkeiten zur Drehzahlentkopplung vorgestellt werden. |
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| Modellbasierte Validierung von mobilen Arbeitsmaschinen im virtuellen Fahrversuch | Commercial Vehicle Tech CVT Symposium in Kaiserslautern | Abstract Die Entwicklung von automatisierten und energieeffizienten mobilen Maschinen stellt neue Anforderungen an die Erprobungsmethoden sowie die dabei verwendeten Werkzeuge. Der Beitrag beschreibt die Anwendung der modellbasierten Validierung mittels einer durchgängig eingesetzten Integrations- und Testplattform im gesamten Entwicklungsprozeß. Ziel der Methode sind präzise Aussagen über die Erfüllung der Ziele bzw. Spezifikationen auf Fahrzeugebene bereits in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses. Die Validierung dieser globalen Entwicklungsziele erfolgt durch virtuelle manöverbasierte Testfahrten, die in derselben Weise wie im realen Feldversuch durchgeführt werden. Dabei kommen je nach Verfügbarkeit detaillierte Simulationsmodelle aus unterschiedlichen Modellierungsumgebungen sowie reale Fahrzeugkomponenten und -systeme auf Leistungsprüfständen zum Einsatz. Der Einsatz der Methode wird am Beispiel eines Radladers veranschaulicht. |
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| Numerische 1D-Simulation von elektrisch hybriden Antriebssträngen und Nebenaggregaten mobiler Arbeitsmaschinen | E-MOTIVE Expertenforum „Elektrische Fahrzeugantriebe“ 07./08.09.2011 in Aachen |
Die Erstellung von verlustbehafteten numerischen Modellen elektrischer Komponenten für die Simulation von hybriden elektrischen Antriebssträngen ist für die Beurteilung der Effizienz zukünftiger Antriebsstrang-Topologien mobiler Arbeitsmaschinen unabdingbar und hilft, den Entwicklungsprozess erheblich zu verkürzen. |
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| Measuring torque on an engine test stand |
