AUDI AG / Audi Electronics Venture GmbH
Ziel dieses Vorhabens ist die konsequente Weiterentwicklung der Elektrifizierung des Antriebsstrangs sowie die Analyse der Implikationen für das Gesamtfahrzeug. Zudem müssen Lösungen für die grundsätzlichen Herausforderungen des Elektrofahrzeugs wie Reichweite, Kosten und Nutzerakzeptanz erarbeitet werden. Die Neuentwicklungen und Lösungsansätze werden im Hinblick auf die Umsetzung in einem Demonstratorfahrzeug ausgelegt, und somit valide Aussagen für einen möglichen Einsatz in Serienprodukten ableiten zu können.
Die Partner des Verbundprojektes „e performance“ streben in diesem Projekt die Umsetzung verschiedener Forschungsschwerpunkte, welche im Themenbereich Elektrofahrzeug platziert sind, an. Folgende Themen werden adressiert:
• Leichtbau und neue Karosseriestrukturen
• Batterietechnologien auf Systemebene
• Leistungselektronik und Regelungstechnik
• Elektromotoren und Triebstrangauslegungen (Heck-, Front, Allrad)
• Fahrdynamik und Fahrwerkskonzepte
• Thermo- bzw. Klimamanagement
• Vernetzungstechnologien und Sicherheitskonzepte
• Bedienungskonzepte und Alltagstauglichkeit
• Betriebsstrategie und Testkonzepte
Während die AUDI AG u.a. die Konzept-, Komponenten- und Funktionsentwicklung übernimmt, ist die Zielsetzung der Audi Electronics Venture GmbH als 100%-ige Tochter der AUDI AG, Innovationen im Fahrzeug auf Basis neuer Technologien für die AUDI AG umzusetzen. Dies erfolgt durch eigene Funktions- und Softwareentwicklung sowie durch Technologie-Scouting. Aufgrund enger Vernetzung der AUDI AG mit der Audi Electronics Venture GmbH kann zielgerichtet auf die Serientauglichkeit von Komponenten und Funktionen hingearbeitet werden, und somit kürzere Entwicklungszeiten, Kompetenzaufbau und nachhaltige Vorteile bei allen Beteiligten gewährleistet werden.
Die Komponente Elektromotor in Verbindung mit der entsprechenden Leistungselektronik ist ebenso Teil der Neuentwicklung wie die Analyse verschiedener Antriebsstrangstrukturen (z. B.: Zentralmotor + Differentialstufe, Radnabenmotoren). Kriterien und Zielgrößen dieser Entwicklung sind neben der Leistungsdichte, den Kosten und dem Bauraumbedarf auch akustische Merkmale der Komponenten.
Durch die neuen Antriebskonzepte ergeben sich fahrzeugseitig Herausforderungen und Potentiale im Hinblick auf die Auslegung der Karosserie und die Gestaltung des Innenraums.
In Kombination mit einer konsequenten Umsetzung von umfangreichen Leichtbaumaßnahmen wird der Energiebedarf für den Vortrieb reduziert, was insbesondere für Elektrofahrzeuge wichtig ist. Darüberhinaus werden neue Packagekonzepte erarbeitet, um den Erfordernissen des elektrischen Antriebs gerecht zu werden.
Das Batteriesystem, bestehend aus Batteriezellen, Batteriemanagement und Gehäuse bzw. Anbindung zum Fahrzeug, nimmt als zentrale Komponente im elektrisch angetriebenen Fahrzeug einen großen Teil der Forschungsaufgaben ein. Zielgrößen bei der Entwicklung des Batteriesystems sind neben der Leistungsfähigkeit, dem Bauraum und dem Gewicht auch Kosten und Lebensdauer des Batteriepakets. Entscheidend für ein gutes Batteriesystem sind neben der Zellchemie, der Funktionsfähigkeit der Zellen im Verbund und der Integration ins Fahrzeug, auch die Sicherheit der Batterie im Falle eines Crashs als auch bei der Bergung des Fahrzeuges nach einem Unfall.
Teil der Gesamtentwicklung sind auch die Auswirkungen auf die Akustik und die Klimatisierung des Fahrzeuges, die bedingt durch den Wegfall des konventionellen Antriebs deutlichen Veränderungen unterliegen. Im Falle der Fahrzeugakustik resultiert aus dem elektrischen Antrieb einerseits für den Nutzer ein verändertes Geräuschbild, welches vermehrt durch Reifen- und Windgeräusche geprägt sein wird, und andererseits eine veränderte Wahrnehmung bei den übrigen Verkehrsteilnehmern. Insbesondere die Wahrnehmung des Fahrzeuges durch Fußgänger im Stadtverkehr stellt ein Sicherheitsrisiko und somit eine Entwicklungsaufgabe dar.
Das Thermomanagement, also das Heizen und Kühlen von Komponenten und Fahrzeuginnenraum, wird durch thermisch sensible Komponenten erschwert. Durch einen sehr effizienten elektrischen Antrieb und die damit einhergehende Reduktion an Wärmeverlusten sind zur Erfüllung von Komfortansprüchen des Kunden im Winter beispielsweise zusätzliche elektrische Heizelemente erforderlich. Da aber auch die Batterietechnik hier noch eingeschränkt ist muss neben dem Innenraum ggf. auch die Komponente aufgeheizt werden, um einsatzbereit zu sein. Das Gleiche gilt bei hohen Außentemperaturen im Sommer, bei denen der Fahrzeuginnenraum aber auch die Batterie gekühlt werden müssen, um den gewünschten Kundenkomfort aufrecht zu erhalten und den Bauteilschutz der Batterie sicherzustellen.
Das Fahrverhalten von E-Fahrzeugen bietet gegenüber konventionellen Fahrzeugen potentielle Vorteile, bringt aber auch Herausforderungen bezüglich Sicherheit und Energieverbrauch. So müssen die bekannten Auslegungskonflikte von Fahrverhalten und Energieverbrauch in Hinblick auf die begrenzte Energiemenge neu bewertet werden und Handlungsempfehlungen abgeleitet werden. Der Einsatz von Brake-by-wire-Systemen in zukünftigen Elektrofahrzeugen ermöglicht eine verbesserte Rekuperations-Effizienz und somit eine weitere Reduktion des Energieverbrauchs. Gleichzeitig ermöglicht die mechanische Entkopplung der Betätigung von der Radbremse völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten der Mensch-Maschine-Schnittstelle. Weiterhin werden neue Fahrwerkskonzepte entwickelt, die durch das HV-Bordnetz erst realisiert werden können und die Potential zur Rekuperation liefern („Energy Harvesting“).
Bei der gesamten Fahrzeugentwicklung werden im Projektverlauf intensiv Simulationstools in den verschiedenen Bereichen eingesetzt, um den Entwicklungsablauf effizient zu gestalten und den Aufwand gering zu halten. Die Kopplung dieser verschiedenen Simulationsmodelle zu einem Gesamtfahrzeugmodell ist Teil dieses Vorhabens. Die Entwicklung eines fahrzeugübergreifenden Energiemanagements wird mit Hilfe dieses Gesamtsimulationstools erfolgen. Verbrauchsorientierte Betriebsstrategie, Ladezustand der Batterie sowie thermischer Zustand der Komponenten beeinflussen die verfügbare Antriebsleistung und damit die möglichen Sollmomente des Reglers und werden bei der Umsetzung des Energiemanagements berücksichtigt.
Bestandteil des Vorhabens ist der Aufbau von Versuchsträgern, um die zuvor beschriebenen Entwicklungsschwerpunkte in der Praxis testen zu können. Dabei werden neben dem Gesamtfahrzeug auch einzelne Module auf entsprechenden Prüfständen und im Fahrzeug getestet.
Die AUDI AG führt in diesem Förderprojekt gemeinsam mit seinem Partner Audi Electronics Venture GmbH für die in ihrer Verantwortung durchgeführten Arbeitspakete als auch für das Gesamtvorhaben das Projektmanagement im Verbundprojekt, sorgt für einen kontinuierlichen und inhaltlichen (Wissens-)Transfer und stimmt die Zusammenarbeit aller Partner ab.
