Ermittlung eines optimalen Sportwagen-Hybrid im Spannungsfeld von Rennstreckenperformance und Umweltverträglichkeit (CO2-Emission)

Jobst, David

Gegenstand dieser Arbeit ist die Ermittlung eines optimalen Sportwagen-Hybrid mit Standardantrieb. Die Hauptmotivation ist dabei die Reduzierung der CO2-Emission. Gleichzeitig besteht die spezielle Aufgabe, die dynamischen Fahreigenschaften in der Längs- und, wenn möglich auch in der Querdynamik zu verbessern. Diese ökologischen und fahrdynamischen Eigenschaften sollen mit Hilfe dieser Arbeit optimal kombiniert werden. Die oben genannten Attribute werden in folgende Zielgrößen aufgeteilt: Gesetzliche/ökologische Eigenschaft * Reduktion CO2-Emission Fahrdynamische Eigenschaften * Verbesserung Beschleunigung --> Längsdynamik * Verbesserung Instationärverhalten --> Längsdynamik * Verbesserung Agilität/Stabilität --> Querdynamik * Verringerung Rundstreckenzeit --> Längs- und Querdynamik Dabei steht die Erfüllung der Zielsetzungen unter der Prämisse der Reproduzierbarkeit. Das bedeutet, dass das Fahrzeug auf Fahrerwünsche immer gleich und daher vorhersehbar reagiert. Die Aufgabe besteht in der Berechnung und Bewertung des optimalen Hybridkonzepts (E- Maschinen-Position) mit der passenden Anbindung der E-Maschine und die für die Erfüllung der Zielparameter idealen Konfiguration des E-Systems (Leistung/Energieinhalt) aus technischer/funktionaler Sicht (keine Kostenbewertung). Im letzten Abschnitt des Hauptteils wird der optimale Sportwagen-Hybrid für den Standardantrieb ermittelt und damit die zentrale offene Fragestellung der Arbeit beantwortet. Dabei gibt es nicht die eine optimale Lösung. Nachdem sich die Konfiguration mit einer Leistung von 100 kW gerade im Bereich der Längs- und Querdynamik als die zielführendste erweist, können bei der finalen Auswahl des Hybridkonzepts die Optionen mit und ohne Torque-Vectoring unterschieden werden.

In this thesis, the interest is on the evaluation of an optimal hybrid sports car with a standard powertrain. The main motivation is the reduction of the CO2-emissions. At the same time there is the special challenge to improve the dynamic driving performance of the car in the longitudinal and if possible, also in the transversal direction. These ecological and performance properties have to be combined in this thesis to an optimum. The previously named characteristics are split up in the following command variables: Lawful/ecological characteristic * Reduction of the CO2-emission Dynamic driving performance * Improvement of the acceleration --> longitudinal dynamic * Improvement of the transient characteristic --> longitudinal dynamic * Improvement of the agility/stability --> transversal dynamic * Reduction of the lap time --> longitudinal and transversal dynamics Thereby all command variables have to fullfill the condition of reproducibility. That means that the car always responds to the drivers input in a similar and therefore in a predictable way. The challenge is the calculation and evaluation of the optimal hybrid concept (position of the electric machine in the powertrain) in combination with the adequate connection of the electric machine. Furthermore the aim is to find out the ideal configuration of the electric System (installed power and energy) in order to fullfill the command variables (no evaluation of costs). Finally the optimal hybrid sports car with a standard powertrain is evaluated and therefore the main question of this thesis is answered. Thereby there is no single and explicit solution. The configuration with a power of 100 kW is proved to be most productive in the longitudinal and transversal dynamics. In the final selection of the best hybrid concept it can be distinguished in the options with or without torque-vectoring.

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Jobst, David: Ermittlung eines optimalen Sportwagen-Hybrid im Spannungsfeld von Rennstreckenperformance und Umweltverträglichkeit (CO2-Emission). 2014.

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