Ga naar hoofdinhoud

Aandrijflijn E-voertuigen simuleren en testen

Simulatiemodel met meerdere onderdelen van een elektrische aandrijflijn (foto's: Fraunhofer LBF).

Ook al kun je het bij de meeste modellen niet direct zien: elektrische voertuigen verschillen duidelijk van voertuigen met verbrandingsmotoren. Niet alleen de soort motor is anders, ook zijn er andere, compactere transmissies en de aandrijflijn heeft meestal andere traagheids- en stijfheidsverhoudingen. Het gevolg hiervan is ook een ander trillingsgedrag. De markt voor elektrische voertuigen is nog jong en daarom beschikt men bij de ontwikkeling nog over weinig ervaring met betrekking op dit gebied.

Voor een succesvolle ontwikkeling van deze systemen zijn geschikte simulatiemodellen en testen van prototypes van cruciaal belang. In het kader van het door het Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gesubsidieerde onderzoeksproject ‘e-Generation’ ontwikkelde het Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) methodes en gereedschappen voor de simulatie en het experimenteel testen van de elektrische aandrijflijn. Doel hiervan is het trillingsgedrag en de daaruit voortvloeiende bedrijfsbelasting te onderzoeken.

De belangrijkste doel van het project waren

  • het verhogen van de actieradius van elektrische voertuigen door een lager energieverbruik;
  • het verlagen van de productiekosten;
  • het verbeteren van de kwaliteit van het product voor dagelijks gebruik.

Simuleren en testen

Fraunhofer LBF heeft simulaties uitgevoerd met in principe verschillende gedetailleerde dynamische simulatiemodellen, opgebouwd in de vorm van 1D- en 3D-simulatiemodellen met meerdere componenten. De simulaties werden uitgevoerd met het oog op bedrijfszekerheid en betrouwbaarheid van het systeem.

In de eerste fase van het project lag de nadruk op eenvoudige conceptmodellen, die rekening houden met de vrijheidsgraad van de rotatie van de aandrijflijn. Deze dynamische 1D modellen vormen de torsieketen van de motor tot aan de wielen en de voertuigdynamica in de lengterichting. Belangrijke elementen voor de trillingen in het lage frequentiegebied, zoals banden en wielassen, werden als flexibele componenten gesimuleerd.

simuleren en testen Fraunhofer LBF
Schematische weergave van de simulatie en het testen van de elektrische aandrijflijn.

Parallel aan de ontwikkeling van de aandrijflijn verhoogden de wetenschappers de complexiteit en de detaillering van de modellen, om ook extra effecten mee te laten tellen. Met de uiteindelijk ontwikkelde simulatiemodellen met meer componenten kon menm behalve de draaiende vrijheidsgraad, ook invloeden uit andere vrijheidsgraden meenemen.

Hierdoor is het mogelijk geworden om het model te belasten met de versnellingen uit de rijdynamiek (als extra op de aandrijfmomenten), om de trillingen van het complete systeem ten opzichte van de carrosserie te kunnen waarnemen en de belastingen van de lagers van de aandrijflijn vast te stellen. Trillingen binnen het systeem en de belasting kunnen op deze manier met een grote nauwkeurigheid worden verkregen.

Validatie

Met de prototypes van de aandrijflijn voerden de wetenschappers een experimentele karakterisering uit op de proefstand. De prototypes werden getest met een op werkelijke manoeuvres gebaseerd testprotocol, waarbij diverse mechanische en elektrische meetsignalen werden opgenomen.

Om rekening te kunnen houden met het werkelijke gedrag van het voertuig bouwden de wetenschappers een testomgeving op met Hardware-in-the-Loop, waarbij de praktische dynamische reacties bij het wiel werden ingevoerd. Hiervoor werden de gemeten wielsnelheidsprofielen direct (open loop) ingegeven, maar ook simuleerden de onderzoekers de longitudinale voertuigdynamica (inclusief wielen en banden) in real time.

Het vervolg

Met de onder andere bij het project e-Generation verkregen ervaringen kan het instituut fabrikanten begeleiden in alle fases van het ontwikkelingsproces, van concept in hele en gereduceerde 1D torsiemodellen van de aandrijflijn tot aan volledige 3D-modellen met meerdere componenten. Bovendien kunnen de test- en verificatiefases, zowel met open loop als hardware-in the-loop testen, onder praktische omstandigheden worden uitgevoerd.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven