Vorgehensmodell zur anforderungsgerechten Konzeption, Bewertung und virtuellen Produktentwicklung antriebsintegrierter Fahrwerke für elektrifizierte Straßenfahrzeuge: 22 Tabellen
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Köln
DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
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|---|---|
| adam_text | XII
Vorwort v
Kurzfassung vi
Abstract ix
Tabellenverzeichnis xvi
Abbildungsverzeichnis xviii
Abkürzungsverzeichnis xxvi
Verzeichnis der Formelzeichen xxix
1 Einleitung 1
1 1 Elektromobilität in Deutschland 1
1 2 Zielsetzung der Arbeit 3
1 3 Aufbau der Arbeit 4
2 Grundlagen 7
2 1 Fahrwerksfunktionen, Fahrwerkskonzepte und Systemgrenzen 7
2 2 Relevante Vorgehensmodelle und Strategien in Produkt- und
Fahrwerksentwicklung 10
221 Definitionen aus der Produktentwicklung 10
222 Konzeptentwicklung in der Fahrwerkstechnik 10
223 Leichtbaustrategien 13
2 3 Stand der Technik der Bauweisen der Fahrwerke 17
231 Analyse der Leichtbauweisen von Fahrwerkskomponenten
anhand ausgewählter Beispiele 17
232 Analyse der Bauweisen von elektrifizierten Fahrwerkskonzepten
20
3 Überblick über das Vorgehensmodell sowie die entwickelten
Methoden und Werkzeuge 24
4 Vom Gesamtfahrzeug zu den Fahrwerksanforderungen (Phase I) 27
4 1 Anforderungen durch die Elektromobilität 27
4 2 Definition der Fahrzeugdomänen 29
421 Fahrzeug-, Antriebs- und Fahrwerkskonzeptgrößen 29
422 Systemische Analyse der Zusammenhänge zwischen den
Fahrzeug-, Antriebs- und Fahrwerkskonzeptgrößen 30
423 Definition des betrachteten Beispielfahrzeuges und
Quantifizierung der Gesamtfahrzeuggrößen am Beispiel der
Fahrzeugleermasse m0 33
4 3 Konzeption der elektrischen Maschine 38
431 Konzeptionskataloge zum Entwurf des Antriebsstranges 38
Inhaltsverzeichnis
xiii
432 Quantifizierung der Antriebsanforderungen am Beispiel des
Drehzahl-, Drehmoment-, und Leistungsbedarfs ausgehend vom
Gesamtfahrzeug 42
433 Elektromagnetische Antriebsauslegung zur Bestimmung der
wichtigsten Antriebskonzeptgrößen und deren Einfluss auf das
Fahrwerk 47
4 4 Fahrwerksanforderungsliste unter Berücksichtigung des elektrischen
Antriebes 48
441 Quantifizierung der Fahrwerksanforderungen am Beispiel der
Fahrwerksauslegungslasten 49
442 Datenerfassung zur Quantifizierung der Fahrwerksanforderungen
am Beispiel der Masse der Vorder- und Hinterachse sowie der
Einzelmassen der Fahrwerkskomponenten 51
443 Zusammenführung der Anforderungen an ein antriebsintegriertes
Fahrwerk und Auszug aus der Fahrwerksanforderungsliste für
das betrachtete urbane Fahrzeug 56
5 Konzeption von Fahrwerken für Elektrofahrzeuge (Phase II) 58
5 1 Konzeption von Fahrwerken durch Anwendung von Leichtbaustrategien
58
511 Anforderungsleichtbau im Fahrwerk zur Gewichtseinsparung und
zur Schaffung neuer Freiheitsgrade 60
512 Neue Fahrwerkskonzepte durch Formleichtbau 61
513 Neue Fahrwerkskonzepte durch Funktionsintegration der
grundlegenden Fahrwerksfunktionen 63
514 Neue Fahrwerkskonzepte durch Werkstoffleichtbau im Fahrwerk
68
515 Neue Fahrwerkskonzepte durch systematische Integrationen von
Antriebs- und Fahrwerkskomponenten (Konzeptleichtbau) 70
5 2 Synthese aus Fahrwerk, Antrieb mit Invention 76
5 3 Bewertungsmethoden für Fahrwerke von elektrifizierten
Straßenfahrzeugen 84
531 Aufbau eines universellen Bewertungswerkzeuges für die
ganzheitliche Bewertung von Fahrwerken für elektrifizierte
Straßenfahrzeuge (8) 84
532 Anwendungsbereiche, Grenzen und Originalität des
Bewertungswerkzeuges für die ganzheitlichen Bewertung von
Fahrwerken für elektrifizierte Straßenfahrzeuge 86
5 4 Konzeptauswahl: Ergebnisse der ganzheitlichen Bewertung am Beispiel
verschiedener antriebsintegrierter Hinterachsen 88
XIV
6 Konstruktive Entwicklung und virtuelle Validierung des LEICHT-
Fahrwerks (Phase III) 92
6 1 Konstruktion der Bauteile und Werkstoffauswahl 92
611 Konstruktive Umsetzung des LEICHT-Konzeptes als Hinterachse
92
612 Darstellung der Leichtbaumaßnahmen, welche durch die
Anwendung von Leichtbaustrategien am LEICHT
Fahrwerkskonzept entstehen 94
613 Methodische Werkstoffauswahl 95
614 Gestaltung ausgewählter Kaufteile des Fahrwerkskonzeptes 106
6 2 Berechnung der Fahrwerkskomponenten 107
621 Feder-/Dämpfer Auslegung 107
622 FEM-Berechnung der Fahrwerkskomponenten 112
623 Analytische Auslegung des Fahrwerk-/Antriebsmoduls als
gelenkte Achse und konstruktive Anpassung zur konzeptionellen
Applikation an der Vorderachse 120
6 3 Mehrkörpersimulation zum Nachweis ausgewählter Fahreigenschaften
des innovativen Fahrwerks-/Antriebskonzeptes 123
6 4 Technische Merkmale und ungefederte Masse des LEICHT-Konzeptes
127
7 Diskussion der Konkurrenzfähigkeit des Fahrwerks-
/Antriebsmoduls LEICHT 129
7 1 Vergleich der ungefederten Masse des LEICHT-Konzeptes als
Hinterachsausführung mit einer realisierten Serienlösung eines
Elektrofahrzeuges 129
7 2 Vergleich der benötigten Bauräume des Fahrwerkskonzeptes LEICHT
mit verschiedenen Fahrwerks-/Antriebskonfigurationen aus dem Stand
der Technik 130
7 3 Vergleich der Betriebssicherheit/Lebensdauer der elektrischen Maschine
132
731 Aufbau eines variablen Vertikaldynamikmodells zur
Schwingungsanalyse, zur Feder-/Dämpferauslegung sowie zur
Untersuchung des Fahrkomforts (9) 132
732 Anwendung des Simulationsmodells zur Analyse der
Aufbaubeschleunigung 134
733 Anwendungsbereiche, Grenzen und Originalität des variablen
Vertikaldynamikmodells 136
7 4 Möglichkeiten der Fahrdynamikregelung des LEICHT-Konzeptes -
Anwendung zukünftiger Fahrstrategien 137
Inhaltsverzeichnis
xv
7 5 Konzeptionelle Weiterentwicklungen und Anwendungsmöglichkeiten des
LE/C/-/7-Konzeptes 139
7 6 Technische Risiken des LEICHT-Konzeptes und Hinweise für eine
prototypische Umsetzung 142
8 Schlussfolgerungen und Ausblick 146
8 1 Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse 146
8 2 Möglichkeiten zur Fortführung der Arbeiten 147
9 Literaturverzeichnis 150
Anhang 171
A Weiterführende Informationen zum variablen Berechnungswerkzeug für
das Gesamtfahrzeug (1) 171
B Weiterführende Informationen zum Berechnungswerkzeug zur
Bestimmung des Leistungsbedarfes (3) 173
C Elektromagnetische Auslegung zweier Maschinenvarianten 174
D Weiterführende Informationen zum Berechnungsmodell für die
Fahrwerksauslegungslasten (4) 175
E Anforderungsliste für antriebsintegrierte Fahrwerkskonzepte für
elektrifizierte Straßenfahrzeuge (Bsp -Fahrzeug: Klasse B, m0 = 1000 kg)
176
F Vollständige Konzeptleichtbaumatrix und tabellarische Beschreibung
weiterer Ergebnisse der systematischen Konzeptuntersuchung (6) 180
G Zusammenführung des Morphologischen Kastens der Fahrwerks- und
Antriebskomponenten sowie des erstellten Bewertungskataloges 183
H Weiterführende Informationen zur Bewertungsmethode für Fahrwerke
von elektrifizierten Straßenfahrzeugen (7) 184
I Verwendete Daten für die Methode zur Werkstoffauswahl (8) 185
J Beispielhafte Vorauswahl möglicher Kaufteile 192
K Verwendete Werkstoffdaten in der FEM-Berechnung und weitere
Ergebnisse der FEM-Berechnung 192
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