Validation of new simulation-based non-stationary approach to represent customer-relevant, transient longitudinal dynamic maneuvers

Author: Stephan Schiffer
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Um die zunehmend anspruchsvollen CO2-Vorgaben der EU in den gesetzlichen Verbrauchszyklen einzuhalten, setzen Automobilhersteller in konventionellen Fahrzeugen zunehmend auf eine Downsizing-Strategie. Diese Strategie bringt große Herausforderungen bei der kundenwerten Dynamikauslegung der Fahrzeuge mit sich. Durch das Downsizing teilt sich der instationäre Drehmomentaufbau des Verbrennungsmotors in zwei Phasen. Bei einem Fahrpedal Tip-In baut sich nach einer Totzeit unverzüglich das relativ geringe, saugmotorische Drehmoment auf. Dann erst erfolgt weiterer Drehmomentzuwachs durch das Aufladesystem. Aufgrund dieser Zweistufigkeit besteht die Herausforderung darin, beim Kunden einen möglichst spontanen und konstanten Beschleunigungseindruck entstehen zu lassen. Elektrifizierte Fahrzeuge weisen dagegen, aufgrund des nahezu ohne Verzögerung regelbaren Drehmoments der E-Maschine, in kundennahen Fahrleistungskriterien deutliche Vorteile gegenüber konventionellen Fahrzeugen auf. Im Kontext der bisherigen Forschungsarbeit wurden die klassischen Fahrmanöver zur Angabe und Auslegung der Fahrzeugdynamik (z.B. Beschleunigungszeit 0-100km/h) um realitätsnahe Kriterien ergänzt, um das vom Kunden in realen Fahrsituationen erlebte Beschleunigungsverhalten besser abzubilden. Zur simulativen Bewertung kundennaher Fahrleistungskriterien wurde ein neuartiger Instationäransatz gewählt, um transiente Beschleunigungsvorgänge abzubilden. Kernidee dabei ist die Kopplung eines stationären Gesamtfahrzeugmodells mit einem motorspezifischen Gradientenmodell. In diesem Beitrag erfolgt eine umfangreiche Validierung dieses neuartigen Instationäransatzes. Im ersten Schritt werden die Gültigkeitsgrenzen bestimmt, in denen das Gradientenmodell den instationären Drehmomentaufbau hinreichend genau beschreibt. Dazu werden die relevanten Stellhebel in realen Fahrzeugen (Startdrehzahl, Gesamtübersetzung und Fahrzeugmasse) variiert. Die Simulationsgüte wird anschließend im zweiten Schritt mithilfe einer statistischen Betrachtung des relativen Fehlers zwischen Messung und Simulation bestimmt. Durch Gesamtfahrzeugüberleitungen und einer abschließenden technischen Plausibilisierung wird die Validierung des hergeleiteten Ansatzes, transiente Längsdynamikmanöver simulativ abzubilden, abgeschlossen. Eine Sensitivitätsanalyse unter Anwendung des validierten Instationäransatzes zeigt anschließend auf, in welchem Maß konventionell angetriebene Fahrzeuge hinsichtlich der realitätsnahen Fahrleistungskriterien elektrifizierten Fahrzeugkonzepten angenähert werden können.