Im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor können Elektrofahrzeuge ohne Differentialgetriebe und Schaltgetriebe auskommen. Der Grund dafür ist, dass sie im Rad eingebaute Maschinen besitzen und radselektiv die Räder antreiben. Dieses Dokument beschreibt diese Antriebskonzepte, die die Automobilwelt verändern sollen.
Dazu wird schrittweise die Elektrifizierung des Antriebsstranges erklärt. Am Anfang werden die Komponenten des Antriebsstranges eines herkömmlichen Verbrennungsfahrzeuges beschrieben. Darauf aufbauend wird der Zentralantrieb mit und ohne Schaltgetriebe, der FRID, der radnahe und der Radnabenantrieb erläutert. Zu jeder Topologie werden der Wirkungsgrad, Sicherheitsaspekte, sowie allgemeine Vor- und Nachteile behandelt. Die Arbeit wird mit einer Übersicht abgeschlossen, die die Antriebstopologien untereinander vergleicht.
Inhaltsverzeichnis
I. EINFÜHRUNG
II. ZENTRALANTRIEB
A. Zentralantrieb mit Schaltgetriebe
B. Zentralantrieb ohne Schaltgetriebe
III. FRONT AND REAR WHEEL INDEPENDENT DRIVE (FRID)
IV. RADNAHER ANTRIEB
V. RADNABENANTRIEB
A. Direktantrieb
B. Radnabenmotor mit Untersetzungsgetriebe
VI. VERGLEICH ANTRIEBSTOPOLOGIEN
A. Wirkungsgrad
B. Allgemeine Vorteile/Nachteile der verschiedenen Topologien
VII. ZUSAMMENFASSUNG
Zielsetzung & Themen der Arbeit
Die vorliegende Arbeit untersucht verschiedene Antriebstopologien für Elektrofahrzeuge, um deren Effizienz, Sicherheit und konstruktive Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren zu analysieren. Ziel ist es, aufzuzeigen, wie unterschiedliche Anordnungen der Maschinen und Getriebekonzepte das Fahrverhalten und den Energieverbrauch beeinflussen.
- Analyse des Zentralantriebs mit und ohne Schaltgetriebe
- Untersuchung des Front and Rear Wheel Independent Drive (FRID)
- Evaluation von radnahen Antriebssystemen und Radnabenmotoren
- Vergleich der Wirkungsgrade unterschiedlicher Antriebskonfigurationen
- Diskussion von sicherheitsrelevanten Aspekten und Fahrdynamikregelung
Auszug aus dem Buch
III. FRONT AND REAR WHEEL INDEPENDENT DRIVE (FRID)
Der FRID besteht aus 2 Maschinen: Eine vorne und eine hinten. Das Differentialgetriebe bleibt bei beiden Achsen erhalten. Vorteil im Vergleich zum Zentralantrieb und den radindividuellen Antrieben ist die Sicherheit, die dieses System anbietet. Im Falle eines Fehlers der Elektronik und dadurch Ausfalls oder negativen Drehmoments der Maschine kann das Fahrzeug noch immer ohne plötzliche Stopps weiterfahren (Abb. 6). Es besteht auch nicht die Gefahr, dass das Fahrzeug plötzlich Fahrtrichtung, wie beim radindividuellen Antrieb, ändert (Abb. 7).
Zudem bietet das FRID effizienteres Beschleunigen und Verlangsamen durch anpassendes Verteilen des Drehmoments auf die Achsen. Dabei kann auch auf vereisten Straßen durch gleichzeitiges Kontrollieren des Schlupfverhältnisses der beiden Achsen besseres Fahrverhalten erzielt werden [6].
Nachteilig bei 2 Maschinen ist, dass der Antriebsstrang großteils doppelt gebraucht wird; das bedeutet: mehr Kosten, größerer Platzverbrauch und höheres Gesamtgewicht.
Zusammenfassung der Kapitel
I. EINFÜHRUNG: Dieses Kapitel erläutert die neuen Möglichkeiten bei der Auslegung von Elektrofahrzeugen und führt den Begriff der Antriebstopologien ein.
II. ZENTRALANTRIEB: Hier werden die verbreitetsten Antriebskonzepte für Elektrofahrzeuge mit Zentralmotor, unterteilt in Varianten mit und ohne Schaltgetriebe, detailliert beschrieben.
III. FRONT AND REAR WHEEL INDEPENDENT DRIVE (FRID): Dieses Kapitel analysiert ein System mit zwei Maschinen, das durch eine bessere Ausfallsicherheit und optimierte Drehmomentverteilung besticht.
IV. RADNAHER ANTRIEB: Es wird die Möglichkeit untersucht, zwei einzelne Motoren pro Achse ohne Differential einzusetzen, um eine flexible Drehmomentverteilung (Torque Vectoring) zu ermöglichen.
V. RADNABENANTRIEB: Dieses Kapitel widmet sich dem Einbau der Motoren direkt in die Felgen sowie den spezifischen Herausforderungen wie ungefederte Massen und Sicherheit.
VI. VERGLEICH ANTRIEBSTOPOLOGIEN: Ein systematischer Vergleich der Wirkungsgrade und allgemeinen Vor- und Nachteile aller behandelten Konzepte anhand technischer Richtwerte.
VII. ZUSAMMENFASSUNG: Abschließendes Fazit, das die Effizienzvorteile radindividueller Antriebe gegen die sicherheitstechnischen Vorteile des FRID abwägt.
Schlüsselwörter
Antriebstopologien, Elektrofahrzeug, Zentralantrieb, FRID, Radnabenantrieb, Radnaher Antrieb, Wirkungsgrad, Drehmomentverteilung, Torque Vectoring, Elektromaschine, Rekuperation, Fahrdynamik, Getriebesysteme, Untersetzungsgetriebe.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der technischen Struktur und den verschiedenen Konzepten von Antriebssträngen in Elektrofahrzeugen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf Zentralantrieben, FRID-Systemen, radnahen Antrieben und Radnabenmotoren sowie deren Vergleich hinsichtlich Effizienz und Sicherheit.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die systematische Erfassung der Vor- und Nachteile verschiedener Antriebsarchitekturen zur Bewertung ihrer Zukunftsfähigkeit.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Literaturanalyse technischer Dokumentationen und einem Vergleich von Wirkungsgraden und Konstruktionsmerkmalen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die detaillierte Beschreibung der vier Haupt-Antriebstopologien und einen anschließenden quantitativen Vergleich ihrer Leistungsdaten.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Kernbegriffe sind Antriebstopologien, Wirkungsgrad, Drehmomentverteilung, Torque Vectoring und Elektrofahrzeug.
Warum wird beim Radnabenantrieb von einer besonderen Herausforderung bei den ungefederten Massen gesprochen?
Da der Motor beim Radnabenantrieb direkt am Rad montiert ist, erhöht sich dessen Masse, was sich negativ auf den Fahrkomfort und die Straßenlage auswirken kann.
Welches Antriebskonzept gilt laut der Arbeit aktuell als das sicherste?
Der FRID (Front and Rear Wheel Independent Drive) wird aufgrund seiner Redundanz bei Ausfällen der Elektronik oder einzelner Maschinen als sicherste Variante eingestuft.
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- Dominik Demetz (Autor), 2019, Antriebstopologien, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/465936
