DRIVE-E-Akademie, ErlangenFahrzeugkonzepte
Maßgeschneiderte Fahrzeugkonzepte für Elektroantriebe
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 1
Erlangen, 10. März 2010
Prof. Dr.-Ing. habil. J.-W. BiermannDipl.-Ing. Bastian Hartmann
Institut für KraftfahrzeugeRWTH Aachen University
Elektromobilität an der RWTH
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 2
GeschäftsstelleGeschäftsstelleGeschäftsstelleGeschäftsstelle
ElektromobilitätElektromobilitätElektromobilitätElektromobilität
Forschungsschwerpunkte ika und ISEA zum Thema Elektromobilität
� Fahrzeugkonzepte � Elektrische Antriebe
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 3
� Fahrzeugkonzepte
� Antriebsstrang
� Batteriepack
� Karosserie
� Fahrwerk
� Thermomanagement
� Elektrische Antriebe
� Leistungselektronik
� Leistungselektronische Bauelemente
� Batteriespeicher
� Batteriemanagement
Eckdaten:� Gründung 1902 (ika) und 1981 (fka)
� Das ika beschäftigt ca. 230 Mitarbeiter:
� 60 Ingenieure, 40 Angestellte und Arbeiter, sowie Azubis,130 studentische Hilfskräfte
� Zusammen mit dem Kooperationspartner fka
Kurzvorstellung Institut für Kraftfahrzeuge
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 4
� Zusammen mit dem Kooperationspartner fkaZugriff auf insgesamt ca. 300 Mitarbeiter
Projektstruktur:� 55 % Vorentwicklung
� 20 % Serienentwicklung
� 25 % Zukunftsentwicklung und Sonstige
Referenzen:� Automotive-Kunden aus Europa, USA und Asien
� 17 % OEM und 45 % Zulieferer
� 38 % öffentliche Forschung
Kurzvorstellung ikaForschungsschwerpunkte
Forschungsschwerpunkte
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 5
Integrative Fahrzeugsicherheit
• Umwelt- und ressourcenschonende Fahrzeuge
• Vernetzte Mobilität> > >
Fahrwerk Karosserie Antrieb Elektronik Akustik Fahrerassistenz Strategie- und Prozessentwicklung
Kurzvorstellung ikaGeschäftsbereich Antrieb
Tätigkeitsfelderv, T , n, SOC1
v
v
Vorausschau
Vorausschau
Tbrake
CAN_BUS
Fbkin
w
VEH
FbkoutFbk_out
VEH
Tbrake
CAN_Hybrid
Fbkin
w
Vehicle1
TRANS_CAN
TraOut
clutch
CAN_BUS
ENG_CON
CLUTCH
TRANS
Transmission Control Uni t(incl . clutch)
wout_1
wout_2
Fbkout
win
Fbkin_1
Fbkin_2
Torque SumTransmission
eta=1
n
Subsystem1
BUSTRQ
Subsystem
ENG
wout
con_in
Fbkin
Mapped InternalCombustion Engine
(abstract)
wout
Fbkout
P
Starter
win
Fbkin
Mapped InlineStarter
MOT
Fbkout
Tdem and
win
VORAUSSCHAU
HMI
ECM BCM ABS
BAT_CAN
MOT_CAN
TRANS_CAN
ENG_CAN
CAN_BUS
Hybrid Control Uni t
Ground
wout
Fbkout
win
Fbkin
Fixed Gear RatioVerteiler, HA, VA
(mapped loss)
Fbkout
wout
win
Fbkin
TRANS
wout
Fbkout
Conin
win
Fbkin
Five SpeedTransmission
(mapped losses)
ENG_CAN
ENG_con
CAN_BUS
Gaspedal
ENG
TCM
Engine Control Uni t
Bremspedal
VEHOUT
ECM BCM ABS
v_ego [m/s]
Gaspedal
HMI
Tbrake
Driver and Cycle1
Displays_hybrid
CLUTCH
wout
Fbkout
Fn
win
Fbkin
Clutch
BUS
VEH
Beobachtung1
<BAT_SOC>
Leichtbausitze
CFK –Heckklappe
AGM- Batterie
Leichtlaufreifen
CFK -Motorhaube
Leichtbausitze
Schalthinweis –anzeige
Leichtlauföle
Li-Ionen Batterie288 V7,5 Ah
Automatisiertes 5-Gang
Verbrennungsmotor 44 kW89 Nm1.0 l 3-Zylinder Benziner
E-Maschine37 kW223 Nm
GPS
Lidar Sensor
UmrichterGleichrichter
HMI
Aktiver Bremskraftverstärker
Li-Ionen Batterie288 V7,5 Ah
Li-Ionen Batterie288 V7,5 Ah
Automatisiertes 5-Gang
Verbrennungsmotor 44 kW89 Nm1.0 l 3-Zylinder Benziner
E-Maschine37 kW223 Nm
Automatisiertes 5-Gang
Verbrennungsmotor 44 kW89 Nm1.0 l 3-Zylinder Benziner
E-Maschine37 kW223 Nm
GPSGPS
Lidar SensorLidar Sensor
UmrichterUmrichterGleichrichterGleichrichterGleichrichter
HMIHMI
Aktiver BremskraftverstärkerAktiver Bremskraftverstärker
Tätigkeitsfelder
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 6
> Konzeption, Simulation
> Konstruktion und Aufbau
> Versuch, Verifikation, Benchmark
> Konventionelle Antriebe
> Hybridantriebe
> Elektrotraktion
v, T, n, SOC1
v
v
ve hicle .au xilia r_p ower
a uxili ar p ower
Vorausschau
Vo rau sscha u
Tbrake
CA N_BUS
Fbkin
w
V EH
F bkoutFb k_ ou t
V E H
Tb rake
CA N_Hyb rid
Fbkin
w
V ehi cle1
T RA NS _CA N
T ra Out
cl utch
CA N_B US
E NG_CON
CLUT CH
T RA NS
T ran sm issi on Co ntro l Uni t(in cl. clu tch)
wo ut_ 1
wo ut_ 2
Fb ko ut
wi n
Fbkin _1
Fbkin _2
To rqu e S umT ra nsmission
et a=1
S um E l
n
S u bsyste m1
BUS TRQ
S ub system
E NG
wou t
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Fbkin
Ma ppe d I nte rnalCom bustio n E ng ine
(ab st ract)
wout
F bkout
P
S ta rter
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F bkin
M ap ped In lineS tart er
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P
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win
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VORAUSS CHA U
HMI
ECM BCM A BS
BAT_CAN
MOT_CA N
TRANS_CA N
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CA N_BUS
Hyb rid Co ntr ol Uni t
Gro und
VE H_A UX PO WE R
Goto 1
wout
F bkout
win
F bkin
Fixe d G ear Ra tioV erte ile r, HA , V A
(m ap ped loss)
F bkout
wout
win
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Fi xed Gear Ratio
TRA NS
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F bkout
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win
F bkin
Fi ve S pe edT ran sm issio n
(m app ed losses)
ENG_ CA N
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CA N_B US
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ENG
TCM
E ng ine Cont rol Un it
B remspedal
VE HOUT
ECM B CM A B S
v_ego [m/ s]
Gaspedal
HMI
Tbr ake
Dr iver and Cycle1
Displa ys_ hybr id
CLUT CH
wo ut
Fb ko ut
Fn
wi n
Fbkin
Clu tch
BUS
VEH
Be ob acht ung 1
U
B AT
P
B at tery
<B AT_S OC>
vehicle.auxi l iar_power
auxi l iar power
Sum El
Fbkout
P
win
Vol tage
Mapped Electric Motor
VEH_AUXPOWER
Goto1
woutFbkin
Fixed Gear RatioU
BAT
P
Battery
> Konzeption, Simulation
> Konstruktion und Aufbau
> Versuch, Verifikation, Benchmark
> Hybridantriebe
> Konventionelle Antriebe
> Elektrotraktion
> Konzeption, Simulation
> Konstruktion und Aufbau
> Versuch, Verifikation, Benchmark
> Hybridantriebe
> Konventionelle Antriebe
> Elektrotraktion
> Konzeption, Simulation
> Konstruktion und Aufbau
> Versuch, Verifikation, Benchmark
> Hybridantriebe
> Konventionelle Antriebe
> Elektrotraktion
> Konzeption, Simulation
> Konstruktion und Aufbau
> Versuch, Verifikation, Benchmark
> Hybridantriebe
> Konventionelle Antriebe
> Elektrotraktion
Start- Stop-Automatik
Leichtlaufreifenmit hohem Druck
SpiegelersatzsystemWärmespeicher angepasstes
Tankvolumen
> Konzeption, Simulation
> Konstruktion und Aufbau
> Versuch, Verifikation, Benchmark
> Hybridantriebe
> Konventionelle Antriebe
> Elektrotraktion
Automatisiertes 5-Gang Schaltgetriebe
Kettentrieb
Leichtlaufreifen Automatisiertes 5-Gang Schaltgetriebe
Kettentrieb
Automatisiertes 5-Gang Schaltgetriebe
Kettentrieb
LeichtlaufreifenLeichtlaufreifen
> Konzeption, Simulation
> Konstruktion und Aufbau
> Versuch, Verifikation, Benchmark
> Hybridantriebe
> Konventionelle Antriebe
> Elektrotraktion
> Konzeption, Simulation
> Konstruktion und Aufbau
> Versuch, Verifikation, Benchmark
> Hybridantriebe
> Konventionelle Antriebe
> Elektrotraktion
Kurzvorstellung ikaHistorie der alternativen Antriebe
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 7
Inhalt
• Einleitung
• Neue Fahrzeuganforderungen durch alternative Antriebe
• Bestehende Fahrzeugbeispiele
• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 8
• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika
• Zusammenfassung
EinleitungMotivation
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Ölp
reis
[$/
bbl
]
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 9
0
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
SchadstoffSchadstoff-- und und LärmemissionenLärmemissionen
steigende Mobilitätsteigende Mobilität GesetzgebungGesetzgebung
CO2
Steuern
NationalerEntwicklungsplanElektromobiltät
EinleitungState of the Art
Verbrennungsmotor+GetriebeVerbrennungsmotor+Getriebe
KarosserieKarosserie
AbgasanlageAbgasanlage
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 10
KraftstofftankKraftstofftank
NebenaggregateNebenaggregate
Hydraulische BremsanlageHydraulische Bremsanlage
EinleitungDie alte Strategie...
Altes FahrzeugkonzeptAltes Fahrzeugkonzept
Alter AntriebAlter Antrieb-
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 11
Alter AntriebAlter Antrieb
Neuer AntriebNeuer Antrieb
„Neues“ Fahrzeugkonzept ?„Neues“ Fahrzeugkonzept ?
+
=
Einleitung
Mini E:
Leergewicht: 1465 kg
Sitzplätze: 2
Motorleistung: 150 kW
Batteriekapazität: 35 kWh
Batteriegewicht: 260 kg
Mini E:
Leergewicht: 1465 kg
Sitzplätze: 2
Motorleistung: 150 kW
Batteriekapazität: 35 kWh
Batteriegewicht: 260 kg
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 12
Kofferraumvolumen: 60 lKofferraumvolumen: 60 l
Quelle: BMW AG
Mini Otttomotor:
Leergewicht: 1205 kg
Sitzplätze: 4
Motorleistung: 128kW
Kofferraumvolumen: 160 l
Mini Otttomotor:
Leergewicht: 1205 kg
Sitzplätze: 4
Motorleistung: 128kW
Kofferraumvolumen: 160 l
• Kosten
– Höhere Anschaffungskosten
Aber:• Niedrige Betriebskosten
(z.B. mit Nachtstrom)
• geringe Instandhaltungs- und
Neue FahrzeuganforderungenKundenerwartungen (Kritische Aspekte)
• „Nachtanken“
– Höhere Ladezeit aufgrund der um ein Vielfaches geringeren Leistungsdichte der Elektroleitung
Aber:• Langsam-Ladung nahezu überall möglich
• Infrastruktur für Schnell-Ladung wird
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 13
• geringe Instandhaltungs- und Wartungskosten
• Steuervorteile
• Reichweite
– Geringere Reichweite aufgrund der um ein Vielfaches geringeren Energiedichte moderner Batteriesysteme
Aber:• Fzg.-Einsatz im täglichen Nahverkehr
(z.B.: Zweitwagen)
• Gezieltes Nachladen am Ende der Fahrstrecke
• Einsatz eines Range-Extenders
• Infrastruktur für Schnell-Ladung wird geschaffen
• Weg zur Tankstelle entfällt
• NVH-Verhalten
– Ungewohntes Geräuschverhalten des Elektroantriebs (Straßenbahn)
Aber:• Geringerer Geräuschpegel
• Chance nutzen neue Geräusche entsprechend zu vermarkten
Neue FahrzeuganforderungenEntwicklungsthemen (Übersicht)
• Antrieb
− Antriebskonzept(Zentral, radnah, Rabnabe)
− Auswahl E-Motortyp
• Elektrischer Energiespeicher
• Bordnetz
– Elektrifizierung der Nebenaggregate
– Energiemanagement
– Funktionsarchitektur
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 14
− Hohe Energiedichte
− Modularer Aufbau
− Lebensdauer
• Karosserie
– Leichtbau
– Aerodynamik
– Bauraumkonzepte für Batterie und Antrieb
– Crashsicherheit der „neuen“ Komponenten
• Fahrwerk
– Leichtlaufreifen
– Rekuperative Bremsanlage
• Gesamtfahrzeug
– Sound Engineering
– Thermomanagement(Heizen/Kühlen)
• Triebstrangkonfiguration
− Flexiblere Konfigurationen möglich(Zentralmotor, radnahe Motoren, Radnaben-Motoren)
− Bewertungskriterien: Package/Bauvolumen, Gewicht, Effizienz, Funktionalität
• Leichtbau auf Komponentenebene
Neue FahrzeuganforderungenBeispiel: Antriebsstrang
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 15
− Vorteil gegenüber konv. Antrieb konsequent nutzen
− Weiteres Potential für Antriebsumrichter
• Kosten
− Ziel für den elektrischen Antriebsstrang (LE + E-Motor + Getriebe) ist das Preisniveau heutiger Antriebseinheiten mit Verbrennungsmotor und Getriebe
• Sicherheit & Funktionen
− Übertragung von Fahrdynamikfunktionen wie ASR, ABS und Torque Vectoring auf den elektrischen Antrieb
− Funktionale Sicherheit berücksichtigen
• Kostenreduktion
− Batterie ist Kostentreiber -> durch modularen Aufbau dem Kunden bedarfsgerechte Batteriegrößen und somit Reichweiten anbieten
• Hohe Energiedichte
− Lithium-Ionen Batterien bieten derzeit höchste Energiedichte für Fahrzeuganwendung -> weiteres Potential absehbar (> 500 Wh/kg)
Neue FahrzeuganforderungenBeispiel: Elektrischer Energiespeicher
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 16
Fahrzeuganwendung -> weiteres Potential absehbar (> 500 Wh/kg)
• Lebensdauer
− Anwendung im Fahrzeug ergibt neue Anforderung für die Batterie
− Einsatz von „konventionellen“ Consumer-Zellen fragwürdig
• Sicherheit
− Thermische Stabilität gewährleisten –> z.B. über Auswahl Kathodenmaterial
− Anforderung Crashsicherheit berücksichtigen
• Reduzierung des Energieverbrauchs
− Reduzierung des Fahrzeuggewichtes
− Verbesserung der Aerodynamik
Neue FahrzeuganforderungenBeispiel: Karosserie
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 17
− Verbesserung der Aerodynamik
• Neue Fahrzeugarchitekturen
− Gestaltungsfreiheit durch neue Antriebsstrangstrukturen(z.B.: Radnabenmotoren)
− Package-Restriktionen durch die Einbindung der Komponente Batterie
• Crashsicherheit
− Bestehende Normen und Anforderungen sind auch für moderne Fahrzeugkonzepte maßgeblich
− Zusätzliche Sicherheitsanforderungen an die Komponente Batterie
Neue FahrzeuganforderungenBeispiel: Integration des Energiespeichers
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 18
SandwichbodenGetriebetunnel (T-Form)
Quelle: www.cartypes.com
CityTrabant nTStreetScooter CompactPhylla (2010) Blue ZERO Ecell
Pivo 2
Model T
Nuvu
BB1
Cleanova 2
e500
eBoxeCom
Fluence ZEFortwo ev
iMiev
Kangoo ZE
LeafOscar
Pantila electric coupéRAV4 EV
Ze-0
Zoe ZEFocus BEV
Benni
QUICC! DiVa
BlueCar
City
Doblo
EcoCarrier E2
Ecostar EV
EPIC electric minivan
EV Plus
GreenyG-WizHotzenblitz
i10 electricLiV Dash
LiV Surge
LiV Wise
Maranello SCE
MegaMicro-Vett Doblò
NXRPanda Elettrica
Ranger EVSedan EV
SUTSUV
TangoXebra
Ydea
ZX40S
ForTwo electric drive (2012)1600
1800
2000
Fah
rzeu
gh
öh
e [m
m]
Bestehende FahrzeugbeispieleÜbersicht Elektrofahrzeuge
VansSUV
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 19
NXG
Trabant nTStreetScooter CompactPhylla (2010) Blue ZERO Ecell
Aptera 2e
Blitz
C30 BEV
E1
e500
eRuf
E-UP
Evergreen
GTLampoLotus Elise
Mini E
R8 e-tron
SmeraTwizy ZE
X1
Focus BEV
SLS AMG eDrive
Quant
iChange
Circuit EV
eKa
Buddy Buddy 3
CityELClio électriqueCOM-V3
Corbin Sparrow
e- Wolf E1
EV1
Golf CitySTROMer
Greenster
Hotzenblitz
LiV Flash
Liv Rush
MM NmG
Roadster
Saxo électrique
SpyderTWIKE
Twingo Quickshift Elettrica
XS500Ydea
ZENN
800
1000
1200
1400
2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
Fahrzeuglänge [mm]
Konzept
Prototyp
Serie
Minis
Sport-wagen
Klein-wagen
Kompakt-wagen Mittelklasse
Conversion Design
– Umrüstung des VM-Serienfahrzeugs auf Elektroantrieb
– Bestehende Fahrzeugarchitektur und Komponenten werden nicht angepasst
Bestehende FahrzeugbeispieleUnterschied Conversion/Purpose Design
Purpose Design
– Fahrzeugentwicklung mit Fokus auf den elektrischen Antrieb
– Neukonstruktion und Anpassung aller relevanter Fahrzeugmodule
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 20
angepasst
Vorteil:
• Entwicklungsaufwand gering
• Bestehende Prozesse und Strukturen werden beibehalten
Nachteil:
• Das Potential des Elektrofahrzeugs kann nicht vollständig ausgeschöpft werden
Vorteil:
• Neue Antriebsstrukturen können zweckmäßig umgesetzt werden
• Geschäftsfeld für neue Unternehmen
Nachteil:
• Hoher Entwicklungsaufwand
• Wenig Gleichteile mit VM-Fahrzeuge
Bestehende FahrzeugbeispieleBeispiele Conversion Design
Tesla Roadster
• Plattform des Lotus Elise
Smart Electric Drive
• Plattform ist Serien-Smart
• Erste Generation verfügt über ZEBRA-Batterien
• Zweite Generation wird vonLi-Ion Batterien angetrieben
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 21
• Plattform des Lotus Elise
• Batteriepack besteht aus Standard Laptop-Zellen
Mini E
• Plattform ist Serien-Mini
• Antriebskomponenten von AC-Propulsion
• Notlösung für Flottenversuche
Bestehende FahrzeugbeispieleBeispiele Purpose Design
Blue Zero
• Leichtbau
• Karosseriedesign
• Sandwich-Architektur
• Modularität
• Innenraumgestaltung
Twike
• neues Fahrzeugkonzept
• optionaler Fahrrad-Betrieb
• reduzierter Luftwiderstand
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 22
• Innenraumgestaltung
Aptera
• neues Fahrzeugkonzept
• Leichtbau
• reduzierter Luftwiderstand
EV1
• Leichtbau
• reduzierter Luftwiderstand
• Batterie-Package
Heuliez Friendly
• Sitzkonzept
• Radnabenantrieb
Alternative Fahrzeugkonzepte des ikaHistorie
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 23
Inhalt
• Einleitung
• Neue Fahrzeuganforderungen durch alternative Antriebe
• Bestehende Fahrzeugbeispiele
• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 24
• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika
• Beispiel 1: Ford Model T 2015
• Beispiel 2: RWTH Elektrofahrzeug „StreetScooter“
• Beispiel 2: Verbundprojekt „e performance“
• Zusammenfassung
Ford Model T 2015 Die Wettbewerbsaufgabe
1908 So war „Tin Lizzy“
Qualitativ
• Einfach
• Robust
• Leicht
2008 Vorgaben Ford
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 25
• Niedriger Preis
• Neuartige Fertigungstechniken
• Nutzbar für alle Kundengruppen in unterschiedlichen Umgebungen
• Vielfältigkeit und Aufrüstbarkeit
• Reparaturfreundlich
• Lange Modelllaufzeit
• „Ein Auto für Jedermann“
• Leicht
• Ansprechend
Quantitativ
• Zielkosten 7.000 $
• min. 2 Passagiere
• Reichweite: min. 200 km
Ford Model T 2015 Konzeptphase
Länge 3220 mm
Breite 1810 mm
Höhe 1590 mm
Design
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 26
Radstand 2110 mm
Spur 1624 mm
Passagiere 3 (in einer Reihe)
Leistung
Verbrauch Verbrenner
Verbrauch elektrisch
Höchstgeschwindigkeit
Gewicht
Antriebsposition
Vorderachse
Hinterachse
Reifen
Bremsen (vorne / hinten)
Ford Model T 2015 Antriebskonzept
Länge 3220 mm
Breite 1810 mm
Höhe 1590 mm
Antrieb
Verbrenner Hybrid Plug-In EV
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 27
Radstand 2110 mm
Spur 1624 mm
Passagiere 3 (in einer Reihe)
Leistung 30 – 40 kW
Verbrauch Verbrenner 3.52 – 4.17 l/100 km
Verbrauch elektrisch 11 kWh/100 km
Höchstgeschwindigkeit 120 km/h
Gewicht 800 kg (+ Batterie)
Anriebsposition
Vorderachse
Hinterachse
Reifen
Bremsen (vorne / hinten)
Randbedingungen:
• vmax = 120 km/h
• mFzg = 800 kg + 220 kg
• cw ⋅ A = 0.3 ⋅ 2.4 m2 = 0.72 m2
• Reichweite: ≥ 200 km
Spitzenleistung: 28 kW
Durchschnittsleistung: 3,12 kW
Energieverbrauch: 94 Wh/km
0 200 400 600 800 1000 1200-20
-10
0
10
20
30
time [s]
po
wer
[kW
]
power demand at wheelaverage (propulsion) power demand at wheel
NEDC
Ford Model T 2015 Fahrzeugarchitektur
Länge 3220 mm
Breite 1810 mm
Höhe 1590 mm
Fahrzeugarchitektur
Zentraler FahrersitzProfilintensive
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 28
Radstand 2110 mm
Spur 1624 mm
Passagiere 3 (in einer Reihe)
Leistung 30 – 40 kW
Verbrauch Verbrenner 3.52 – 4.17 l/100 km
Verbrauch elektrisch 11 kWh/100 km
Höchstgeschwindigkeit 120 km/h
Gewicht 800 kg (+ Batterie)
Anriebsposition Heckmotor
Vorderachse McPherson
Hinterachse Schräglenker
Reifen 175/65 R14
Bremsen (vorne / hinten) Scheibe / trommel
ProfilintensiveKarosserie
ModularerAntrieb
Batterie
Tank
Inhalt
• Einleitung
• Neue Fahrzeuganforderungen durch alternative Antriebe
• Bestehende Fahrzeugbeispiele
• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 29
• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika
• Beispiel 1: Ford Model T 2015
• Beispiel 2: RWTH Elektrofahrzeug „StreetScooter“
• Beispiel 3: Verbundprojekt „e performance“
• Zusammenfassung
RWTH Elektrofahrzeug "StreetScooter" Zielsetzungen
Zielsetzungen „StreetScooter“
Projektziele Vorgaben
• Anpassung eines Fahrzeugkonzeptes an Vor- und Nachteile des Elektroantriebs
• Entwicklung von Demonstrationsfahrzeug und -fabrik mit Serientauglichkeit (ggf. Betreuung bis zur Serienreife)
Baukasten für E-Fahrzeuge
• Basisverkaufspreis deutlich unter Wettbewerb
• Individualisierbarkeit
Fahrzeugderivate
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 30
Serientauglichkeit (ggf. Betreuung bis zur Serienreife)
• Schaffung einer skalierbaren Fahrzeugarchitektur
• Senkung der Produktkosten(insb. der Komponenten des elektrischen Antriebs)
• Entwicklung großserientauglicher Elektronikkomponenten
• Prägung eines neuen Vermarktungskonzeptes
• Standardisierung von Schnittstellen und Modulgrenzen; Schaffung einer Quasi-Norm
• Schnelle Umsetzung von Forschungsergebnissen in die Praxis
• Nutzung von Synergien mit anderen Elektrofahrzeugen
• Individualisierbarkeit und Upgrade-Fähigkeit
• Leistungs- und Reichweiten-skalierbarkeit
• Sicherheit und Zuverlässigkeit auf heutigem Kompaktklasseniveau
• Hoher Wiederholungsgrad von Gleichteilen
Antriebsmodule
Batteriemodule
Komfortmodule
Airbag
Airbag
Air bag
RWTH Elektrofahrzeug "StreetScooter" Entwicklungsprozess
Friends CoupéCabrio PickupCompact Work
© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 31
Package 2D Package 3DDesign
ZeichnungDesign
Flächenmodell
ModularesKarosseriekonzept
RWTH Elektrofahrzeug "StreetScooter" Fahrzeugvariante „Compact“
Länge 2900 mm
Breite 1650 mm
Höhe 1500 mm
Radstand 2000 mm
Passagiere 2
Leistung 30 kW
Fahrzeugdaten Compact
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Leistung 30 kW
Verbrauch elektrisch 13 kWh/100 km
Hauptbatterie 10,6 kWh (30 kW)
Zusatzbatterie (1 oder 2) 6 kWh (<30 kW)
Höchstgeschwindigkeit 120 km/h
Beschleunigung 6 s (0 – 50 km/h)
Reichweite (modular) 60 – 130 km
Leergewicht 1000 kg (inkl. Batterie)
Anriebsposition Heckmotor
Vorderachse McPherson Federbein
Hinterachse Chapman Federbein
Reifen 175/65 R15
Bremsen (vorne / hinten) Scheibe / trommel
• Antrieb mit zwei radnahen Motoren in gemeinsamen Gehäuse
• Differenzial entfällt; zwei radseitige Getriebestufen
• Batteriepack aus parallel verschalteten Batteriemodulen
• Leistungsskalierung durch Hinzufügen paralleler Module
Inhalt
• Einleitung
• Neue Fahrzeuganforderungen durch alternative Antriebe
• Bestehende Fahrzeugbeispiele
• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika
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• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika
• Beispiel 1: Ford Model T 2015
• Beispiel 2: RWTH Elektrofahrzeug „StreetScooter“
• Beispiel 3: Verbundprojekt „e performance“
• Zusammenfassung
Projekttitel:
„e performance“
Konzeption und Aufbau eines Batterie-elektrischen Fahrzeuges
Fördervolumen:
Circa 22 Mio €
Projektlaufzeit:
Oktober 2009 – Oktober 2012
Alternative Fahrzeugkonzepte des ikaAktuelle Projekte am ika
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Oktober 2009 – Oktober 2012
Teilvorhaben der RWTH-Institute:
Konzeption, Analyse und Realisierung von Komponenten und
Fahrzeugmodulen des Batterie-elektrischen Fahrzeugs
Fördervolumen:
10,5 Mio € (Förderquote:100 %)
Alternative Fahrzeugkonzepte des ikae performance - Arbeitspakete
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Inhalt
• Einleitung
• Neue Fahrzeuganforderungen durch alternative Antriebe
• Bestehende Fahrzeugbeispiele
• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika
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• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika
• Zusammenfassung
Zusammenfassung
• Die Entwicklung alternativer Fahrzeugantriebe wird durch gesellschaftliche, ökologische und ökonomische Rahmenbedingungen forciert. Dabei steht insbesondere der elektrische Antrieb im Fokus des Interesses
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• Fahrzeuge mit alternativen Antrieben unterliegen neuen Anforderungen, die nahezu alle Bereiche des Fahrzeugs tangieren
• Aktuelle Forschungsprojekte zeigen mögliche Lösungsansätze und das Potential des Purpose-Design gegenüber dem klassischen Conversion-Design
• Themen wie Kosten, Reichweite, „Nachtanken“ und Geräuscheindruck prägen die Akzeptanz. Letztendlich entscheidet der Kunde über den Markterfolg
Vielen Dank für Ihre
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Prof. Dr.-Ing. habil. J.-W. Biermann
Institut für KraftfahrzeugeRWTH Aachen UniversitySteinbachstr. 7
Kontakt
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Steinbachstr. 752074 AachenGermany
Telefon +49 241 80 25606Telefax +49 241 80 22147
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