Abbildung und Bewertung verschiedener Motorstartvarianten für ein Parallel-Hybridfahrzeug mittels Längsdynamiksimulation

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden zwei für den Verbrennungsmotorstart in einem Parallel-Hybridfahrzeug eingesetzte Startvarianten mittels Simulation abgebildet. Der Ritzelstart erfolgt über den konventionellen Anlasser. Beim Schleppstart wird der Verbrennungsmotor über die dazwischen liegende Trennkupplung von der E-Maschine angeschleppt. Alle wesentlichen Fahrzeugkomponenten wurden in der Simulationsumgebung modelliert, wobei die beim Motorstartvorgang besonders relevanten Komponenten detaillierter abgebildet wurden. Besonderer Wert wurde auf die möglichst exakte Abbildung der Motorstartvarianten gelegt. Mit Hilfe der in der Simulationsumgebung vorhandenen Bausteine, wurden die dafür benötigten Regelkreise und Steuerungen entwickelt. Im Anschluss wurden mit den beiden Startvarianten Motorstart-Untersuchungen bei Volllastbeschleunigung durchgeführt. Bei beiden Motorstartvarianten wurden Parameter die den Motorstartvorgang beeinflussen variiert, um Potential für Verbesserungen aufzuzeigen. Zudem wurde eine dem Schleppstart sehr ähnliche Startvariante, der sogenannte Schlupfstart untersucht. Es wird gezeigt, welche Vorteile sich durch den Verzicht oder die Reduktion des von der E-Maschine für den Schleppstart vorgehaltenen Reservemoments ergeben. Außerdem wird anhand der Untersuchungen erläutert, welche Faktoren Einfluss auf die Motorstartdauer haben und wie sich generell die Motorstartdauer und -art auf die Fahrzeugperformance und den Energieverbrauch auswirken.

In the presented thesis, two methods for cranking and starting a combustion engine in a parallel-hybrid vehicle were simulated. A so-called Ritzelstart, where the engine is started through a conventional starter and a so-called Schleppstart, where the electric motor and the integrated separating clutch are utilized to crank the engine. The important vehicle components were modeled within the simulation environment, with a particular focus on those components relevant for the engine starting process. Those were modeled in more detail, to allow accurate modeling of the engine start variants. Using available components in the simulation environment, the necessary control loops were also developed. With the tool setup, engine start-up analysis at full load acceleration were performed. For both engine start variants, parameters that affect the engine starting process were varied to show potential for improvement. In addition the so-called Schlupfstart was analyzed, which is a slightly modified version of the Schleppstart. It is shown which advantages result through the reduction of the reserve-torque used by the electric motor for the Schleppstart. In addition, the analysis explains which factors affect engine start-up time and how overall engine start-up duration and type, affect vehicle performance and energy consumption.