Simulation von Energieverbrauch und Schadstoffemissionen von Hybridfahrzeugen

Abstract

Der große Hybrid-Hype ist stets mit kostenintensiver Technologie zu verbinden. Die Gründe liegen in der noch unausgereiften Technik, die schlussendlich zu einer geringen Kundennutzung und Akzeptanz führt. Durch den Einsatz von Simulationen können Entwicklungskosten reduziert werden. Ziel dieser Arbeit ist es eine detaillierte Modellierung eines bereits existierenden Vollhybrid- Systems, unter Beachtung der Echtzeitfähigkeit. Das Antriebssystem des Vollhybridfahrzeuges wurde mittels eines Simulationswerkzeugs (Matlab/Simulink) für den streckenbezogenen Energieverbrauch ausgelegt. Ein Schwerpunkt dieser Parameterstudie, war die Entkopplung der Regeleinheit zur Recheneinheit in der Längsdynamik. Zur Recheneinheit gehört, neben der Berechnung des Energieverbrauches, die Hybrid Kontrollstrategie die im Matlab Programmcode programmiert wurde. Dabei wurden möglichst alle Funktionen integriert, die ein Vollhybridfahrzeug im Betrieb ausführt. Das so erstellte Modell wurde mit Normzyklen sowie mit realen Fahrzyklen simuliert und danach mit den Real- World Messdaten aus früheren Forschungsarbeiten verifiziert. Eine gewisse Anzahl an Parametern konnten für das Simulationsmodell aus den originalen Datenblättern des LEXUS RX 400h übernommen werden, andere jedoch mussten angenommen oder anhand älterer Simulationserkenntnisse definiert werden, da eine detaillierte Einsicht in die Kenndaten des Fahrzeuges nicht möglich war. Eine der Annahmen ist die manuelle Änderung des Ladezustandes SOC (State of charge) an der Traktionsbatterie. Weiters konnten in gewissen Streckenabschnitten, unter Nutzung der Start- Stopp Funktion, positive Ergebnisse erzielt werden. Als Folge wurde ein niedrigerer Kraftstoffverbrauch als auch niedrige Kohlendioxidemissionen erreicht.<br />

The great hybrid hype is connected with intensive technology expenditure. The reasons for these costs are the immature technology, the low customer acceptance and usage. The application of simulation tools leads to decreasing development costs. The aim of this Diploma Thesis is to model an existing full hybrid system, under consideration of Real time capability. The propulsion system of the full hybrid vehicle Lexus RX 400h has been designed by using the simulation tool (Matlab/Simulink) to determine the distance -related fuel consumption. A main emphasis of this study, was to divide the model into two parts, the control unit and calculating unit of the longitudinal dynamics. The calculating unit includes some s submodels, one of them is the complex hybrid control strategy which has been programmed in the Matlab Simulink. The developed model was simulated with a standard cycle NEDC and with Real- World driving cycles. The measured data were recorded and verified in previous studies. A certain number of parameters were used from the original data sheet of the LEXUS RX 400h, others had to be assumed or defined by reference to earlier simulation findings. One of the Assumptions was the manually change of the SOC (State of Charge) of the traction battery. Furthermore, due to the using of the Start-Stop function in certain cycle sections especially on urban cycles, the model achieved positive results concerning fuel consumption. Consequently the fuel consumption and Carbon dioxide of the hybrid SUV could be reduced.