Lösungen zur Steigerung der Reichweite von Elektrofahrzeugen

OpEneR ist die Abkürzung für das im Mai 2011 gestartete Projekt "Optimal Energy consumption and Recovery based on a system network" – zu Deutsch "Optimale Energienutzung und -rückgewinnung auf Basis eines Systemansatzes". Zu den Kooperationspartnern zählen der österreichische Antriebs-Systementwickler AVL List GmbH, das spanische Forschungszentrum Centro Tecnológico de Automoción de Galicia (CTAG), das Karlsruher FZI Forschungszentrum Informatik, Europas zweitgrößter Autohersteller PSA Peugeot Citroën sowie die Unternehmen Robert Bosch GmbH und Robert Bosch Car Multimedia GmbH. Als Teil des Siebten Rahmenprogramms für Forschung und Entwicklung wird das europäische Projekt von der Generaldirektion Kommunikationsnetze, Inhalte und Technologien der EU-Kommission gefördert. 4,4 Millionen Euro des Gesamtbudgets in Höhe von 7,74 Millionen Euro wurden über Fördergelder finanziert. Die Leitung des Projekts hatte Bosch.

Eine der Aufgaben war die Entwicklung des Eco-Routings, das bei der Berechnung der optimalen Fahrstrecke die besonderen Gegebenheiten eines Elektrofahrzeugs berücksichtigt. Das Navigationssystem rechnet kontinuierlich den tatsächlichen Energieverbrauch des Fahrzeugs ein. Testfahrten zeigten, dass der Energieverbrauch bei nur 14 Prozent längerer Fahrzeit um bis zu 30 Prozent reduziert werden kann. Abkürzungen im Stadtverkehr erwiesen sich als besonders energieeffizient.

Lösungsvarianten für effizienteres Fahren

Es ist ein altes Sprichwort, dass eine vorausschauende Fahrweise die beste Methode ist, den Spritverbrauch zu senken. Deshalb wurde die Funktion der adaptiven Geschwindigkeitsregelung (ACC) speziell auf einen energiesparenden Fahrstil ausgelegt. Darüber hinaus liefern verbesserte Navigationsdaten Angaben zu Steigungen und Gefällen sowie Geschwindigkeitsbeschränkungen, während eine Kommunikation des Fahrzeugs mit der Infrastruktur über Ampelphasen informiert. Diese Daten bilden einen elektronischen Horizont, mit dem sowohl die ACC- als auch die Segelfunktion weiter optimiert werden können. Letztere teilt dem Fahrer mit, wann er vor Ortseinfahrten oder Geschwindigkeitsbeschränkungen den Fuß vom Gas nehmen sollte. Unter optimaler Nutzung des Fahrzeugschwungs schaltet das Getriebe dann selbstständig in den Leerlauf.

Ebenfalls gestaltet wurden ein intuitives HMI-Konzept sowie ein attraktives Cockpit mit einem frei programmierbaren TFT-Display, was die Lesbarkeit der relevanten Informationen erleichtert. Dank der verbesserten Navigationsdaten ist die Berechnung der verbleibenden Reichweite deutlich genauer und für den Fahrer leichter nachvollziehbar.

Eine weitere umfangreiche Aufgabe bestand in der Optimierung des Zusammenspiels von elektrischem Antriebsstrang und regenerativem Bremssystem. Zur bestmöglichen Rückgewinnung statteten die Ingenieure zwei Peugeot 3008 e-4WD als Versuchsträger mit dem Bosch iBooster, einem elektromechanischen Bremskraftverstärker, und einem speziell für Elektrofahrzeuge angepassten ESP^®-Bremsregelsystem aus. Das Antriebskonzept besteht aus jeweils einem Elektromotor pro Achse, der sowohl antreiben als auch Energie zurückgewinnen kann. Auf dieser technischen Basis haben die Partner innovative Rekuperationsstrategien wie eine regenerative Bremskraftverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse entwickelt, die für optimale Rekuperationsgrade und Fahrzeugstabilität sorgen.

Zur Unterstützung des Entwicklungsprozesses nutzte das Team fortschrittliche Techniken der verteilten Simulation, inklusive realistischer Interaktionen zwischen Fahrzeug und Umwelt. Ein nahtloses Simulationskonzept ermöglichte einen schnellen Übergang von den entwickelten Funktionen und deren simulierten Testfällen zur Weiterentwicklung und Freigabe auf dem Antriebsstrangprüfstand AVL InMotion™.

Nachdem diese Funktionen in die beiden Versuchsträger eingebaut worden waren, wurden zahlreiche Testfahrten unternommen. Zur Messung des Effizienzgewinns wurden von AVL, Bosch und FZI entwickelte Simulationswerkzeuge und Prüfstände genutzt. Die Realtests wurden auf den privaten Teststrecken von Bosch und CTAG sowie dem "Intelligent Public Road Corridor" von CTAG durchgeführt. Im Vergleich zu einem typisch sportlichen Fahrer konnte der Energieverbrauch mit den Fahrstrategien um 27 bis 36 Prozent gesenkt werden – je nach Bereitschaft des Fahrers, den Empfehlungen Folge zu leisten. Die Fahrzeit nahm dabei nur um acht bis 21 Prozent zu. Rund 5 Prozentpunkte der Energieeinsparung sind allein der intelligenten Drehmomentverteilung zwischen den Elektromotoren der Vorder- und Hinterachse geschuldet, die keinen Einfluss auf die Fahrzeit hat.