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Die Klimaveränderung und die steigenden Rohölpreise erfordern umweltfreundliche Straßenfahrzeuge. Bereits 1897 konstruierte Ferdinand Porsche ein Elektromobil mit Radnabenmotor (Bild 9.1). Dieses Fahrzeug wurde 1900 auf der Weltausstellung unter der Bezeichnung "Lohner-Porsche" als Sensation gefeiert. Gut 100 Jahre später, favorisieren Fachleute wieder den Elektroantrieb für zukünftige Antriebskonzepte von Straßenfahrzeugen. Zur Zeit werden Hybridfahrzeuge, wo ein Elektromotor mit einem Verbrennungsmotor kombiniert wird, auf Fachtagungen diskutiert.
Bild 1:Ferdinand Porsche stellt das als Lohner-Porsche bekannte Elektromobil mit Allradantrieb auf der Weltausstellung 1900 vor
Um elektrische Antriebssysteme für zukünftige Fahrzeuge möglichst effizient zu entwickeln, wurde an der Fachhochschule Aschaffenburg ein Systemprüfstand mit einem Rapid-Prototyping-System aufgebaut. Damit können Regelalgorithmen zur Antriebsregelung entwickelt und getestet sowie die Eigenschaften von Antriebskomponenten ermittelt werden.
Der Prüfstand besteht aus zwei gegenüber liegenden Motoren, wobei der eine als Prüfmotor und der andere als Lastmaschine dient. In der Kupplung, die beide Maschinen miteinander verbindet, ist eine Drehmomentmesswelle integriert.
Die Lastmaschine kann sowohl drehzahl- als auch drehmomentgeregelt betrieben werden, womit nahezu alle Betriebszustände eines Fahrzeuges nachgebildet werden können. Als Prüfmotoren stehen Asynchron- sowie Synchronmaschinen zur Verfügung. Auch Prototypmotoren von Industriepartnern können einfach in den Systemprüfstand integriert werden. Der Systemprüfstand ist in Bild 2 zu sehen, dabei sind die wesentlichen Komponenten gekennzeichnet. Alle wesentlichen Prozessgrößen wie Drehmoment, Drehzahl, Phasenströme, Zwischenkreisspannung des Wechselrichters und Temperaturen werden mit hoher Genauigkeit erfasst und können, falls nötig, in der Steuereinheit verarbeitet werden.
Bild 2: Systemprüfstand für Fahrantriebe an der Fachhochschule Aschaffenburg
Das Rapid-Prototyping-System wurde entwickelt und aufgebaut, um moderne Regelalgorithmen einfach zu implementieren und an realen Antrieben zu testen. Kern dieses Systems ist ein leistungsfähiges Controller-Board DS1103 der Firma dSPACE mit der zugehörigen Entwicklungsumgebung. Über eine spezielle Adapterplatine ist der Leistungsteil eines MOSFET-Experimentierumrichters angeschlossen. Damit können die Leistungshalbleiter direkt von dem Controller-Board gesteuert werden.
Für die Entwicklung von Antriebsregelungen wird zunächst das Antriebssystem simuliert. Dazu eignet sich z.B. das Simulationspaket Matlab/Simulink. Es bietet die Möglichkeit, komplexe Regelungskonzepte anhand einer blockorientierten, graphischen Oberfläche zu entwickeln. Sofern die benötigten Bausteine nicht in der Simulink- Bibliothek hinterlegt sind, können z.B. mit der Programmiersprache C eigene Blöcke, die sogenannten "S-Functions", erstellt werden. Diese Funktionen lassen sich in einem Simulink-Modell einbinden. Sind die Regelalgorithmen in der Simulationsumgebung getestet, können diese auf dem Rapid-Prototyping-System implementiert und die Echtzeitfähigkeit verifiziert werden. Dabei wird der echtzeitfähige Code für den Controller automatisch aus der Simulationsumgebung erstellt (siehe Bild 3). Die Experimentierumgebung ControlDesk von dSPACE erlaubt den Online-Zugriff auf alle Variablen der Steuerung. Damit ist es möglich, die Parameter für Regler und/oder Motormodell während des Betriebs zu verändern und so zu optimieren. Außerdem lassen sich alle Prozessgrößen online durch unterschiedlichste Visualisierungsmöglichkeiten anzeigen und dokumentieren.
Bild 3: Schema zur Erstellung des echtzeitfähigen Programms
Der Stand der Technik und die neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der Elektrofahrzeuge sollen auf der Elektromobilausstellung (EMA 2008) am 10. und 11. Oktober 2008 vorgestellt werden. Die EMA 2008 wird gemeinsam von der Fachhochschule Aschaffenburg und vom Fachausschuss A1.1 "Elektrische Antriebstechnik in Kraftfahrzeugen" in der Energietechnischen Gesellschaft im VDE organisiert. Bei der Veranstaltung sollen technische Konzepte und Komponenten für Elektrofahrzeuge vorgestellt werden. Da Elektrofahrzeuge mit einem leistungsfähigen Energiespeicher neue Möglichkeiten bieten regenerative Energiequellen in die Energieversorgung einzubinden, sollen auch Aspekte der elektrischen Energieversorgung und die Umweltbilanz von Elektrofahrzeugen behandelt werden.
Um Experten sowie die interessierte Öffentlichkeit anzusprechen, ist die Veranstaltung in Ausstellung, Fachtagung und Workshop/ Wettbewerb gegliedert:
- Die Ausstellung soll Firmen und Forschungseinrichtungen die Möglichkeit geben, ihre neusten Entwicklungen und Produkte zu präsentieren.
- Auf der Fachtagung hat das Fachpublikum Gelegenheit, sich über die neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der Elektrofahrzeuge zu informieren und mit Experten zu diskutieren. Schwerpunkte der Tagung sollen Antriebstechnik, Motoren, Energiespeicher, Leistungselektronik und Fahrzeugkonzepte sein. Wir bitten alle Fachkolleginnen und -kollegen, die Interessantes zu diesen Themen beitragen möchten, um die Einreichung von Beträgen für die Fachtagung.
- Bei einem Schüler/ Auszubildenden / Studenten -Wettbewerb können Teams interessante Lösungskonzepte für ein- oder mehrsitzige Fahrzeuge, die von einem Elektromotor angetrieben werden, vorstellen. Von einer Jury werden Fahrzeugkonzept, Antriebskonzept und die Beschleunigung bewertet und mit Geldpreisen honoriert.