Analyse der Fahrzeugtechnologie

Fachhochschule Kiel: Institut für Mechatronik, Prof. Dr.-Ing. Lebert, Prof. Dr.-Ing. Weber

Fahrzeugkomponenten

In dem Feldversuch eHighway Schleswig-Holstein werden sog. OH-LKW (Oberleitungs-Hybrid LKW) eingesetzt. Die industrieseitig aufgebauten Fahrzeuge verfügen neben dem klassischen Verbrennungsmotor über eine E-Maschine. Das Fahrzeug kann konventionell, rein elektrisch oder im Hybridmodus bewegt werden. Während der Verbrennungsmotor seine Energie aus dem Dieselkraftstoff bezieht, wird die elektrische Energie für die E-Maschine über den Stromabnehmer aus der Oberleitung oder über entsprechende Traktionsbatterien bereitgestellt. Dabei kann die Batterie über Ladestationen, Energie aus der Oberleitung und Rekuperationsvorgänge (Rückgewinnung von Bremsenergie) aufgeladen werden.

Voruntersuchungen

Im Vorfeld der Untersuchung wurde anhand von Realdaten eines Elektrofahrzeuges eine Auswertemethode entwickelt, um automatisiert Fahrmanöver zu erkennen und diese zu bewerten. In der jetzigen Betriebsphase wird diese Methodik auf die reale Datenbasis angewendet und das Verhalten des OH-LKW weiter analysiert. Hierzu werden unter anderem Daten zur Geschwindigkeit oder den Beschleunigungs- und Bremsvorgängen untersucht.

Fahrdatenbeschaffung und -aufbereitung

Industrieseitig aufgezeichnete Telematik-Daten aus dem täglichen Betrieb der OH-LKW werden der Begleitforschung über ein gesondertes Projekt zur Verfügung gestellt. Es handelt sich dabei Daten unterschiedlicher Güte, die in 10-Minuten-Segmente übermittelt werden. Zur späteren Auswertung der Daten sowie zum Zweck der Modellvalidierung und -anpassung werden die Realdaten über eigens dafür geschriebene Programme analysiert und gefiltert, um relevante und zusammenhängende Fahrdaten mit und ohne Oberleitungskontakt zu erhalten. Diese notwendigen Vorarbeiten ermöglichen im Anschluss eine Analyse über die Zuverlässigkeit der Oberleitungsanlage im Zusammenspiel mit dem Pantographen, den Energieverbräuchen oder zur CO₂-Bilanzierung durchzuführen.

Technologievergleich

Auf der Basis der Realdaten werden Modelle aufgebaut, mit denen Modellkonfigurationen zum direkten Technologievergleich zwischen OH-LKW, batterieelektrische LKW und Diesel-LKW sowie eine Analyse zur Energieeffizienz ermöglicht wird. Das Modell soll dabei das Verhalten des realen Fahrzeuges hinreichend genau nachbilden. Es folgt der vorgegebenen Geschwindigkeit und bildet unter anderem die Strom- und Dieselkraftstoffverbräuche des Fahrzeuges nach.

Validierung der Fahrzeuggeschwindigkeit und -verbräuche

Die Simulationsdaten werden mit realen Daten aus dem Feldversuch eHighway verglichen, um das Modell zu validieren. In der nachfolgenden Abbildung ist zu erkennen, dass das Fahrzeug der vorgegebenen Geschwindigkeit aus den Realdaten folgt. Auch im Verbrauch, beziehungsweise dem Batterieladezustand (SOC) zeigt sich eine Annäherung zwischen realen Fahrzeugdaten und Simulationsdaten (vgl. Abbildung zur Modellvalidierung des Dieselkraftstoffverbrauchs und Abbildung zur Modellvalidierung des Batterieladezustandes).

Durch die Modelle können unterschiedliche Szenarien, die in der Realität schwer oder nur mit hohem Aufwand abzubilden wären, nachgestellt werden. Zudem kann das Modell für einen Vergleich zu einem rein batteriebetriebenen Konzept (ohne Oberleitungsanlage) herangezogen, sowie eine Prognose auf größere Flotten gegeben werden. Notwendige Infrastrukturmaßnahmen (Ladestationen etc.) werden dabei mit betrachtet.

Energieeffizienz

Für eine Effizienzanalyse und um einen technischen Vergleich der Fahrzeuge ziehen zu können, werden u. a. Leistungsbilanzen zwischen einem herkömmlichen Diesel-LKW und einem OH-LKW aufgestellt. Einsparungspotenziale zum CO₂-Ausstoß können dadurch identifiziert werden. Die Analysen werden sich auf einzelne Fahrmanöver wie Beschleunigen, Überholen, Bremsen, konstante Geschwindigkeiten beziehen, somit könnten sie ferner als Grundlage für neue Fahrerinformationssysteme genutzt werden.