Elektrofahrzeug der Zukunft entwickeln
Im Rahmen der weltweiten Bemühungen um Klimaneutralität gewinnen Elektroautos zunehmend an Bedeutung. Durch eine Verringerung der Anzahl der mit fossilen Brennstoffen betriebenen Fahrzeuge auf den Straßen und die Steigerung der Effizienz von Elektrofahrzeugen lassen sich die CO2-Emissionen senken. Darüber hinaus haben bezahlbare Preise und technologische Fortschritte dazu geführt, dass elektrische Fahrzeuge für viele Privatpersonen immer mehr an Attraktivität und Realisierbarkeit gewinnen.
Leistungssteigerung von Elektrofahrzeugen
Dennoch wird die umfassende Akzeptanz von Elektroautos durch das Zögern der Bevölkerung sowie durch verschiedene technologische Herausforderungen behindert. Diese technologischen Probleme stehen häufig im Zusammenhang mit der Fahrzeugleistung, der Fahrdynamik und der Bremstechnik. Das Projekt ACHILES soll diese Herausforderungen angehen und die Markttauglichkeit von Elektrofahrzeugen verbessern. „Das Projekt ACHILES konzentrierte sich auf die Verbesserung eines bestehenden Fahrzeugs, des Audi Q2, durch die Definition der Architektur und der Steuerungsstrategie für verschiedene Teilsysteme“, erklärt Projektkoordinator Omar Hegazy, Professor an der Vrije Universiteit Brussel (VUB) in Belgien. „Zu diesen Teilsystemen gehören die Bremsen, das Fahrgestell, die Batterie und der Antriebsstrang, mit neu entwickelten Elektromotoren.“
Erzielte technologische Durchbrüche
Das Projektteam entwickelte neuartige Bauteile für jedes dieser Teilsysteme und fertigte Prototypen an. Diese Innovationen wurden dann in ein ACHILES-Fahrzeug eingebaut und getestet. Dabei wurden wichtige Erfolge bei der Verbesserung aller vier Teilsysteme erzielt. „Jeder dieser technologischen Durchbrüche ist für sich genommen ein Paradigmenwechsel, aber gemeinsam können sie das Gewicht, die Systemkomplexität und die Kosten eines Elektrofahrzeugs erheblich senken“, sagt Hegazy. „Wir konnten auch zeigen, wie sie die Zuverlässigkeit und den Bedienungskomfort sowie die Sicherheit erhöhen können.“ Die erste Innovation ist ein neuer Algorithmus für die radselektive Momentensteuerung, der die Fahrzeugdynamik maßgeblich verbessert. Die Gesamtstabilität wurde durch eine optimierte Lenkung um über 10 % erhöht. „Die zweite Neuerung ist ein neues Radkonzept, das mit einer vollständigen elektrischen Bremse ausgestattet ist“, erklärt Hegazy. „Dazu gehört auch ein neues Reibungsbremskonzept.“ Tests belegten, dass die Bremspartikelemissionen durch den Einsatz der im ACHILES-Fahrzeug installierten Aluminium-Metallmatrix-Verbundscheibe um mindestens 50 % gesenkt werden konnten. Die Aluminium-Reibungsbremsen führten außerdem zu einer Gewichtseinsparung von rund 19 kg. „Die dritte Innovation ist eine phasenverschobene Steuerung, die bei vollständig geladenen Batterien gezielt überschüssige Bremsenergie abführt“, so Hegazy weiter. „Dadurch verringert sich außerdem das Gewicht des Bremssystems. Der neu entwickelte Elektromotor ermöglicht darüber hinaus eine hohe Wärmeableitung.“ Die vierte Innovation schließlich besteht in einer zentralisierten Computerplattform, auf der die Funktionen des Elektroantriebs untergebracht sind. Dadurch wird die Anzahl der elektronischen Steuergeräte und Netzwerke verringert, und es werden alle erforderlichen Sicherheitsanforderungen erfüllt. „Dies unterstützt zentralisierte Domänensteuerungen, die für die Umsetzung von Hochautomatisierungs- und Autonomiekonzepten erforderlich sind, einer Grundvoraussetzung für intelligente Mobilität“, fährt Hegazy fort. „Auf diese Weise kann das Gewicht des Steuerungssystems um bis zu 20 % reduziert werden.“
Inspiration für zukünftige Forschungen zu Elektrofahrzeugen
Hegazy und sein Team hoffen, dass die Integration aller vier ACHILES-Konzepte in ein Elektroauto letztlich dazu beitragen wird, die Gesamtbetriebskosten zu senken, die Reichweite zu erhöhen und die Akzeptanz der Nutzenden sowie die Marktaufnahme zu verbessern. „Für die Zukunft wünschen wir uns, dass alle vier technologischen Durchbrüche weiter verfeinert und für die Massenproduktion optimiert werden“, schließt er. „Und zum anderen hoffen wir, dass das Projekt ACHILES künftige Forschungs- und Entwicklungsbemühungen zur Verbesserung der Leistung, Effizienz und Sicherheit von Elektrofahrzeugen anregen und vorantreiben kann.“
Schlüsselbegriffe
ACHILES, Elektroauto, Emissionen, Kohlenstoff, Bremsen, Karosserie, Antriebsstrang
