Heutige Geschwindigkeits- und Abstandsregelsysteme regeln die Fahrgeschwindigkeit und den Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug anhand der vom Fahrer vorgegebenen Sollwerte. Die tatsächliche Längsgeschwindigkeit und der über Sensorik ermittelte Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug werden mit den Sollwerten verglichen und über automatisches Beschleunigen oder Bremsen angepasst. Diese Fahrerassistenzfunktion entlastet den Fahrer und reduziert das Risiko von Auffahrunfällen, führt aber für seriell elektrisch angetriebene Fahrzeuge zu einer Reduktion der Reichweite und für seriell elektrisch angetriebene Hybridfahrzeuge mit Range Extender zu unnötig hohem Kraftstoffverbrauch bzw. CO₂-Ausstoß.

Das wesentliche Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines modellprädiktiven Konzepts zur energieoptimalen Regelung der Geschwindigkeit und des Abstandes eines seriell elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Wichtige Teilziele sind dabei:

• Entwicklung eines numerischen Bewertungsmodells, welches das energetische Verhalten einer seriell elektrischen Antriebskonfiguration an der Hinterachse in verschiedenen Fahrsituationen abbildet.

• Entwicklung und numerische Umsetzung der mathematischen Beschreibung eines MPC-basierten Mehrgrößenoptimierers.

• Numerische Analyse und Bewertung unterschiedlicher Ansätze zur Berücksichtigung der elektrischen Antriebe und des Batterieladezustands in der zu optimierenden Kostenfunktion.

Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines numerischen Bewertungsmodells zur Abbildung des energetischen Verhaltens einer seriell elektrischen Antriebskonfiguration mit Range Extender in unterschiedlichen Fahrsituationen. Dabei wird der Fall betrachtet, dass die Hinterachse elektrisch über unterschiedliche elektrische Antriebskonfigurationen (radnaher Antrieb, Radnabenantrieb und zentraler Antrieb) angetrieben wird. Mit diesem numerischen Bewertungsmodell kann dann der entwickelte Regler in der Simulation parametriert und numerisch analysiert werden.

Der zweite Teil der Arbeit umfasst die mathematische Beschreibung und numerische Umsetzung eines MPC-basierten Mehrgrößenoptimierers. Zur Verringerung des CO₂-Ausstoßes sowie zur Erhöhung der Reichweite seriell elektrisch angetriebener Fahrzeuge mit Range-Extender sollen Fahrgeschwindigkeit, Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug sowie Ladung/Entladung der Batterie so geregelt werden, dass Reichweite und Kraftstoffverbrauch optimiert werden, ohne dass Fahrkomfort und Fahrsicherheit negativ beeinflusst werden.

Im letzten Teil der Arbeit erfolgt die numerische Analyse und Bewertung unterschiedlicher Ansätze zur Berücksichtigung der elektrischen Antriebe, des Verbrennungskraftmotors, des Generators und des Energiespeichers in der Kostenfunktion. Das abgeleitete Reglerkonzept wird in der oben beschriebenen Simulationsumgebung parametriert und analysiert.

Juni 2012 – November 2015