Allrad-Hybrid verbraucht 25 Prozent weniger Sprit

Die „Doppelt rotierende Elektrische Maschine“ (DrEM) liegt zwischen Vorderachsdifferential und Verbrennungsmotor. (Bild: TH Köln)

Die „Doppelt rotierende Elektrische Maschine“ (DrEM) liegt zwischen Vorderachs­differential und Verbrennungs­motor. (Bild: TH Köln)

Ein effizienter Plug/In-Hybrid mit Allrad­antrieb, der rund ein Viertel weniger Sprit verbraucht als ein vergleich­bares Serien­fahrzeug. Das ist das Ergebnis des Forschungs­projektes „DrEM Hybrid“ des Instituts für Auto­matisierungs­technik der TH Köln. Zusammen mit den Unternehmen Meta Motoren- und Energie-Technik sowie Centre for Concepts in Mecha­tronics (CCM) haben die Wissen­schaftler der Hochschule einen innovativen Antriebs­strang entwickelt, der die Drehzahl des Verbrennungs­motors von der Fahrzeug­geschwindigkeit entkoppelt. So kann dieser immer im effizienten Bereich laufen. Das Projekt wurde unterstützt durch das Förder­programm Ziel 2 des Landes Nordrhein-Westfalen und das EU-Förder­programm Eureka.

Kernstück der neuen Antriebs­topologie ist eine sogenannte „Doppelt rotierende Elektrische Maschine“, die zwischen Vorderachs­differential und Verbrennungs­motor eingebunden ist. Durch sie kann der Verbrennungs­motor als Range Extender unabhängig von der Umdrehungs­geschwindig­keit der Räder bei jeder beliebigen Drehzahl betrieben werden. „Optimal ist eine Drehzahl zwischen 2.000 und 3.400 Umdrehungen. Dann erreichen wir bei einer „Standard­fahrt“ nach dem Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) eine Spriter­sparnis von 25 Prozent gegenüber einem serien­mäßigen Fahrzeug seiner Klasse“, sagt Projekt­leiter Andreas Lohner, Leiter des Labors für Leistungs­elektronik, Elektrische Antriebe und Auto­matisierungs­technik, der gleichzeitig Konsortial­führer des „DrEM Hybrid“ Projekts war.

Der Verbrennungs­motor treibt die Vorderachse an, wobei über die DrEM, je nach Arbeitspunkt, die Batterie ge- oder entladen wird. „Die Hinterräder haben jeweils einen radnah angeordneten Elektro­motor, der auch einzeln angesteuert wird. Damit erhöhen wir sowohl die Fahrstabilität, als auch die Fahrdynamik“, erklärt der wissen­schaftliche Mitarbeiter und Doktorand Magnus Böh. Für kurze Strecken kann der Prototyp auch rein elektrisch fahren und hat dann eine Reichweite von etwa 25 Kilometern. Dann arbeitet die DrEM als klassischer Elektromotor und erhöht das Traktions­moment des Fahrzeugs. Die Batterien können an jeder normalen Steckdose aufgeladen werden, was eine emissions­freie Fort­bewegung ermöglicht.

„Die sogenannten Split-Hybride werden bislang serienmäßig mit sehr komplexen Planeten­getrieben ausgerüstet“, sagt Böh. „Der von uns gewählte Aufbau des Antriebs mit der DrEM ist deutlich einfacher und könnte in großer Stückzahl kosten­günstiger produziert werden.“ In der dreijährigen Projekt­laufzeit lag der Fokus neben der Entwicklung des Antriebs­strangs auf den umfang­reichen Simulations- und Programmierungsarbeiten. Insgesamt zwölf Bachelor- und Master­arbeiten wurden im Rahmen des Projektes angefertigt, eine Doktorarbeit steht vor der Fertigstellung. „Als nächsten Schritt möchten wir unser Konzept weiter­entwickeln und die Simulations­ergebnisse auf der Straße verifizieren – entweder über ein Förder­programm oder mit einem Industrie­partner. Dazu sind wir auf der Suche nach Kooperations­partnern“, sagt Lohner. (Quelle: TH Köln)

Links: Institut für Automatisierungstechnik, Technische Hochschule Köln

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