Modellgestützte Entwicklung eines Multi-Mode-Getriebes für einen plug-in-hybrid-elektrischen Antriebsstrang

Plug-in-hybrid-elektrische Fahrzeuge kombinieren einen emissionsarmen Fahrbetrieb mit den Vorteilen konventionell angetriebener Fahrzeuge hinsichtlich der Reichweite und Betankung. Ausschlaggebend für die Kraftstoffsparsamkeit solcher Fahrzeuge ist unter anderem die Konfiguration von Getriebe, Verbrennungs- und Elektromotor im Antriebsstrang. Antriebsstrangkonfigurationen mit Multi-Mode-Getriebe ermöglichen die Umschaltung zwischen verschiedenen Kopplungen von Verbrennungs- und Elektromotor, wodurch sich gegenüber einer festen Kopplung zusätzliche Kraftstoffeinsparungen erzielen lassen. Diese Arbeit beschreibt eine Systematik zur modellgestützten Entwicklung von Multi-Mode-Getrieben und der dazugehörigen Steuer- und Regelalgorithmen. Grundlage hierfür ist ein Ansatz zur Antriebsstrang- und Getriebemodellierung, bei dem sich der Detaillierungsgrad der Modelle an die jeweiligen Entwicklungsaufgaben anpassen lässt. Die Systematik wird zur Entwicklung eines Funktionskonzepts angewendet, das als Basis für die konstruktive Entwicklung eines neuen Multi-Mode-Getriebes dient. Für das hieraus resultierende Getriebe werden entsprechende Steuer- und Regelalgorithmen sowie eine übergeordnete Betriebsstrategie zur Gang- und Betriebsmodusauswahl entwickelt. Darüber hinaus erfolgt eine modellgestützte Bewertung des potenziellen Kraftstoffverbrauchs, bei der Wirkungsgradmessungen eines entsprechenden Getriebeprototyps berücksichtigt werden. Plug-in hybrid electric vehicles combine low-emission driving with the advantages of conventional powered vehicles in terms of operating range and refueling time. Decisive for the fuel economy of such vehicles is the configuration of the transmission, the internal combustion engine and the electric motor within the powertrain. Powertrain configurations with multimode transmissions can switch between various couplings of the engine and electric motor, enabling additional fuel savings compared to a fixed coupling. This thesis describes a systematic approach for the model-based development of multimode transmissions and the corresponding control algorithms. It is based on a modelling approach for powertrains and transmissions, while the model's level of detail can be adapted to various development tasks. The overall approach is used to develop a functional concept that provides the basis for the design of a new multimode transmission. For this transmission the necessary control algorithms and an operating strategy for selecting the gear and operating mode are developed. Furthermore, a model-based evaluation of the potential fuel consumption is carried out, taken into account efficiency measurements obtained from a corresponding transmission prototype.