Traktionskonzept für ein Lastenfahrrad : Untersuchung von Fahrverhalten und Antriebsstrang

Erik Bombach untersucht anhand einer Simulink-Modellierung des Gesamtsystems Lastenpedelec verschiedene Antriebskonzepte und vergleicht diese primär an der Position des Motors miteinander. Zudem wird das Potential von Dualspeichern, Rekuperation und prädiktiver Motorregelung bewertet. Dabei wird die kinetische Simulation der Fahrdynamik sowie die Energetik verschiedener Lastfälle eingebunden. Der Autor beurteilt ebenfalls die Tauglichkeit eines Mehrmotorantriebes, welcher bis heute keine Anwendung in der Praxis findet. Dazu stellt er drei Betriebsstrategien vor, die bestimmen, wann welcher Motor wie viel Leistung erbringen muss. Seine Auswertung ergab, dass die optimale Motorposition vom Anwendungsgebiet des Lastenpedelecs abhängt. Das hergeleitete Modell hat durch seinen modularen Aufbau eine hohe Anpassungsfähigkeit und ist in den verschiedensten Anwendungen nutzbar. Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Symbolverzeichnis Kapitel 1 Einleitung Kapitel 2 Mathematische Beschreibung des Zweirades 2.1 Stand der Technik und Vorgehensweise 2.2 Modellbildung 2.3 Koordinatensysteme 2.4 Koordinatentransformation 2.4.1 Transformationsmatrizen 2.4.2 Berechnung der Koordinaten des Punktes PA 2.5 Ortsvektoren 2.6 Rotationsvektoren 2.7 Kreisfahrt 2.8 Gelenktes Fahren 2.9 Freihändig Fahren 2.10 Konservative Kräfte 2.11 Nichtkonservative Kräfte 2.11.1 Zentrifugalkraft 2.11.2 Kontaktkraft am Vorderrad 2.11.3 Kontaktkraft am Hinterrad 2.11.4 Luftwiderstand 2.12 Gyroskopische Momente Kapitel 3 Implementierung des Zweirades 3.1 Lagrangesche Vorschrift 3.2 Symbolische Herleitung der Gleichungen 3.3 Lenkreibung 3.4 Verifizierung Zweiradmodell Kapitel 4 Antriebsstrang des Pedelecs 4.1 Überblick 4.2 BLDC-Motor 4.3 Inverter 4.4 Motorregelung 4.5 Wärmestromkreis Motor 4.6 Vereinfachtes Motormodell 4.7 Getriebe 4.8 Bremse 4.9 Energiespeicher 4.9.1 Batterie 4.9.2 Superkondensator 4.9.3 Flusssteuerung der Speicherströme 4.10 Controller Kapitel 5 Simulation 5.1 Fahrstabilität 5.2 Elektrischer Antriebsstrang 5.2.1 Parametrisierung 5.2.2 Antriebskonfigurationen 5.2.3 Lastfälle Kapitel 6 Auswertung 6.1 Motorposition 6.2 Betriebsstrategie 6.3 Rekuperation 6.4 Dualspeicher Kapitel 7 Zusammenfassung und Ausblick Anhang A Matlab-Skript: Kinetik Anhang B Matlab-Skript: Herleitung der thermischen Parameter Literaturverzeichnis Erik Bombach untersucht anhand einer Simulink-Modellierung des Gesamtsystems Lastenpedelec verschiedene Antriebskonzepte und vergleicht diese primär an der Position des Motors miteinander. Zudem wird das Potential von Dualspeichern, Rekuperation und prädiktiver Motorregelung bewertet. Dabei wird die kinetische Simulation der Fahrdynamik sowie die Energetik verschiedener Lastfälle eingebunden. Der Autor beurteilt ebenfalls die Tauglichkeit eines Mehrmotorantriebes, welcher bis heute keine Anwendung in der Praxis findet. Dazu stellt er drei Betriebsstrategien vor, die bestimmen, wann welcher Motor wie viel Leistung erbringen muss. Seine Auswertung ergab, dass die optimale Motorposition vom Anwendungsgebiet des Lastenpedelecs abhängt. Das hergeleitete Modell hat durch seinen modularen Aufbau eine hohe Anpassungsfähigkeit und ist in den verschiedensten Anwendungen nutzbar. Der Inhalt • Mathematische Beschreibung der Kinetik eines Zweirades • Implementierung dieses Modells in Matlab/Simulink • Erweiterung des Simulinkmodells um den elektro-mechanischen Antriebsstrang • Simulation verschiedener idealer und realer Fahrzyklen Die Zielgruppen • Dozierende und Studierende des Maschinenbaus, der Kfz-Technik und der Elektrotechnik • Hersteller von Lastenpedelecs Der Autor Erik Bombach absolvierte sein Bachelor- und Masterstudium des Maschinenbaus mit den Vertiefungsrichtungen Konstruktion und Elektromobilität an der TU Bergakademie Freiberg Erik Bombach untersucht anhand einer Simulink-Modellierung des Gesamtsystems Lastenpedelec verschiedene Antriebskonzepte und vergleicht diese primar an der Position des Motors miteinander. Dabei wird die kinetische Simulation der Fahrdynamik sowie die Energetik verschiedener Lastfalle eingebunden.