Beitrag zur methodischen Entwicklung von Fahrwerksystemen für elektrische Radnabenmaschinen

Heidrich, Lukas GND

Elektrische Antriebe eröffnen weitreichende Potentiale zur Steigerung von Fahrsicherheit, Energieeffizienz und Agilität, zur Umsetzung neuer Gesamtfahrzeugkonzepte und Nutzermehrwertfunktionen. Die damit einhergehenden Entwicklungsansätze sind jedoch nicht zwangsläufig allein auf den Antriebsstrang beschränkt, sondern müssen als globale Entwicklungsaufgabe auch um andere Fahrzeugsysteme erweitert werden. Einen möglichen Lösungsansatz für die starke funktionale Integration von elektrischem Antriebsstrang und Fahrwerk stellen sogenannte aktive Corner-Module dar, welche durch die Nutzung elektrischer Radnabenantriebe entstehen. Die vorliegende Arbeit stellt einen Beitrag zur methodischen Systemkonfiguration, Auslegung und Bewertung von Fahrwerksystemen für elektrische Radnabenmaschinen dar. Um dies zu erreichen, sollen verschiedene domänenspezifische Simulationsmodelle genutzt und global in einem interdisziplinären Auslegungsansatz zusammengeführt werden. Ziel ist ein Expertensystem, welches auf einer modularen Struktur beruht und insbesondere in frühen Entwicklungsphasen aktiver Corner-Module belastbare Aussagen zu Bauraumkonzept und funktionalen Eigenschaften liefert. Besonderer Schwerpunkt bildet dabei die Entwicklung und experimentelle Erprobung eines Radbremsmoduls, welches speziell für den Einsatz in aktiven Corner-Modulen unter starken Bauraumlimitationen in der Felge geeignet ist. Gegenüber konventionellen Lösungen zeichnet sich die entstandene Doppelbrücke-Perimeterbremse darüber hinaus durch funktionale Vorteile und konsequenten Leichtbau aus.

Electric in-wheel motors are a promising alternative to central on-board drives. This type of distributed drive system offers a multitude of advanced driver assistance systems based on vehicle dynamics as well as a vast amount of possibilities for overall vehicle design. It is therefore necessary to solve several conflicts of objectives regarding the design of electric powertrain and chassis. These conflicts of objectives focus on functional integration aspects and especially on designed space usage inside and close to the wheel. This thesis presents an interdisciplinary design approach for different subsystem configurations of active corner modules. Based on the cross-system design methodology, exemplary configurations of active corner modules are displayed and evaluated largely automatically. This enables an overall evaluation of active corner modules at early stages of development and is the basis for a detailed design of their various subsystems. The capability of the chosen approach is verified by exemplary virtual prototypes. A particular focus is on a newly developed wheel brake module of perimeter design, which copes with the specific requirements in active corner modules and features distinct advantages over conventional wheel brake designs of spot type disc brakes. As a benefit of the novel dual-bridge perimeter brake, designed space for electric in-wheel motor and suspension can be increased while simultaneously improving performance, lightweight design and energy efficiency. Validation of the concept is carried out by extensive simulations and dynamometer test runs.

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Heidrich, Lukas: Beitrag zur methodischen Entwicklung von Fahrwerksystemen für elektrische Radnabenmaschinen. Ilmenau 2018.

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