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Title
Betrachtung von hybriden Antriebssträngen für Nutzfahrzeuge : Modellierung und Simulation eines seriellen Hybridbusses / von Stefan Enzendorfer
AuthorEnzendorfer, Stefan
CensorGeringer, Bernhard ; Hofmann, Peter
Published2009
DescriptionXI, 123 Bl. : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2009
Annotation
Zsfassung in engl. Sprache
LanguageGerman
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)Hybrid / Nutzfahrzeug / Simulation / Serieller Hybrid / Hybridbus / Modellierung / dieselelektrisch
Keywords (EN)hybrid / commercial vehicle / simulation / serial hybrid / hybrid bus / modelling / modeling / diesel-electric
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-32819 Persistent Identifier (URN)
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Betrachtung von hybriden Antriebssträngen für Nutzfahrzeuge [4.33 mb]
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Abstract (German)

Aufgrund des Treibhauseffekts werden die CO2-Emissionen und damit der Verbrauch von KFZ immer mehr reguliert. Dies ist neben dem hohen Ölpreis und dem Trend zu höherer Energieautarkie das Hauptargument für den Einsatz von Hybridfahrzeugen. Aus den genannten Gründen sind Hybridsysteme, trotz ihrer höheren Kosten, eine sehr interessante Alternative im Fahrzeugbereich.

In dieser Arbeit wird zuerst das System Hybridfahrzeug näher betrachtet.

Neben der Einteilung der Hybridsysteme und der Betriebsstrategien wird dabei vor allem auf die Komponenten des Hybridfahrzeuges und auf Nutzfahrzeughybride eingegangen. Bei den Motoren ist der Ottomotor zwar das Antriebsaggregat mit dem höchsten Verbrauchspotential, jedoch kann der Dieselmotor aufgrund seiner besseren Wirkungsgrade die niedrigeren Gesamtverbräuche erreichen. Bei der Elektromaschine gibt es einige interessante Varianten, wobei sich bei einem Vergleich die permanenterregte Synchronmaschine als die geeignetste herausgestellt hat. Gerade auch im Nutzfahrzeugbereich gibt es diverse Entwicklungen von seriellen, parallelen und leistungsverzweigten Hybriden. Hierbei ist vor allem der Stadtbus mit seinem transientem Fahrzyklus als Anwendung interessant. Beim Stadtbus kann der serielle Hybrid seine Vorteile optimal zur Geltung bringen. Er bietet das höchste Rekuperationspotential aller Hybridvarianten und ermöglicht eine freie Drehzahl- und Drehmomentenwahl der Verbrennungskraftmaschine. Des Weiteren ermöglicht er als einzige Variante einen ausschließlichen Einsatz von Radnabenmotoren für die Traktion. Um nähere Aussagen über den seriellen Hybridbus treffen zu können wurde dieser modelliert und simuliert. Dabei wurden, aufbauend auf einem Oberleitungsbus von Viseon, verschiedene Varianten untersucht. Hierbei wurden zwei 6-Zylinder und ein 4-Zylinder Dieselmotor von Steyr-Motors sowie die Betriebsstrategien Trajektorienbetrieb und ON-OFF Betrieb näher betrachtet. Diese Varianten wurden mit einem konventionellen Bus und einem dieselelektrischen Bus verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass der serielle Hybrid eine sehr interessante Variante für den Stadtbus ist, welche hohe Verbrauchseinsparungen ermöglicht. Bei der Dieselmotorauslegung müssen, neben den Wirkungsgraden, vor allem die Leistungsanforderungen und die Lage des Bestpunktes beachtet werden.

Abstract (English)

The CO2 emissions and therewith the consumption of vehicles are increasingly regulated because of the greenhouse effect. This is next to the high oil price and the trend to higher energy independence the main reason for the application of hybrid vehicles. Because of theses causes, and despite their higher costs, hybrid systems are an interesting alternative in the vehicle segment.

In this work I will first cover the system hybrid-vehicle. Next to a classification of hybrid systems and the operating strategies the components of hybrid vehicles and commercial vehicle hybrids will examined in detail. The gasoline engine is the power plant with the highest fuel economy improvements, but the diesel engine is able to achieve the lowest consumption because of its higher efficiency. There are several interesting types of electric machines for hybrids. It was ascertained in a comparison that the permanent magnet synchronous motor is the most capable type.

As well in the commercial vehicle sector there are many developments of serial, parallel and powersplit hybrids. Above all city busses, with their transient driving cycle, are an interesting hybrid application.

Especially in city busses the advantages of serial hybrids are apparent.

They offer the highest recuperation potential of all hybrid types and enable an unconstrained engine speed and torque control. Furthermore the serial hybrid is the only type which enables an exclusive use of wheel hub motors.

A serial hybrid bus has been modeled and simulated to draw detailed conclusions about this system. Based on a trolley bus by Viseon several versions are examined. Two 6 cylinder and one 4 cylinder diesel engines by Steyr-Motors and the operating strategies "trajectory operation" and "ON-OFF operation" are discussed. These versions are compared to a conventional bus and a diesel-electrical bus. It could be shown that the serial hybrid is suitable for city busses. It enables high fuel economy improvements. When selecting the diesel engine the power requirements and the location of the most efficient point are as important as the engine efficiency.