Entwicklung eines elektrischen Allradantriebs für das Black Forest Performance Team

Inhaltsverzeichnis

• Projektbeschreibung
• Formula Student Germany
• Das Black Forest Performance Team
• Grundlagen zum elektrischen Allradantrieb
• Der elektrische Antrieb im Allgemeinen
• Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs
• Energiespeicher
• Batteriemanagementsystem
• Inverter
• Antriebsmaschine
• Getriebe
• Differenzial
• Antriebswelle
• Topologien des Allradantriebs
• Konkurrenzanalyse
• Aktueller Stand
• Motorauswahl im Wintersemester 2020/2021
• Neues Antriebskonzept
• Warum ein neues Konzept?
• Konzeptentwurf
• Konstruktive Umsetzung
• Vorgehensweise
• Berechnungssoftware
• Bauraumabstimmung
• Werkstoffauswahl
• Stirnradgetriebe
• Planetengetriebe
• Seitenwelle
• Zusammenfassung und Ausblick

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Bachelorarbeit zielt auf die Neuentwicklung und 3D-Modellierung eines wettbewerbsfähigen elektrischen Allradantriebs für das Black Forest Performance Team der Hochschule Furtwangen im Rahmen der Formula Student Germany ab. Die Arbeit baut auf vorherigen Entwicklungen auf und berücksichtigt den aktuellen Projektstand des Teams.

• Entwicklung eines elektrischen Allradantriebskonzepts
• Analyse bestehender Antriebskonzepte in der Formula Student
• Konstruktive Umsetzung und 3D-Modellierung der Antriebskomponenten
• Anwendung und Anpassung des V-Modells für die Entwicklung
• Bewertung verschiedener Getriebearten und deren Auslegung

Zusammenfassung der Kapitel

Projektbeschreibung: Dieses Kapitel beschreibt den Studentenwettbewerb Formula Student Germany, fokussiert auf die Elektrokategorie (FSE), und stellt das Black Forest Performance Team der Hochschule Furtwangen vor, inklusive seiner Organisationsstruktur und bisherigen Arbeit an einem Elektrofahrzeug mit Hinterradantrieb. Es wird der aktuelle Stand des Projekts im Wintersemester 2021/2022 erläutert.

Grundlagen zum elektrischen Allradantrieb: Dieses Kapitel vermittelt grundlegendes Wissen über elektrische Antriebssysteme, ihre Komponenten (Energiespeicher, Batteriemanagementsystem, Inverter, Elektromotor, Getriebe, Differenzial, Antriebswellen), verschiedene Getriebearten (Stirnradgetriebe, Planetengetriebe, Riemenantrieb), und verschiedene Topologien für Allradantriebe. Es wird eine historische Übersicht gegeben und die Auswahl der Komponenten für ein Formula Student Fahrzeug begründet.

Aktueller Stand: Dieses Kapitel beschreibt den bisherigen Stand des Antriebsstrangs des Black Forest Performance Teams, basierend auf einem Hinterradantrieb mit zwei Elektromotoren und Riemenübersetzung. Eine vorherige Wettbewerbsanalyse zur Motorenauswahl wird kurz zusammengefasst, und die Gründe für die Notwendigkeit eines neuen Allradkonzepts werden dargelegt.

Neues Antriebskonzept: Dieses Kapitel erläutert die Gründe für den Umstieg auf ein Allradkonzept, präsentiert die Vorteile und Nachteile eines solchen Systems im Vergleich zum bestehenden Hinterradantrieb und beschreibt den gewählten Ansatz: ein "Getriebeübersetzter Einzelradantrieb" mit zwei Planetengetrieben vorne und einem zweistufigen Stirnradgetriebe hinten, basierend auf der Verfügbarkeit von vier Elektromotoren.

Konstruktive Umsetzung: Dieses Kapitel beschreibt detailliert die konstruktive Umsetzung des neuen Allradantriebs. Es beginnt mit einer Erläuterung des verwendeten V-Modells, gefolgt von der Beschreibung der verwendeten Software (KISSsoft, eAssistant, PTC Creo) und dem Prozess der Auslegung und Modellierung der einzelnen Komponenten (Getriebe, Wellen, Lager, Gehäuse). Die Anforderungsliste wird als Grundlage des Konstruktionsprozesses vorgestellt. Die Kapitel konzentrieren sich auf die detaillierte Auslegung des Stirnrad- und Planetengetriebes, inklusive Berechnungen und 3D-Modellierung.

Zusammenfassung und Ausblick: Dieses Kapitel fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen, bewertet den Erfolg bei der Erfüllung der Anforderungen und skizziert zukünftige Schritte zur Validierung des Antriebskonzepts durch Simulationen und Optimierung der einzelnen Komponenten, insbesondere der Planetengetriebe und Seitenwellen.

Schlüsselwörter

Elektrischer Allradantrieb, Formula Student Germany, Elektromotor, Getriebe, Planetengetriebe, Stirnradgetriebe, Konstruktions- und Berechnungssoftware, 3D-Modellierung, Konkurrenzanalyse, V-Modell, Hochschule Furtwangen, Black Forest Performance Team, Antriebsstrangtopologie.

Häufig gestellte Fragen

Was ist das Ziel dieser Bachelorarbeit?

Diese Bachelorarbeit zielt auf die Neuentwicklung und 3D-Modellierung eines wettbewerbsfähigen elektrischen Allradantriebs für das Black Forest Performance Team der Hochschule Furtwangen im Rahmen der Formula Student Germany ab. Die Arbeit baut auf vorherigen Entwicklungen auf und berücksichtigt den aktuellen Projektstand des Teams.

Welche Themenschwerpunkte werden in dieser Arbeit behandelt?

Die Schwerpunkte liegen auf der Entwicklung eines elektrischen Allradantriebskonzepts, der Analyse bestehender Antriebskonzepte in der Formula Student, der konstruktiven Umsetzung und 3D-Modellierung der Antriebskomponenten, der Anwendung und Anpassung des V-Modells für die Entwicklung sowie der Bewertung verschiedener Getriebearten und deren Auslegung.

Was wird im Kapitel "Projektbeschreibung" behandelt?

Dieses Kapitel beschreibt den Studentenwettbewerb Formula Student Germany, fokussiert auf die Elektrokategorie (FSE), und stellt das Black Forest Performance Team der Hochschule Furtwangen vor, inklusive seiner Organisationsstruktur und bisherigen Arbeit an einem Elektrofahrzeug mit Hinterradantrieb. Es wird der aktuelle Stand des Projekts im Wintersemester 2021/2022 erläutert.

Welche Grundlagen werden im Kapitel "Grundlagen zum elektrischen Allradantrieb" vermittelt?

Dieses Kapitel vermittelt grundlegendes Wissen über elektrische Antriebssysteme, ihre Komponenten (Energiespeicher, Batteriemanagementsystem, Inverter, Elektromotor, Getriebe, Differenzial, Antriebswellen), verschiedene Getriebearten (Stirnradgetriebe, Planetengetriebe, Riemenantrieb), und verschiedene Topologien für Allradantriebe. Es wird eine historische Übersicht gegeben und die Auswahl der Komponenten für ein Formula Student Fahrzeug begründet.

Was wird im Kapitel "Aktueller Stand" beschrieben?

Dieses Kapitel beschreibt den bisherigen Stand des Antriebsstrangs des Black Forest Performance Teams, basierend auf einem Hinterradantrieb mit zwei Elektromotoren und Riemenübersetzung. Eine vorherige Wettbewerbsanalyse zur Motorenauswahl wird kurz zusammengefasst, und die Gründe für die Notwendigkeit eines neuen Allradkonzepts werden dargelegt.

Warum wurde ein neues Antriebskonzept entwickelt?

Das Kapitel "Neues Antriebskonzept" erläutert die Gründe für den Umstieg auf ein Allradkonzept, präsentiert die Vorteile und Nachteile eines solchen Systems im Vergleich zum bestehenden Hinterradantrieb und beschreibt den gewählten Ansatz: ein "Getriebeübersetzter Einzelradantrieb" mit zwei Planetengetrieben vorne und einem zweistufigen Stirnradgetriebe hinten, basierend auf der Verfügbarkeit von vier Elektromotoren.

Welche Aspekte werden im Kapitel "Konstruktive Umsetzung" behandelt?

Dieses Kapitel beschreibt detailliert die konstruktive Umsetzung des neuen Allradantriebs. Es beginnt mit einer Erläuterung des verwendeten V-Modells, gefolgt von der Beschreibung der verwendeten Software (KISSsoft, eAssistant, PTC Creo) und dem Prozess der Auslegung und Modellierung der einzelnen Komponenten (Getriebe, Wellen, Lager, Gehäuse). Die Anforderungsliste wird als Grundlage des Konstruktionsprozesses vorgestellt. Die Kapitel konzentrieren sich auf die detaillierte Auslegung des Stirnrad- und Planetengetriebes, inklusive Berechnungen und 3D-Modellierung.

Was sind die zukünftigen Schritte laut "Zusammenfassung und Ausblick"?

Dieses Kapitel fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen, bewertet den Erfolg bei der Erfüllung der Anforderungen und skizziert zukünftige Schritte zur Validierung des Antriebskonzepts durch Simulationen und Optimierung der einzelnen Komponenten, insbesondere der Planetengetriebe und Seitenwellen.

Welche Schlüsselwörter sind relevant für diese Arbeit?

Elektrischer Allradantrieb, Formula Student Germany, Elektromotor, Getriebe, Planetengetriebe, Stirnradgetriebe, Konstruktions- und Berechnungssoftware, 3D-Modellierung, Konkurrenzanalyse, V-Modell, Hochschule Furtwangen, Black Forest Performance Team, Antriebsstrangtopologie.