Optimierung des Radnabenantriebs. Ein alternatives Bremssystem

Inhaltsverzeichnis

1. EINLEITUNG UND MOTIVATION

1.1 SCHAEFFLERS ,E-WHEEL DRIVE'

1.2 SIEMENS ,ECORNER MODUL'

2. GESETZLICHE UND THERMISCHE LIMITIERUNGEN

3. ELEKTRISCHE BREMSEN

3.1 REKUPERATIVES BREMSEN

3.2 WIDERSTANDSBREMSE

3.3 GLEICHSTROMBREMSE (KURZSCHLUSSBREMSE)

4. BREMSAUSLEGUNG FÜR DIE ANTRIEBSSYSTEME

5. DREI ALTERNATIVE ANTRIEBSSYSTEME

5.1 RADNABENANTRIEB MIT KONISCHER BREMSE

5.2 RADNABENANTRIEB MIT BREMSWELLE

5.3 RADNABENANTRIEB MIT LAGERBREMSE

6. PARAMETER DES CAE-PROZESSES

7. UNTERSUCHUNG DER OPTIMIERTEN KONSTRUKTIONEN

7.1 UNTERSUCHUNG DER STATIK

7.2 UNTERSUCHUNG DER THERMIK

7.3 UNTERSUCHUNG DER GESETZLICHEN RICHTLINIEN

8. VOR- UND NACHTEILE DES ,ALLRADNABENANTRIEBS'

9. SCHLUSSGEDANKE

Zielsetzung & Themen

Die vorliegende Arbeit untersucht die technische Machbarkeit und Optimierung von Allradantrieben mit Radnabenmotoren, wobei der Fokus insbesondere auf der thermischen Belastung durch mechanische Bremssysteme und der Einhaltung gesetzlicher Sicherheitsanforderungen liegt.

• Analyse bestehender Radnabenantrieb-Konzepte und deren thermischer Limitierungen
• Entwicklung und Simulation alternativer Bremssystem-Konstruktionen mittels CAE
• Überprüfung der gesetzlichen Bremsanforderungen gemäß StVZO
• Bewertung der thermischen Entlastungspotenziale für den Elektromotor
• Diskussion von Vor- und Nachteilen des Allradnabenantriebs hinsichtlich Fahrdynamik und Gewicht

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. EINLEITUNG UND MOTIVATION: Einführung in die Thematik des Radnabenantriebs sowie Vorstellung der Konzepte von Schaeffler und Siemens.

2. GESETZLICHE UND THERMISCHE LIMITIERUNGEN: Darstellung der rechtlichen Anforderungen nach StVZO sowie eine theoretische Betrachtung thermischer Probleme.

3. ELEKTRISCHE BREMSEN: Analyse der Bremsmethoden Rekuperation, Widerstands- und Gleichstrombremse sowie deren jeweilige Grenzen.

4. BREMSAUSLEGUNG FÜR DIE ANTRIEBSSYSTEME: Synthese aus rekuperativem und mechanischem Bremsen als notwendige Strategie zur Einhaltung der Bremsleistung.

5. DREI ALTERNATIVE ANTRIEBSSYSTEME: Detaillierte Vorstellung der drei erarbeiteten Konstruktionsvarianten für den Radnabenantrieb.

6. PARAMETER DES CAE-PROZESSES: Definition der Randbedingungen und Fahrzeugmodelle für die anschließende FEM-Simulation.

7. UNTERSUCHUNG DER OPTIMIERTEN KONSTRUKTIONEN: Detaillierte Durchführung und Auswertung der statischen und thermischen Simulationen zur Auswahl des besten Konzepts.

8. VOR- UND NACHTEILE DES ,ALLRADNABENANTRIEBS': Abwägung der fahrdynamischen Vorteile gegen die Nachteile bezüglich ungefederter Massen.

9. SCHLUSSGEDANKE: Zusammenfassende Beantwortung der Ausgangsfrage und Ausblick auf zukünftigen Forschungsbedarf.

Schlüsselwörter

Radnabenantrieb, Elektromotor, Allradantrieb, Rekuperation, Bremsanlage, StVZO, CAE-Prozess, FEM-Simulation, Thermik, Statik, Torque Vectoring, e-Wheel Drive, eCorner Modul, mechanische Bremse, Energieeffizienz

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Bachelor-Thesis grundsätzlich?

Die Arbeit untersucht, ob ein Allradantrieb mittels Radnabenmotoren unter Berücksichtigung gesetzlicher Vorschriften und thermischer Belastungen technisch realisierbar ist.

Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?

Das Spektrum reicht von der theoretischen Untersuchung bestehender Radnabenantriebe über die Auslegung von Bremssystemen bis hin zur FEM-gestützten Optimierung neuer Konstruktionsvarianten.

Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?

Das Ziel ist es, eine Konstruktion zu finden, die den gesetzlichen Bremsanforderungen entspricht und gleichzeitig den Elektromotor thermisch entlastet, um einen Allradnabenantrieb zu ermöglichen.

Welche wissenschaftliche Methode wird zur Analyse verwendet?

Es wird eine Kombination aus theoretischer Berechnung der physikalischen Lastfälle und der numerischen Simulation mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) im Programm Hyperworks genutzt.

Was wird im Hauptteil der Arbeit detailliert behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in die Vorstellung dreier spezifischer Konstruktionen (konische Bremse, Bremswelle, Lagerbremse) und deren anschließende statische und thermische Untersuchung.

Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?

Wesentliche Begriffe sind Radnabenantrieb, Rekuperation, StVZO-konforme Bremsauslegung, thermische Belastung und Finite-Elemente-Methode.

Warum ist eine rein elektrische Bremsung für ein Fahrzeug oft nicht ausreichend?

Die Arbeit zeigt auf, dass die aktuelle Gesetzgebung (StVZO §41) und die physikalische Kapazität der Generatoren eine zusätzliche mechanische Bremskomponente zwingend erforderlich machen.

Welches der drei untersuchten Konzepte stellt sich als die beste Lösung heraus?

Die Auswertung der Simulationen ergibt, dass der Radnabenantrieb mit Lagerbremse die besten thermischen und statischen Voraussetzungen für einen Allradantrieb bietet.