Wien – Die großen Trends in der Entwicklung neuer Fahrzeugtechnologien liegen klar vor Augen: Die Autos der Zukunft werden öfter von Batteriespeichern und Hybridtechnologien angetrieben. Sie werden zunehmend zu elektronisch vernetzten Fahrzeugen, die autonom fahren und mit umliegender Infrastruktur und Onlineservices kommunizieren.

Ein neues Christian-Doppler-Labor an der TU Wien arbeitet daran, die Überwachung und Regelung dieser neuen Antriebstechnologien zu verbessern und sie in die vernetzte Verkehrswelt der Zukunft besser einzupassen. "Wir wollen Antriebsenergie sparen, den Abgasausstoß senken und die Haltbarkeit von Batterien und Brennstoffzellen optimieren", sagt Christoph Hametner vom Institut für Mechanik und Mechatronik der TU Wien, der das CD-Labor für "innovative Regelung und Überwachung von Antriebssystemen" leitet. Die Betriebsparameter sollen abhängig von den Daten, die durch neue Technologien zugänglich werden, so gesteuert werden, dass diese Ziele erreicht werden können. Unterstützt wird das CD-Labor vom Wissenschaftsministerium und vom Wirtschaftspartner AVL List.

Dynamische Anpassung

"Jede Batterie hat ein Managementsystem, das den Speicher permanent überwacht. Anhand der gemessenen Daten kann auf den Zustand der Speicherelemente und auf Alterungsprozesse geschlossen werden", gibt Hametner ein Beispiel für einen der Arbeitsbereiche im CD-Labor.

"Wir wollen einerseits ein Modell entwickeln, das das Innenleben der Speicherelemente in möglichst guter Weise abbildet. Andererseits sollen aber auch Vorhersagemodelle entwickelt werden, die die Alterung der Batterie abschätzbar machen." Auf diese Art wird es etwa möglich, dass Faktoren wie Leistungsbedarf und Betriebstemperatur dynamisch an den Alterungsprozess angepasst werden können und sich somit die Lebensdauer des Speichers erhöht. Bei hoher Außentemperatur oder vorhersehbarer hoher Leistungserfordernis kann das System zudem frühzeitig eingreifen und etwa die Kühlung hochfahren.

Gerade im Management ganzer Fahrzeugflotten hat die modellbasierte Onlinesteuerung der Antriebe großes Optimierungspotenzial. Noch bevor es zu Problemen kommt, könnte etwa eruiert werden, welcher Fahrzeugakku zu welchem Zeitpunkt ausgetauscht werden muss.

Systematische Anwendung

Doch auch bei den konventionellen Kraftstoffantrieben birgt die modellbasierte Überwachung und Steuerung das Potenzial für weitere Verbesserungen. Wenn etwa Informationen über die vorausliegende Strecke, Geschwindigkeit und Last verfügbar sind und im aktuellen Betrieb berücksichtigt werden, können die Betriebszustände von Verbrennungsmotoren und Abgasnachbehandlungsstrategien entsprechend angepasst werden, erläutert Hametner.

Der Kraftstoffbedarf von Lkw-Flotten kann auf diese Art weiter reduziert werden. Emissionen können im realen Fahrbetrieb laufend überwacht und angepasst werden. Beim Einsatz von Hybridsystemen können die Modellrechnungen, die Hametner und Kollegen im CD-Labor entwickeln, bei der vorausschauenden und optimalen Verteilung der Wegstrecke auf Elektro- und Brennstoffanteil helfen. Die modellbasierten Regelungskonzepte sollen letztendlich sicherstellen, dass die Daten aus Sensorik und Vernetzung systematisch in eine Gesamtsicht einer Wegstrecke, die von einem Fahrzeug zurückzulegen ist, eingebracht werden. (pum, 9.8.2017)