Vorwort ......................................................... v
Kurzfassung .................................................... vi
Abstract ....................................................... ix
Tabellenverzeichnis ........................................... xvi
Abbildungsverzeichnis ....................................... xviii
Abkürzungsverzeichnis ........................................ xxvi
Verzeichnis der Formelzeichen ................................ xxix
1 Einleitung ................................................. 1
1.1 Elektromobilität in Deutschland ............................ 1
1.2 Zielsetzung der Arbeit ..................................... 3
1.3 Aufbau der Arbeit .......................................... 4
2 Grundlagen ................................................. 7
2.1 Fahrwerksfunktionen, Fahrwerkskonzepte und Systemgrenzen ... 7
2.2 Relevante Vorgehensmodelle und Strategien in Produkt- und
Fahrwerksentwicklung ...................................... 10
2.2.1 Definitionen aus der Produktentwicklung ............ 10
2.2.2 Konzeptentwicklung in der Fahrwerkstechnik ......... 10
2.2.3 Leichtbaustrategien ................................ 13
2.3 Stand der Technik der Bauweisen der Fahrwerke ............. 17
2.3.1 Analyse der Leichtbauweisen von
Fahrwerkskomponenten anhand ausgewählter
Beispiele .......................................... 17
2.3.2 Analyse der Bauweisen von elektrifizierten
Fahrwerkskonzepten ................................. 20
3 überblick über das Vorgehensmodell sowie die
entwickelten Methoden und Werkzeuge ....................... 24
4 Vom Gesamtfahrzeug zu den Fahrwerksanforderungen
(Phase I) ................................................. 27
4.1 Anforderungen durch die Elektromobilität .................. 27
4.2 Definition der Fahrzeugdomänen ............................ 29
4.2.1 Fahrzeug-, Antriebs- und Fahrwerkskonzeptgrößen .... 29
4.2.2 Systemische Analyse der Zusammenhänge zwischen
den Fahrzeug-, Antriebs- und
Fahrwerkskonzeptgrößen ............................. 30
4.2.3 Definition des betrachteten Beispielfahrzeuges
und Quantifizierung der Gesamtfahrzeuggrößen am
Beispiel der Fahrzeugleermasse m0 .................. 33
4.3 Konzeption der elektrischen Maschine ...................... 38
4.3.1 Konzeptionskataloge zum Entwurf des
Antriebsstranges ................................... 38
4.3.2 Quantifizierung der Antriebsanforderungen am
Beispiel des Drehzahl-, Drehmoment-, und
Leistungsbedarfs ausgehend vom Gesamtfahrzeug ...... 42
4.3.3 Elektromagnetische Antriebsauslegung zur
Bestimmung der wichtigsten Antriebskonzeptgrößen
und deren Einfluss auf das Fahrwerk ................ 47
4.4 Fahrwerksanforderungsliste unter Berücksichtigung des
elektrischen Antriebes .................................... 48
4.4.1 Quantifizierung der Fahrwerksanforderungen am
Beispiel der Fahrwerksauslegungslasten ............. 49
4.4.2 Datenerfassung zur Quantifizierung der
Fahrwerksanforderungen am Beispiel der Masse der
Vorder- und Hinterachse sowie der Einzelmassen
der Fahrwerkskomponenten ........................... 51
4.4.3 Zusammenführung der Anforderungen an ein
antriebsintegriertes Fahrwerk und Auszug aus der
Fahrwerksanforderungsliste für das betrachtete
urbane Fahrzeug .................................... 56
5 Konzeption von Fahrwerken für Elektrofahrzeuge
(Phase II) ................................................ 58
5.1 Konzeption von Fahrwerken durch Anwendung von
Leichtbaustrategien ...................................... 58
5.1.1 Anforderungsleichtbau im Fahrwerk zur
Gewichtseinsparung und zur Schaffung neuer
Freiheitsgrade ..................................... 60
5.1.2 Neue Fahrwerkskonzepte durch Formleichtbau ......... 61
5.1.3 Neue Fahrwerkskonzepte durch Funktionsintegration
der grundlegenden Fahrwerksfunktionen .............. 63
5.1.4 Neue Fahrwerkskonzepte durch Werkstoffleichtbau
im Fahrwerk ........................................ 68
5.1.5 Neue Fahrwerkskonzepte durch systematische
Integrationen von Antriebs- und
Fahrwerkskomponenten (Konzeptleichtbau) ............ 70
5.2 Synthese aus Fahrwerk, Antrieb mit Invention .............. 76
5.3 Bewertungsmethoden für Fahrwerke von elektrifizierten
Straßenfahrzeugen ......................................... 84
5.3.1 Aufbau eines universellen Bewertungswerkzeuges
für die ganzheitliche Bewertung von Fahrwerken
für elektrifizierte Straßenfahrzeuge (8) ........... 84
5.3.2 Anwendungsbereiche, Grenzen und Originalität des
Bewertungswerkzeuges für die ganzheitlichen
Bewertung von Fahrwerken für elektrifizierte
Straßenfahrzeuge ................................... 86
5.4 Konzeptauswahl: Ergebnisse der ganzheitlichen Bewertung
am Beispiel verschiedener antriebsintegrierter
Hinterachsen .............................................. 88
6 Konstruktive Entwicklung und virtuelle Validierung des
LEICHT-Fahrwerks (Phase III) .............................. 92
6.1 Konstruktion der Bauteile und Werkstoffauswahl ............ 92
6.1.1 Konstruktive Umsetzung des LEICHT-Konzeptes als
Hinterachse ........................................ 92
6.1.2 Darstellung der Leichtbaumaßnahmen, welche durch
die Anwendung von Leichtbaustrategien am LEICHT
Fahrwerkskonzept entstehen ......................... 94
6.1.3 Methodische Werkstoffauswahl ....................... 95
6.1.4 Gestaltung ausgewählter Kaufteile des
Fahrwerkskonzeptes ................................ 106
6.2 Berechnung der Fahrwerkskomponenten ...................... 107
6.2.1 Feder-/Dämpfer Auslegung .......................... 107
6.2.2 FEM-Berechnung der Fahrwerkskomponenten ........... 112
6.2.3 Analytische Auslegung des Fahrwerk-/
Antriebsmoduls als gelenkte Achse und
konstruktive Anpassung zur konzeptionellen
Applikation an der Vorderachse .................... 120
6.3 Mehrkörpersimulation zum Nachweis ausgewählter
Fahreigenschaften des innovativen Fahrwerks-/
Antriebskonzeptes ........................................ 123
6.4 Technische Merkmale und ungefederte Masse des LE/
CHT-Konzeptes ............................................ 127
7 Diskussion der Konkurrenzfähigkeit des Fahrwerks-/
Antriebsmoduls LEICHT .................................... 129
7.1 Vergleich der ungefederten Masse des LEICHT-Konzeptes
als Hinterachsausführung mit einer realisierten
Serienlösung eines Elektrofahrzeuges ..................... 129
7.2 Vergleich der benötigten Bauräume des
Fahrwerkskonzeptes LEICHT mit verschiedenen
Fahrwerks-/Antriebskonfigurationen aus dem Stand
der Technik .............................................. 130
7.3 Vergleich der Betriebssicherheit/Lebensdauer der
elektrischen Maschine .................................... 132
7.3.1 Aufbau eines variablen Vertikaldynamikmodells
zur Schwingungsanalyse, zur Feder-/
Dämpferauslegung sowie zur Untersuchung des
Fahrkomforts (9) .................................. 132
7.3.2 Anwendung des Simulationsmodells zur Analyse
der Aufbaubeschleunigung .......................... 134
7.3.3 Anwendungsbereiche, Grenzen und Originalität
des variablen Vertikaldynamikmodells .............. 136
7.4 Möglichkeiten der Fahrdynamikregelung des LE/CHT-
Konzeptes - Anwendung zukünftiger Fahrstrategien ......... 137
7.5 Konzeptionelle Weiterentwicklungen und
Anwendungsmöglichkeiten des LEICHT-Konzeptes ............. 139
7.6 Technische Risiken des LEICHT-Konzeptes und Hinweise
für eine prototypische Umsetzung ......................... 142
8 Schlussfolgerungen und Ausblick .......................... 146
8.1 Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse ............. 146
8.2 Möglichkeiten zur Fortführung der Arbeiten ............... 147
9 Literaturverzeichnis ..................................... 150
Anhang ........................................................ 171
A Weiterführende Informationen zum variablen
Berechnungswerkzeug für das Gesamtfahrzeug (1) ............. 171
В Weiterführende Informationen zum Berechnungswerkzeug zur
Bestimmung des Leistungsbedarfes (3) ....................... 173
С Elektromagnetische Auslegung zweier Maschinenvarianten ..... 174
D Weiterführende Informationen zum Berechnungsmodell für
die Fahrwerksauslegungslasten (4) .......................... 175
E Anforderungsliste für antriebsintegrierte
Fahrwerkskonzepte für elektrifizierte Straßenfahrzeuge
(Bsp.-Fahrzeug: Klasse B, mo = 1000 kg) .................... 176
F Vollständige Konzeptleichtbaumatrix und tabellarische
Beschreibung weiterer Ergebnisse der systematischen
Konzeptuntersuchung (6) .................................... 180
G Zusammenführung des Morphologischen Kastens der
Fahrwerks- und Antriebskomponenten sowie des erstellten
Bewertungskataloges ........................................ 183
H Weiterführende Informationen zur Bewertungsmethode für
Fahrwerke von elektrifizierten Straßenfahrzeugen (7) ....... 184
I Verwendete Daten für die Methode zur Werkstoffauswahl
(8) ........................................................ 185
J Beispielhafte Vorauswahl möglicher Kaufteile ............... 192
К Verwendete Werkstoffdaten in der FEM-Berechnung und
weitere Ergebnisse der FEM-Berechnung ...................... 192
Lebenslauf .................................................... 194
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