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Optimiert für die Flotte, individualisierbar für jedes Modell

Elektrischen Antrieben gehört die Zukunft. Wunsch der Automobilhersteller heute sind Lösungen, die einerseits für eine gesamte Flotte optimiert sind, sich andererseits aber ohne großen Aufwand für die einzelnen Modelle individualisieren lassen – etwa hinsichtlich der Leistung, der Zahl der Gänge oder spezieller Komfortfunktionen. IAV hat eine modulare, skalierbare und hochintegrierte elektrische Antriebseinheit entwickelt, die diese Anforderungen erfüllt und zudem kurze Entwicklungszyklen ermöglicht.

Vieles müssen die Entwickler bei einem elektrischen Antriebsstrang unter einen Hut bekommen, um die Wünsche ihrer Kunden zu erfüllen: Gefragt sind geringe Entwicklungskosten und kürzere Entwicklungszeiten bei möglichst geringen Produktkosten. Im Rahmen einer Eigenentwicklung hat IAV gezeigt, dass sich diese unterschiedlichen und anspruchsvollen Anforderungen durch ein geschicktes Design durchaus erfüllen lassen.

Modularer Aufbau reduziert Komplexität

Die elektrische Antriebseinheit von IAV reduziert die Komplexität durch einen modularen Aufbau und gleichbleibende Schnittstellen zu allen Subsystemen. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, die Antriebe je nach Fahrzeugklasse zu individualisieren – zum Beispiel hinsichtlich der Zahl der Gänge und deren Übersetzungen. Sie kann sich zudem den verschiedenen Marktsegmenten und den dort akzeptablen Kosten durch den Einsatz unterschiedlicher Technologien anpassen. Auch Parameter wie Motorleistung und Drehmoment lassen sich bei gleichem Layout der E-Maschine variieren.

Je nach Kundenwunsch sind Zusatzfunktionen wie ein Parksperrensystem oder eine Abschaltvorrichtung realisierbar – letztere schaltet den E-Motor ab, wenn der Verbrennungsmotor eine zu hohe Drehzahl liefert, sollte die Achse in einer P4-Anwendung eingesetzt werden. Die Zahl der Gänge ist variabel, wobei der Vorteil einer höheren Effizienz und verbesserten Perfomance allerdings eher bei Fahrzeugen mit relativ hohem Gewicht zum Tragen kommt.

Bei leichten Modellen reicht ein Gang in der Regel völlig aus. Damit sind die Möglichkeiten zur Individualisierung aber noch lange nicht ausgeschöpft: „Abhängig von den Komfortanforderungen können wir zum Beispiel mit oder ohne Zugkraftunterbrechung Zugkraftunterbrechung schalten“, berichtet René Kockisch, Teamleiter Getriebemechanik bei IAV. „Geplant ist auch optionales Torque Vectoring für sportliche Fahrzeuge.“ Durch die Verschiebung des Drehmoments zwischen den Rädern ergibt sich in Kurven eine bessere Fahrdynamik und eine höhere Sicherheit.

Hohe Leistung bei hoher Effizienz

Die Leistung der elektrischen Antriebseinheit liegt zwischen 100 kW/250 Nm und 180 kW/300 Nm. Das erreichbare Abtriebsdrehmoment liegt zwischen 2150 Nm und 4150 Nm. Für eine hohe Effizienz sorgen das ausgefeilte Thermomanagement der elektrischen Antriebseinheit und die bedarfsgerechte Ölschmierung des Getriebes. Eine angenehme Geräuschkulisse ist ebenfalls garantiert: „Wir haben das Gehäuse bereits von Anfang an hinsichtlich NVH optimiert“, so Kockisch. „Dies begann schon beim Simulationsmodell und setzte sich bis zur Topologieoptimierung für ein geringes Gewicht bei maximaler Festigkeit fort.“

Durch den Einsatz vieler Gleichteile und Subsysteme konnten die IAV-Entwickler die Kosten der modularen elektrischen Antriebseinheit gering halten: Allein beim Getriebe sinken sie um fünf bis zehn Prozent im Vergleich zu anderen Lösungen. Nimmt man die E-Maschine und die Leistungselektronik hinzu, können weitere Einsparpotenziale gehoben werden. Ein nicht unerheblicher zusätzlicher Einspareffekt kann durch die Reduzierung der zu entwickelnden Antriebseinheiten für die Fahrzeugflotte erzielt werden.

Auslegung mit bewährten IAV-Tools

Ausgangspunkt der Entwicklung war das Tool IAV Antriebsstrangsynthese, mit deren Hilfe die modulare elektrische Antriebseinheit an die Anforderungen einer beispielhaften Flotte in puncto Verbrauch, Performance, Reichweite und Kosten angepasst wurde. „In diesem ersten Schritt haben wir die Rahmenbedingungen für den Baukasten festgelegt“, so Kockisch. „Die IAV Antriebsstrangsynthese hat uns dann Vorschläge zu den erforderlichen Eckdaten der Antriebseinheit geliefert, unter anderem die Zahl der Gänge sowie die Übersetzungen je nach Fahrzeugsegment.“ Danach kamen die Tools IAV E-Motorensynthese und IAV Aktuierungssynthese zum Einsatz. Sie unterstützten die Entwickler bei der detaillierten Auslegung der Antriebseinheit.

Mit unserer modularen elektrischen Antriebseinheit haben wir gezeigt, dass sich die verschiedenen Anforderungen unserer Kunden mit bewährten Entwicklungswerkzeugen und durch ein intelligentes Design erfüllen lassen.

René Kockisch — Teamleiter Getriebemechanik bei IAV

„Dabei kamen uns unser Know-how und unsere Erfahrung zugute – sie waren die Voraussetzung, um alle technischen Herausforderungen zu bewältigen und eine kurze Entwicklungszeit zu erreichen.“ Die modulare IAV-Lösung lässt sich problemlos an die Anforderungen anderer Fahrzeugflotten anpassen und in kurzer Zeit in eine Serienlösung überführen.


Der Artikel erschien in der automotion 03/2019, dem Automotive Engineering-Fachmagazin von IAV. Hier können Sie die autmotion kostenfrei bestellen.