evTrailer

Autarkes elektrisches Antriebskooperationssystem für LKW-Trailer und Fahrzeuganhänger

ALLGEMEIN

Eine fundamentale Aufgabe der Gesellschaften im 21. Jahrhundert sind erweiterte Maßnahmen zum Klimaschutz sowie zur CO2-Reduktion. Ein wichtiger Beitrag hierzu ist die Elektromobilität, die sich zunächst auf die Elektrifizierung von Pkw, seit Ende der 2010-er Jahre aber auch zunehmend auf die Elektrifizierung von Lkw und Nutzfahrzeugen ausrichtet. Das Verbundforschungsprojekt »evTrailer2« ist ein wichtiger und besonders innovativer Beitrag zur Elektrifizierung von Fahrzeugkategorien, die bisher noch nicht im Fokus waren, aber signifikante Potenziale zur CO2-Reduktion beinhalten: Der Sattelzug als ein Fahrzeugtyp des Güterverkehrs besteht aus einer Sattelzugmaschine und einem auswechselbaren Sattelauflieger – dabei transportiert die Sattelzugmaschine keine Güter, sondern zieht den nicht angetriebenen Sattelauflieger, der die Güter transportiert. Deshalb waren die Maßnahmen zur CO2-Reduktion primär auf die Sattelzugmaschine ausgerichtet – die Elektrifizierung des bisher nicht angetriebenen Sattelaufliegers kann aber besonders effizient und wirtschaftlich dazu genutzt werden, zusätzliche und emissionsfreie Traktionsleistung für den Sattelzug zur Verfügung zu stellen und damit die Ökobilanz des gesamten Fahrzeugtyps deutlich zu verbessern.

ZIELE

VDie Ziele des Verbundforschungsprojekts »evTrailer2« sind vorrangig auf die Optimierung der Fahrsicherheit schwerer Sattelzüge sowie die Entwicklung und Integration von Hocheffizienztechnologien für die elektrischen Antriebs- und Energiesysteme ausgerichtet. Gesamthaft wird eine THG-Minderung von wenigstens 30 Prozent im schweren Verteilerverkehr gegenüber den industriellen Referenzwerten von 2019 angestrebt. Damit wird das Projekt maßgebliche Beiträge zu einem sicheren und nachhaltigen Straßengüterverkehr leisten und dafür das bis 2019 entwickelte Basisfahrzeug als Demonstratorplattform nutzen.

  • Erhöhung von Fahrstabilität und Sicherheit des Sattelzugs durch radselektive Antriebsmomentenverteilung (Torque-Vectoring) an der elektrisch angetriebenen Achse des Aufliegers.
  • Sichere Traktionskontrolle und -steuerung durch Entwicklung und Integration einer innovativen Trailer-Control-Unit (TCU) auf Basis eines leistungsstarken Multicore Sicherheits-Steuergeräts mit getrennten Applikationsebenen für sicherheitsgerichtete bzw. funktionale, nicht sicherheitsrelevante Softwarekomponenten.
  • Testung und Optimierung einer cloudbasierten Steuerungssoftware-Architektur in Verbindung mit einer mobilen Control-Einheit mit Not-Aus-Aktivierung in der Sattelzugmaschine zum sicheren Fahrzeugbetrieb im Rahmen einer adaptiven und vorausschauenden Betriebsstrategie.
  • Entwicklung eines mehrgängigen, automatisierten Schaltgetriebes mit Neutralstellung zur Realisierung neuer Fahrfunktionen, z.B. autarkes Rangieren oder effizientes Antreiben bei Regelverkehrssituationen mit hohem Standanteil durch zusätzliche kürzere Übersetzung, sowie abwerfen der elektrischen Maschinen zur Verringerung von Verlustleistungen im reinen Zugbetrieb.
  • Vollständig regenerative Produktion elektrischer Energie mit in den Seitenwänden und auf das Dach des Sattelaufliegers integrierten ViPV-Modulen (Vehicle integrated Photovoltaics) sowie Entwicklung eines leistungsfähigen Steuergeräts für die PV-Stromerzeugung.
  • Entwicklung einer für die Einbindung in Schnellladepunkte geeigneten Systemarchitektur des fahrzeugseitigen HV-Energiespeichers mit einer Hochstromfähigen HV-Box mit Charge-Controller für die bidirektionale HPC-Ladung (High Power Charging).
  • Simulationen und Studien zur Machbarkeit der Fahrzeugintegration in Oberleitungsstrecken (Electric Road System | ERS) mittels fahrzeugseitigem Scherenstromabnehmer (Pantograph) und Hochleistungszellen in einem hybriden Energiespeichersystem.

KONZEPT

Der evTrailer ist ein LKW-Sattelanhänger, der als eigenständiges batterieelektrisches Fahrzeug aufgebaut ist und in Verbindung mit einer Sattelzugmaschine einen batterieelektrisch unterstützten Transport vor Gütern ermöglicht. Darüber hinaus sind alle benötigten Komponenten zum autarken Betrieb auch ohne Zugmaschine integriert, die ein selbstständiges Bewegen ohne Zugmaschine auf Werksgeländen ermöglichen. Das Antriebsmodul ist als 2-te Achse des 3-achsigen-Trailers eingebaut und besteht im Wesentlichen aus zwei elektrischen Antrieben, die über eine zweistufige Untersetzung jeweils ein Rad der Achse antreiben. Dadurch sind beide Räder jeweils individuell ansteuerbar. Die Batterie des evTrailers kann über ein normkonformes Steckersystem elektrisch aufgeladen werden (Plug-In).

Bisherige ERGEBNISSE

Der aufgebauten Demonstrator evTrailer wurde unter realen Bedingungen zusammen mit einer Zugmaschine exemplarisch erprobt. Das Konzept des evTrailers ist mechanisch sowie softwaretechnisch funktionsfähig und ergibt ein funktionales Gesamtsystem. Bis zu einer Streckenlänge von ca. 200 km ist eine Kraftstoff- und CO2-Ersparnis von 20% möglich, bei zunehmender Distanz reduziert sich das Potenzial auf bis zu 10%. Während der Erprobung konnten die Bremsvorgänge erfolgreich durch die Elektromotoren des evTrailers unterstützt und die dabei gewonnene Energie zurück in den Akku gespeist werden.
In den Fahrversuchen zeigte sich, dass die Motoren des evTrailers die Zugmaschine beim Beschleunigen unterstützen und die Kraft am King-Pin verringert wird. Der King-Pin wird während eines Gangwechsels nahezu kraftlos und die Motoren des evTrailers unterstützen zu diesem Zeitpunkt nicht. Dieses Verhalten ist jedoch eine sicherheitsrelevante Funktion. Anfahrversuche auf eine Schotterstraßen zeigten eine schnellere Beschleunigung des Gesamtfahrzeugs durch Unterstützung der Motoren des evTrailers. Das autarke Rangieren konnte erfolgreich auf einem Werksgelände getestet werden. Der Trailer bewegte sich selbstständig ohne Zugmaschine.