Das Ziel des Forschungsvorhabens Scale-e-Drive liegt in der Entwicklung einer hocheffizienten elektrischen Zweigangachse für das leichte Nutzfahrzeugsegment. Durch die flexible Schnittstelle des Getriebes wird die Nutzung kostengünstiger Antriebseinheiten aus dem PKW-Segment ermöglicht. Außerdem kann somit die Leistung an die jeweilige Kundenanforderung angepasst werden. Darüber hinaus soll untersucht werden, ob durch den Bestpunktbetrieb und die Optimierung der Betriebsstrategie ein Thermik-/Effizienzgewinn erzielt werden kann. Dies wird durch Prüfstands- und Fahrzeugversuche erprobt.

Der Anteil elektrischer NFZs hat sich in 2018 gegenüber 2017 fast verdoppelt, ist aber zum größten Teil der Klasse <3,5t zuzuordnen. Die Klasse 3,5t bis 7t basiert noch fast ausschließlich auf Verbrennungsmotoren. Ein wesentlicher Grund hierfür ist das fehlende Angebot, insbesondere auch von deutschen OEMs, von technisch geeigneten Fahrzeugen. Hürden sind technisch die nutzfahrzeugspezifischen hohen Anforderungsprofile, wirtschaftlich die vergleichsweise geringen Stückzahlen und, damit verbunden, große Entwicklungsaufwendungen mit dem zeitlichen Problem der rechtzeitigen Markteinführung. Der vorgeschlagene Ansatz ist, mit einer zu entwickelnden Methodik zur Auslegung modularer Antriebstechnologien den Einsatz bestehender E-Maschinen, z.B. aus dem PKW-Sektor, für leichte LKWs zu ermöglichen. Hierdurch werden Skalierungseffekte und, mit vertretbarem Aufwand, die im globalen Wettbewerb wichtige zeitnahe Einführung von NFZs mit elektrischen Antrieben (Time-to-Market) ermöglicht.

Elektrische Antriebe aus dem PKW-Bereich einfach auf die Nutzfahrzeuge zu applizieren ist hierbei allerdings nicht ausreichend, da für die gleichzeitige Erfüllung der Momenten- und Drehzahlanforderungen hohe Leistungsreserven erforderlich wären, welche Kosten, Volumen und Gewicht treiben und zudem energetisch nachteilig sind. Eine solche Überspezifikation soll mit Hilfe geeigneter Getriebekonzepte und Betriebsstrategien, die sich die hohe Dynamik der E-Maschine und ein intelligentes Temperaturmanagement zunutze machen, vermieden werden, so dass auch leichte und kostengünstige elektrische Antriebe (einschließlich Umrichter) aus dem PKW-Bereich energieeffizient im Nutzfahrzeugbereich appliziert werden können. Damit ergeben sich die aufgeführten Skalierungseffekte sowie deutlich gesenkten Entwicklungskosten und -risiken, durch welche die wirtschaftlichen und zeitlichen Anforderungen erfüllt werden können. Das angestrebte Ergebnis ist eine Antriebseinheit, welche konzeptionell entworfen, prototypisch realisiert und in einem Nutzfahrzeug erprobt wird. Dabei soll im Vergleich zu direkten Antrieben die Erzielung geringerer Systemkosten bei zumindest gleichem Gewicht und einer verbesserten Energieeffizienz nachgewiesen werden.

Das grundlegende Forschungsziel liegt in der vollumfänglichen Abdeckung der hoch variablen und anspruchsvollen fahrdynamischen Anforderungen. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sowohl die Optimierung des Wirkungsgrads als auch des Systemgewichts zu. Die Ergebnisse werden an Hand eines im Rahmen des Forschungsprojekts konzeptionierten und realisierten Prototyps auf Prüfständen und im Erprobungsfahrzeug verifiziert.

Projektziele:

  • Technisch: Die Nutzerprofile in dieser Klasse sind sehr viel unterschiedlicher als im PKW-Bereich und können für dasselbe Fahrzeug von hohen Momentenanforderungen bei moderaten Geschwindigkeiten, z.B. Anhängerbetrieb oder Steigungen mit schwerer Ladung, bis zur Sicherstellung von ausreichend hohen Dauergeschwindigkeiten variieren. Ebenso können die Anforderungen je nach Einsatzart sehr verschieden sein.
  • Wirtschaftlich: Die Betreiber von Nutzfahrzeugen sind extrem kostensensitiv, d.h. Investitionen wie auch Betriebskosten müssen attraktiv sein. Demzufolge müssen die Kosten der Schlüsselkomponenten Antrieb und Batterie bei gleichzeitig hoher Energieeffizienz minimiert werden. Das Problem ist, dass die Stückzahlen des NFZ-Segmentes um eine Größenordnung unterhalb derjenigen des PKW-Segmentes liegen und schon dort die notwendigen Vorleistungen in Entwicklung und Produktion erheblich und risikobehaftet sind.
  • Zeitlich: Neben den zuvor beschriebenen wirtschaftlichen Aspekten wird im globalen Wettbewerb die zeitnahe Einführung von NFZ mit elektrischen Antrieben entscheidend sein (Time-to-Market). Dies bedingt möglichst kurze Entwicklungs- und Validierungszeiten.

Forschungsfragen:

  • Ist die Nutzung eines Zweiganggetriebes in Kombination mit einer elektrischen Maschine aus dem PKW-Segment für die Tonnage von leichten Nutzfahrzeugen (3,5 bis 7 t) technisch und wirtschaftlich sinnvoll?
  • Ist eine auf thermischen Vorhersagen aufgebaute Betriebsstrategie mit den begrenzten Informationen aus dem Fahrzeug realisierbar?
  • Wie kann ein schneller und zuverlässiger Schaltvorgang mit rein elektrischer Aktorik umgesetzt werden?

Kontakt Konsortium:

Henning Rimbach
Daimler Benz AG, Mercedes-Benz Werk Kassel

Abschlusspräsentation

Förderkennzeichen
03EMF0302

Partner Laufzeitbeginn Laufzeitende Fördersumme
Daimler Truck AG01.08.2031.07.24844.239,00 €
Universität Kassel01.08.2031.07.24993.119,00 €
1.837.358,00 €