Schaltvorgänge beim modernen Automobil. Fortschritt zwischen Intuition und Algorithmus

Schaltvorgänge beim modernen Automobil:
Fortschritt zwischen Intuition und Algorithmus

Ob sie nun per Handschaltung, Automatikgetriebe oder Doppelkupplungsgetriebe erfolgen: Ohne Gangwechsel kommt kein Auto in Fahrt. Doch nach welchen Kriterien wird diese wichtige Entscheidung von Fall zu Fall eigentlich getroffen? Und wie lässt sich der Vorgang technisch weiter perfektionieren? Eine Vortragsreihe beim 16. CTI Symposium in Berlin befasst sich genau mit diesem Thema.

Kraftstoff sparend, komfortabel und dynamisch

Ein wichtiges Erfordernis ist stets eine ökonomische und damit emissionsarme Fahrweise. Vorausschauend fahren und rechtzeitig hochschalten, so haben wir es alle in der Fahrschule gelernt. Moderne Getriebe bieten dazu ein ganze Reihe an hochentwickelten technischen Möglichkeiten – angepasst an verschiedene Fahrsituationen. Ein zweiter Aspekt darf nicht vernachlässigt werden: Die Schaltung trägt wesentlich zum Fahrerlebnis bei. Hier spielt der Komfort eine Rolle, aber auch der Wunsch nach einer dynamischen, bisweilen auch sportlichen Fortbewegung. Perfektes Handling und kurze Schaltzeiten sind gefordert.

Komplex, autonom und connected

Es mag ein wenig überraschen: Welche Schaltvorgänge erfolgen, das bleibt bis heute weitgehend der Intuition und dem Temperament des Fahrers überlassen. Doch seine Autorität beginnt zu bröckeln. In Hybrid-Fahrzeugen werden die Getriebefunktionen komplett vom elektronischen Antriebsmanagement gesteuert. Anders wäre das raffinierte Wechselspiel von Verbrennungsmotor und E-Maschine, von Rekuperation und Boosting gar nicht beherrschbar. Auch beim zunehmend autonomisierten und in der Endphase vollständig autonomen Fahren beansprucht das System die vollständige Kontrolle über die Schaltung. Eingriffe des Fahrers wären sogar ein Sicherheitsrisiko. Ebenso beim Connected Driving der Zukunft, bei dem Informationen aus der Cloud oder der Nahfeldkommunikation in Realzeit verarbeitet werden.

Butterweich oder schwammig – eine neue Methode ermöglicht die objektive Bewertung von Handschaltgetrieben

In jedem Auto-Test ist die Beurteilung der Schaltung ein wichtiger Punkt. Bei Handschaltgetrieben dominiert dabei der subjektive Eindruck. Werden kurze oder längere Schaltwege als angenehm empfunden? Was der eine als „butterweich“ lobt, bemängelt der nächste als „schwammig“.
In einer Kooperation zwischen dem Institut für Fahrzeugtechnik der TU Braunschweig und der AVL List GmbH wurde nun ein System entwickelt, das eine objektive Bewertung der Betätigungsqualität von Handschaltgetrieben ermöglicht. Dabei erfasst ein adaptives Messsystem die Kraft- und Wegekennlinien von Wählhebel und Kupplungspedal. Mit Hilfe dieses Verfahrens lassen sich objektive Bewertungen der Betätigungsqualität von Handschaltgetrieben einfach und effizient durchführen, mögliche Schwachstellen werden gezielt identifiziert.

Rekuperieren beim Schalten – interessante Erkenntnisse zur regenerativen Bremswirkung bei unterschiedlichen HV-Architekturen

Die Rekuperation der Bremsenergie stellt das zentrale Merkmal von Hybridfahrzeugen dar – sie möglichst intensiv zu nutzen ist das Ziel. Eine besondere Herausforderung ergibt sich, wenn während des Bremsens zugleich ein Gangwechsel erfolgen soll. Dies ist immer dann der Fall, wenn die rekuperierende E-Maschine nicht direkt mit den Rädern verbunden ist, sondern über ein Getriebe. Eine bei Ford (USA) durchgeführte Untersuchung hat diese Problemstellung detailliert und mit Blick auf verschiedene Hybid-Architekturen (parallel, seriell, Powersplit) in den Blick genommen. Dabei wird eine neue Schaltkategorie, in Form des „regen shifting“ vorgestellt. Das regenerative Schalten kann sowohl mit als auch ohne Unterbrechung (Powershift) des Drehmoments erfolgen. Seine Anwendung in aktuellen und zukünftige Architekturen von Hybridfahrzeugen, sei es als DHT oder als Add-on-Lösung, wird erläutert und die jeweilige Effizienz eingehend diskutiert.

Informationsvorsprung per V2X-Kommunikation – damit der Allradantrieb bereit ist, bevor es gefährlich wird

Moderne Kommunikationstechnologien gestatten dem Fahrzeug den Zugriff auf eine Fülle von aktuellen Daten aus unterschiedlichen Quellen. Während die Nutzung des Internets auf diesem Gebiet fast schon selbstverständlich geworden ist, verspricht die Nahfeldkommunikation noch spannende Innovationen. Bei McLaren Engineering hat man sich dazu eine konkrete Aufgabe gestellt: Wie lässt sich die als „Vehicle-to-evertything“ (V2X) bekannte Technik nutzen, um die Sicherheit und Performance eines mit Disconnect-Funktion ausgestatteten AWD-Fahrzeugs weiter zu steigern? Heraus kamen neue Kontroll-Algorithmen, dank derer der Allradantrieb proaktiv in Bereitschaft versetzt und bei Bedarf blitzschnell zugeschaltet wird. Seine Leistungsfähigkeit hat das System nicht nur in Simulationen sondern auch beim Einsatz in verschiedenen Testfahrzeugen unter Winterbedingungen im Februar 2017 unter Beweis gestellt.

Feinarbeit für kürzere Schaltzeiten – auch bei einem integrierten PM-Synchronmotor am 7-Gang-DCT

Wenn ein Hybridfahrzeug im rein elektrischen Fahrbetrieb von einem Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) mit hohem Trägheitsmoment, der in ein 7-Gang-DCT integriert ist, angetrieben wird, stellt sich das Problem der verlängerten Schaltzeiten. In einem von der CEVT AB (Schweden) durchgeführten Forschungsprojekt ist es gelungen, diese Schaltzeiten deutlich zu reduzieren. Die zur Synchronisierung beim Gangwechsel notwendige aktive Steuerung beim PMSM wurde anhand verschiedener Parameter eingehend untersucht und mit Hilfe neu entwickelter Algorithmen optimiert. Die am Computermodell gewonnen Erkenntnisse tragen in der Praxis zu einer Verbesserung der Fahrbarkeit bei. Sie lassen sich auch auf den Umgang mit kupplungslosen Mehrganggetrieben in Elektrofahrzeugen allgemein übertragen.

Befehle aus dem Fußraum – mit innovativem Algorithmus zur optimalen Schaltentscheidung

Der Fuß auf dem Gaspedal fungiert beim Schalten sozusagen als Befehlszentrale. Ein bei der AVL List GmbH entwickelter Algorithmus wertet diese Impulse auf vollkommen neuartige Weise aus.
Das System registriert, wieviel Beschleunigung bzw. Antriebskraft angefordert wird und trifft auf dieser Basis die jeweilige Schaltentscheidung. Der neue Gangwahl-Algorithmus benötigt keine Schaltkennfelder und reduziert den Kalibrierungsaufwand. Darüber hinaus ist er für den Einsatz beim vernetzten und sogar bei autonomen Fahren geeignet, bei dem es gar keinen Fahrer als Befehlsgeber mehr gibt. Das System ist adaptiv und richtet seine Schaltstrategie am Fahrstil des Fahrers oder im Falle des autonomen Fahrens an einem vorgewählten Fahrmodus aus. Es ermittelt die in der jeweiligen Situation zweckmäßigste Schaltcharakteristik und verbessert das Fahrverhalten.

Herzlich willkommen in Berlin!

Marktplatz für Ideen, Treffpunkt für Experten, Plattform für Netzwerker, Forum für Diskussionen, Startrampe für Einsteiger, Campus für Forscher und Erfinder, VIP-Lounge für Entscheider, Arena für Debatten, Börse für Talente – all dies ist das 16. CTI Symposium in Berlin.

Schauen Sie sich das komplette Programm mit vier interessanten und faszinierenden Symposium-Tagen an. Und entscheiden Sie selbst, welches für Sie die wichtigsten Gründe sind, dieses letzte Branchen- Highlight des Jahres 2017 zu besuchen.

Wir freuen uns auf Ihre Anmeldung!

Alle Informationen zu den Vorträgen auf dem 16. CTI Symposium finden Sie in unserer Broschüre: