SUNCAR iSUV

Das Projekt SUNCAR Steer by Wire beschäftigt sich mit der Umrüstung eines BMW X5 auf Elektro-Einzelradantrieb mit Torque Vectoring. Insbesonere soll eine Steer-by-Wire Steuerung implementiert werden. Das Torque Vectoring soll als fehlertolerante Rückfallebene für die Steer by Wire Steuerung dienen.


Technische Daten

Fahrzeugtyp BMW X5
Leistung 310kW

Drehmoment (Motor)

610Nm
Drehzahl (Motor) 13000rpm
Beschleunigung (0-100km/h) <9s
Geschwindigkeit 300km/h
Reichweite 420km


Steer by Wire

Mit Steer by Wire wird in einem Fahrzeug die mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Vorderachse getrennt und durch eine elektronische Verbindung ersetzt. Dies hat viele Vorteile wie Platzeinsparungen, ein verringertes Risiko bei Unfällen für den Fahrer und die Möglichkeit, das Fahrzeug unabhängig des Fahrers energieeffizient zu steuern. Damit dieses System auch im Falle eines technischen Defekts weiter funktioniert, werden Redundanzen wie das Torque Vectoring nötig.


Torque Vectoring

Die Technik des Torque Vectoring steuert Fahrzeuge durch unterschiedliche Drehmomente an den Rädern. Da der iSUV im Gegensatz zu vielen anderen Fahrzeugen zwei einzeln ansprechbare Frontmotoren besitzt, für jedes Rad einen, bietet dieses Fahrzeug ideale Voraussetzungen dazu. Denn an der Vorderachse kann zusätzlich zum unterschiedlichen Drehmoment auch der daraus resultierende Unterschied in der Präzessionskraft genutzt werden, um die Räder während der Fahrt in Steuerrichtung zu drehen. Dies macht dieses System noch effizienter.

Batterie

Typ
Lithium Ionen
Energie 85.5kWh
Spannung
345V
Entladestrom bis
800A
Anzahl Zellen
7104



SUNCAR Bagger

Ziel des Projektes SUNCAR Bagger 2013-2014 war es den Bagger Takeuchi TB1140, welcher 16 Tonnen schwer ist, vollständig von Diesel- auf Elektroantrieb umzurüsten. Es war das erste SUNCAR Projekt, das sich mit einer Baumaschine und nicht einem Strassenfahrzeug auseinander setzte. Zusätzlich war es weltweit der erste Versuch, ein so schweres Fahrzeug auf Elektroantrieb umzurüsten. Die Gründe für die Lancierung dieses Projekt waren vielfälltig. Einige der wichtigsten Punkte waren, dass ein Elektrobagger viel weniger Lärm produziert, mit Umweltauflagen in Städten überhaupt kein Problem hat, auch in geschlossenen Räumen arbeiten kann, da er kein Abgas ausstösst, fast keine Kosten für den Arbeitsalltag anfallen (Strom ist günstiger als Brennstoff) und er vor allem Umweltfreundlich ist. Insgesamt arbeiteten 18 Studenten der ETH Zürich, der NTB und der HSLU an diesem Projekt. Zusätzlich wurden den Studenten noch einige Betreuer zu Seite gestellt.


Technische Daten

Fahrzeugtyp Takeuchi TB1140
hydraul. Leistung 75kW
Drehmoment (Motor) 400Nm
Batterie 180kWh
Arbeitszeit 6h
Ladezeit 4h
Gewicht 16T


Hydraulik

Die Hydraulik-Komponenten werden auf den Elektroantrieb optimiert, um die Betriebszeit weiter zu steigern. Der Kompressor ist immer noch eine Komponente mit hohem Energieverbrauch, weshalb dieser ersetzt werden soll. Auch durch die Rekuperierung beim Druckabbau in den Hydraulikzylinder kann Energie zurück-gewonnen werden, so dass die Betriebszeit weiter verlängert werden kann.


SUNCAR Family

Der Suncar Family ist das alltagstaugliche Fahrzeug in der Suncar Flotte. Mit dem Range Extender, einem Verbrennungsmotor mit Bioethanol, fährt dieses Fahrzeug die täglichen Strecken mit Strom und nur weite Strecken mit Bioethanol. Dies ermöglicht eine Gewichtsreduzierung bei Elektrofahrzeugen. Mit dem Solarpanel wurde die Energiegewinnung unabhängig vom Netz gemacht und die Reichweite weiter gesteigert.


Technische Daten

Fahrzeugtyp
Skoda Octovia
Leistung
120kW
Drehmoment (Motor)
280Nm

Drehzahl (Motor)

12000rpm
Beschleunigung (0-100km/h) <8s
Geschwindigkeit 140km/h
elektr. Reichweite 120km
mit Range Extender
800km




Range Extender

Der Range Extender ist ein Einzylinder-Motor, der mit Bioethanol angetrieben wird. Dadurch wird ermöglicht, dass das Auto durch das geringere Gewicht eine höhere Effizienz aufweist, als wenn die Energie für die ganze Reichweite aus einer Batterieladung kommt. Der Verbrennungsmotor ist nicht mechanisch an den Antriebsstrang gekoppelt und kann daher stets mit maximalem Wirkungsgrad betrieben werden. Die Effizienz kann durch die Nutzung der im Abgas enthaltenen Wärme zusätzlich gesteigert werden. Als Kraftstoff wird Bioethanol der 2. Generation verwendet. Dieser wird aus Abfallholz hergestellt und steht folglich nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion.

Leistung
26kW (35PS) bei 7250U/min
Art Ottomotor
Zylinder 1
Prinzip 4-Takt
Hubraum 325ccm
Kraftstoff Bioethanol 2. Generation
Wirkungsgrad 39%



Solardach

Um die Reichweite weiter zu steigern wurde das Dach des Fahrzeuges mit einer Solarzelle ausgestattet. Dafür musste das Dach erhöht und ein Gehäuse für die Solarzellen und die dazu gehörigen Technik konstruiert werden. Die Solarzelle hat eine maximale Abgabeleistung von 333 W.


SUNCAR Sport

Der SUNCAR Sport basiert auf einem Lotus Evora. Am SUNCAR Sport wurde ein Elektroantrieb, mit allen dazu benötigten Komponenten und Softwares eingebaut. Zusätzlich wurde ein aktives elektrisches Lenksystem entwickelt und verbaut.

Als weiteres wurde ein Konzept erstellt, wie man einen Range Extender einbauen kann. Dieses existiert bis jetzt aber nur in der Theorie. Als absolutes Highlight besitzt der SUNCAR Sport eine Strassenzulassung. Dass er diese verdientermassen bekommen hat, bewies er u.a. mit der Teilnahme an der Bertha Benz Challenge und der Wave Really.


Technische Daten

Fahrzeugtyp
Lotus Evora
Leistung 240kW
Drehmoment (Motoren)
560Nm
Drehzahl (Motoren)
12000rpm
Beschleunigung (0-100km/h) 4.9s
Geschwindigkeit 240km/h
Reichweite
180km

 



Fahrassistentsysteme

Um die gewünschten Verbesserungen des Fahrverhaltens zu erreichen, wurde ein Gierratenregler mit Rückführung in Kombination mit einer Antischlupfregelung für jedes Heckrad einzeln implementiert. Zuerst wird das nichtlineare Modell des Fahrzeuges vorgestellt, welches mit einer Mehrkörpersimulationssoftware erstellt wurde und dem Zweck dient, das Fahrverhalten zu evaluieren und den Regler virtuell zu testen. Anschliessend werden die Messresultate diskutiert, welche anhand von drei verschiedenen Fahrmanövern auf einer Teststrecke erfasst wurden. Die Messungen zeigen die Wirksamkeit des Reglers aber auch die Grenzen desselben, welche vor allem durch das Auftreten von Schlupf verursacht werden. Der Testfahrer stellte ein verbessertes Einlenkverhalten und bessere Fahrzeugkontrolle fest.

Anstatt des Verbrennungsmotors sind zwei leistungstarke Elektromotoren im Heck des Fahrzeuges eingebaut, welche eine aktive Drehmomentverteilung auf die Hinterräder ermöglichen. Um die gewünschten Verbesserungen des Fahrverhaltens zu erreichen, wurde ein Gierratenregler mit Rückführung in Kombination mit einer Antischlupfregelung für jedes Heckrad einzeln implementiert. Zuerst wird das nichtlineare Modell des Fahrzeuges vorgestellt, welches mit einer Mehrkörpersimulationssoftware erstellt wurde und dem Zweck dient, das Fahrverhalten zu evaluieren und den Regler virtuell zu testen. Anschliessend werden die Messresultate diskutiert, welche anhand von drei verschiedenen Fahrmanövern auf einer Teststrecke erfasst wurden. Die Messungen zeigen die Wirksamkeit des Reglers aber auch die Grenzen desselben, welche vor allem durch das Auftreten von Schlupf verursacht werden. Der Testfahrer stellte ein verbessertes Einlenkverhalten und bessere Fahrzeugkontrolle fest.


Elektrische Lenkung

Die Integration eines aktiven, elektrischen Lenkungssystems in den elektrifizierten Lotus Evora ermöglicht eine grössere Reichweite. Zentrale Themen bei der Umrüstung von der hydraulischen Servolenkung waren sowohl die theoretischen Überlegungen zur baulichen Integration des neuen Lenkgetriebes als auch die Konstruktionsarbeiten am Gehäuse, an der Zahnstange und den Halterungen. Ausführlich wurde auf die Umsetzung der elektrischen Integration, der Kommunikation und das Erstellen eines Prüfstands eingegangen. Der Vorteil der elektrischen Servosteuerung besteht im geringeren Stromverbrauch durch den Wegfall eines andauernd aktiven Kompressors.


SUNCAR, ETH Zürich