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Prof. Dr. Andreas Lohner

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Martin Voßwinkel

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Forschungsprojekt SR4Wheel "Felgenantrieb als Geschaltete Reluktanzmaschine"

CAD-Rendering des SR4Wheel (Bild: M. Voßwinkel, TH Köln)

Elektromobilität steht für den Wandel der mobilen Gesellschaft, ist aber aufgrund des hohen Fahrzeugpreises oftmals nicht für „jeden“ erreichbar. Um individuelle Mobilität zukunftsfähig zu machen, darf die Elektromobilität kein Privileg der Reichen bleiben. Ziel dieses Projektes ist daher die Entwicklung eines innovativen, effizienten und kostengünstigen Allrad-Elektrofahrzeugs (SR4Wheel).

Gefördert aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) Gefördert aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) (Bild: MBWSV Nordrhein-Westfalen)

Energieeffizienz und aktive Sicherheit bei Fahrdynamikregelungen werden mehr und mehr zu einem zentralen Thema für die Automobilindustrie. Neben den Kunden, die verbrauchsarme, kosten- und umweltschonende Fahrzeuge verlangen, zwingen auch staatliche Reglementierungen und Vorgaben zur Verringerung des CO2-Ausstoßes die Automobilindustrie, über alternative Fahrzeug- und Antriebskonzepte nachzudenken und zusätzlich die Sicherheit im Straßenverkehr kontinuierlich zu steigern.

Auf einen Blick

Kategorie Beschreibung
Forschungsprojekt SR4Wheel 
Leitung Prof. Dr.-Ing. Andreas Lohner 
Fakultät Informations-, Medien- und Elektrotechnik 
Institut Automatisierungstechnik 
Beteiligte M. Voßwinkel M.Sc., Dipl.-Ing. (FH) M. Böh M.Sc., V. Platte M.Sc.  
Projektpartner ALTEN SW GmbH 
Fördermittelgeber Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 
Laufzeit 2016 - 2019 

In Kombination mit dem Ausbau erneuerbarer Energien bieten Elektro-PKW eine gute Perspektive, den CO2-Ausstoß im Straßenverkehr signifikant zu verringern. Käuflich erwerbbare Elektrostraßenfahrzeuge sind bislang allerdings meist mit einem konventionellen Antriebsstrang ausgerüstet, das heißt, dass ein Elektromotor über ein Getriebe mit nachfolgendem Differential eine Achse antreibt. Diese Antriebstopologie bietet dem Fahrer bzw. der Fahrerin, gegenüber der Konkurrenz mit Verbrennungsmotor, keinen fahrdynamischen Mehrwert, der den (heutigen) Kostennachteil des Elektrofahrzeugs relativieren könnte. Weiterhin führt der vermehrte Einsatz von permanent erregten Elektromaschinen durch den Einsatz Seltener Erden zu neuen ökologischen Problemen bei deren Gewinnung und zu wirtschaftlicher Abhängigkeit von China, als Hauptlieferant von Magnetmaterialien.

Abhilfe bei dieser Problematik kann die Geschaltete Reluktanzmaschine bringen, da ihr Rotor weder eine Wicklung noch Permanentmagnete trägt. Problematisch ist allerdings ihr NVH-Verhalten (Noise Vibration Harshness ist die Bezeichnung für als Geräusch hörbare oder als Vibration spürbare Schwingung), was ihren Einsatz im Automotivsektor bislang verhindert hat. Ziel dieses Projektes sind daher die Erforschung und Entwicklung eines innovativen, effizienten und kostengünstigen Allrad-Elektrofahrzeugs mit Fahreigenschaften, die bezüglich Fahrsicherheit, Agilität und Fahrspaß über das heutige Maß deutlich hinausgehen. Für die Umsetzung dieses Ziels stehen die Erforschung eines kostengünstigen Radnabenmotors unter Berücksichtigung der Zuverlässigkeit, der Minimierung der ungefederten Masse und der Optimierung des NVH-Verhaltens im Vordergrund.

Animation Gesamtmaschinenaufbau Animation Gesamtmaschinenaufbau (Bild: M. Schuff, TH Köln)

Um die Kosteneffizienz des Fahrzeuges zu steigern, wird dieses von vier, von der Technischen Hochschule Köln zu erforschenden und zu entwickelnden Reluktanzmaschinen angetrieben, die als getriebelose Felgenmotoren eingesetzt werden. Während sich der Umrichter der Vorderachsmaschinen im „ehemaligen“ Motorraum befindet sind die Hinterradmaschinen zudem mit integrierter Leistungselektronik ausgeführt. Bei der Maschinenentwicklung stehen maximale Kosten-, Platz- und Gewichtssenkung des Antriebssystems unter besonderer Beachtung des NVH-Verhaltens im Vordergrund. Für die diesbezüglich erforderliche, optimale Maschinenregelung ist die von beiden Projektpartnern gemeinsam  durchzuführende Erforschung und Entwicklung spezieller Regelungsallgorithmen erforderlich.

Um die Adaptierbarkeit und Skalierbarkeit des Antriebsstranges sowie dessen komplexe Fahrdynamikregelung anhand eines Fahrzeuges zu belegen, wird zusammen mit der Firma ALTEN SW GmbH ein frei auf dem Markt erwerbliches Elektrofahrzeug umgebaut. Das Erreichen eines „idealen“ Fahr- und NVH-Verhaltens mittels einer optimalen Drehmomentenregelung der Reluktanzmaschinen mit Hilfe der zu erforschenden Steuerungseinheit runden das Forschungsvorhaben ab. Die Technische Hochschule Köln bringt insbesondere ihre Erfahrung im Bereich Forschung und Entwicklung von Elektrischen Antrieben, d.h. von Maschine und Leistungselektronik, in das Projekt ein. Von daher ist ihr Forschungsbereich die Felgenmaschine und ihr spezifischer Antriebsumrichter. Hier wird zunächst ein Antriebssystem entworfen, danach dieses hinsichtlich NVH, Effizienz und Masse vermessen, um schließlich ein optimiertes, zweites auf dem Prüfstand und im Fahrzeug hinsichtlich des Regelungsverhaltens optimieren zu können.

Projektdemonstrator mit umgerüsteter Hinterachse Projektdemonstrator mit umgerüsteter Hinterachse (Bild: ALTEN SW GmbH)
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