Neuartiges Getriebe macht E-Autos leistungsfähiger, effizienter und billiger

CVT4EV – Erfindung eines Doktoranden

Der Anteil der Elektrofahrzeuge auf unseren Straßen nimmt zu, von kleineren Stadtfahrzeugen bis hin zu größeren Limousinen und SUVs. Allerdings steht die E-Mobilität noch vor einer Reihe von Herausforderungen: ob es sich um Fahrzeuge handelt, die auf steilen Straßen fahren, um Sportwagen, die schnell Höchstgeschwindigkeiten erreichen müssen, oder um Fahrzeuge, die einen Anhänger oder Wohnwagen ziehen müssen. Gemeinsam mit dem deutschen Hightech-Konzern Bosch hat der Doktorand Caiyang Wei ein automatisches Getriebesystem für Elektroautos entwickelt, das eine optimale Balance zwischen Effizienz und Leistung gewährleistet und gleichzeitig die Gesamtkosten für Hersteller und Nutzer senken kann. Wei verteidigte kürzlich seine Dissertation an der Technischen Universität Eindhoven (TU/e).

Erklärung des neuen Getriebes CVT4EV: Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit (x-Achse) steigt, nimmt die Traktion (y-Achse) ab. Das CVT sorgt für einen sanften, komfortablen Übergang – Grafik © tue.nl

Der Markt für Elektrofahrzeuge (EV) wird derzeit von sogenannten Ein-Gang-Getrieben dominiert, die ein festes Getriebe verwenden, um die Leistung vom Elektromotor auf die Räder zu übertragen. Obwohl diese Getriebe einfach aufgebaut sind, stellen sie widersprüchliche Anforderungen an das Fahrzeug. Bei niedrigen Geschwindigkeiten muss das Fahrzeug ein gutes Anfahrverhalten bieten, was zu großen und schweren Konstruktionen führt, die sich negativ auf die Fähigkeit des Autos auswirken, effizient zu beschleunigen. Große Motoren und Batterien sind auch schlecht für den Energieverbrauch, die Reichweite und die Kosten des Fahrzeugs.

Kontinuierlich und variabel

Um diese Probleme zu lösen, ist ein stufenloses Getriebe (CVT) eine gute Alternative. CVT ist ein System, das in nicht-elektrischen Autos weit verbreitet ist und es einem Fahrzeug ermöglicht, die Drehzahl (Umdrehungen pro Minute) und das Drehmoment des Fahrzeugmotors automatisch an die Geschwindigkeit anzupassen und so eine optimale Balance zwischen Effizienz und Leistung zu gewährleisten.

Gemeinsam mit Forschern und Ingenieuren des deutschen Hightech-Konzerns Bosch hat Caiyang Wei eine neue Version des CVT entwickelt und getestet, die die Effizienz und Leistung von Elektroautos deutlich verbessert. Die Forscher verwendeten eine Optimierungsmethode, die nicht nur die Steuerung der Geschwindigkeit, den Energieverbrauch und die Wärmeentwicklung des Autos berücksichtigt, sondern auch das physikalische Design des Elektromotors und des Getriebesystems des Autos.

Mit dieser Methode, die Algorithmen des maschinellen Lernens mit einer gründlichen Analyse von Messdaten kombiniert, konnten die Forscher ein System entwerfen, das sowohl in Bezug auf die Leistung als auch auf die Effizienz optimal ist und zudem potenziell die Kosten reduziert, sowohl für den Hersteller als auch für den Nutzer.

Bosch hat die Arbeit von Wei in einen neuen Antriebsstrang (d.h. die Antriebsquelle in Kombination mit dem Antriebssystem) namens CVT4EV integriert. Laut Bosch führt die neue Systemsteuerung zu schnelleren Beschleunigungen, höheren Höchstgeschwindigkeiten und mehr Drehmoment an den Rädern für Abschlepp- und Offroad-Leistungen.

“Durch den Betrieb des Elektromotors in seinem effizientesten Betriebspunkt sorgt das CTV außerdem für einen geringeren Energieverbrauch. Darüber hinaus ermöglicht CVT4EV aufgrund der reduzierten Drehmoment- und Drehzahlanforderungen des Elektromotors einen kompakteren Elektromotor. Alternativ kann mit dem gleichen Motor ein größerer Fahrbereich gewählt werden”, so Gert-Jan van Spijk, Transmission Director bei Bosch transmission technology in einer Medienmitteilung.

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