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Drehmomentmessungen in der realen Welt ermöglichen einen virtuellen Wettbewerb für Elektroautos

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Studentische Ingenieure nutzen einen neu eingeführten Drehmomentsensor zur Vorhersage der Energieeffizienz eines wettbewerbsfähigen Elektroautos.

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Junge Technologen der Universität Sheffield haben ihre Enttäuschung über die Absage der Shell Eco Challenge Rallye durch Covid gemildert, indem sie stattdessen ein Computersimulationstool zur Vorhersage der Energieeffizienz von Elektroautos entwickelt haben

Die Universität ist seit langem mit der Shell Eco Challenge verbunden, bei der Studententeams aus ganz Europa darum wetteifern, wessen Elektroauto mit einer einzigen Ladung die weiteste Strecke zurücklegen kann. Als Covid die Veranstaltung einstellte, verlagerte das Team Sheffield seinen Schwerpunkt auf ein verwandtes Projekt, anstatt seine Bemühungen aufzugeben.

"Wir haben unsere eigenen Computersimulationstools entwickelt, um die Energieeffizienz unseres Elektrofahrzeugs vorherzusagen", sagt Studentin Lucy Edwards. "Damit konnten wir die Punktezahl unseres Fahrzeugs für die 40-minütige/15-km-Wettbewerbsfahrt berechnen

Um den Wettbewerb in den richtigen Kontext zu setzen, erreichen die Shell Eco EVs mehr als 800 km/kWh, während die heutigen EVs auf der Straße nur 15 km/kWh erreichen (bei denselben 25 km/h). Die Wettbewerbs-Elektroautos sind natürlich ultraleichte, sehr aerodynamische Einsitzer und die Fahrer werden nach Gewicht ausgewählt, während ihre straßentauglichen Gegenstücke besser für einen Familienausflug geeignet sind. Der Wettbewerb zeigt jedoch das Potenzial des Elektroantriebs und hat im Laufe der Jahre zweifellos zur Entwicklung dieser Technologie beigetragen.

Die Teilnahme von Sheffield erfolgt außerhalb des Lehrplans, bietet den Studenten jedoch eine großartige Gelegenheit, das in den Vorlesungen Gelernte in einem praktischen Kontext anzuwenden

Um das Simulationsprogramm zu erstellen, nutzten die Studenten ihre Kenntnisse der Ingenieurtheorie, um eine mathematische Darstellung aller Energieverluste in einem Auto zu erstellen. Eine der wichtigsten Daten waren die Motoreffizienzkurven, die mithilfe eines Doppelzweck-Antriebsstrangprüfstands und eines Motorprüfstands ermittelt wurden. Dieser wurde intern entwickelt und basiert auf einem TorqSense SGR521, dem neuesten Produkt von Sensor Technology Ltd, einem in Banbury ansässigen Spezialisten für die Entwicklung von Drehmoment- und Lastmesstechnologien

Sensor Technology ist ein regelmäßiger Unterstützer der Shell Eco Challengers; im Laufe der Jahre hat das Unternehmen mehrere Teams vom europäischen Festland und nun auch eines aus dem Vereinigten Königreich unterstützt. "Die Studententeams müssen eine Vielzahl von Tests an ihren Antriebsmotoren durchführen und die Ergebnisse aufzeichnen", erklärt Mark Ingham vom Unternehmen. "In dieser Hinsicht unterscheiden sie sich nicht von Motorprüfingenieuren auf der ganzen Welt.

"Wir sind bei weitem der aktivste Anbieter von Drehmomentmesstechnik und Know-how für die Eco Challenge. Es ist sehr erfreulich zu wissen, dass wir jungen Ingenieuren, die am Anfang ihrer Karriere stehen, eine solide Grundlage in einem so wichtigen Thema vermitteln, auf das sie in den kommenden Jahrzehnten zurückgreifen werden."

Wie ihre Berufskollegen wollen auch die jungen Ingenieure einen Prüfstand entwickeln, der genau und einfach zu bedienen ist. In der Regel haben sie auch Platz- und Zeitprobleme und wünschen sich daher ein kompaktes Design, das sich schnell und einfach für jeden Test einrichten lässt

"Unsere neue SGR510/520-Reihe erfüllt all diese Anforderungen", sagt Mark. "Sie ist erst seit ein paar Monaten auf dem Markt, hat sich aber bereits als Favorit in den EV-Prüflabors auf der ganzen Welt erwiesen - und das ist derzeit ein schnell wachsender Markt"

Bei der Shell Eco Challenge müssen Teams aus ganz Europa ihre eigenen Elektroautos und Motorsteuerungen selbst entwickeln und bauen. Die Antriebsstränge basieren in der Regel entweder auf einem bürstenlosen Gleichstrom- oder einem PMSM-Motor, und für eine präzise Steuerung sind komplexe Regelalgorithmen erforderlich. Dies erfordert eine maßgeschneiderte Elektronik, die in der Regel auf MOSFETs und anderen sorgfältig ausgewählten Komponenten mit geringer Verlustleistung basiert.

Die Challenge-Regeln sehen vor, dass der Controller in die Motortests einbezogen wird, die jedes Team für seinen Beitrag durchführt. So werden die Fähigkeiten jedes einzelnen Bauteils quantifiziert, so dass die Teams sehen können, wie sie im Vergleich zueinander abschneiden.

Lucy fasst das Jahr für das Team zusammen: "Mit den Werkzeugen und der Hardware, die wir entwickelt haben, haben wir bei den Wettbewerben gute Ergebnisse erzielt. Natürlich hoffen wir alle, dass die Covid-Beschränkungen es uns bald ermöglichen, unsere Konkurrenten persönlich zu treffen und Auto gegen Auto anzutreten. Das wäre dann echte Ingenieurskunst vom Feinsten."