Unfallschutz für E-Autos 25.11.2014, 12:35 Uhr

Ingenieure entwickeln sichere Radnabenantriebe für schwierige Situationen

Radnabenantriebe verteilen das Drehmoment einzeln auf die Räder und sollen bei Elektroautos für mehr Fahrspaß sorgen. Doch was passiert, wenn die Elektronik in einem Rad plötzlich ausfällt? Dann übernimmt ein neuartiges Konzept zur Antriebsüberwachung der Bremer Fraunhofer-Ingenieure. 

Fahrtests auf dem ATP-Prüfgelände in Papenburg hat das System zur Antriebsüberwachung bereits bestanden: Mit dem Korrektursystem blieb der Testwagen trotz plötzlicher Fehler der Radnabenmotoren in der Spur. 

Fahrtests auf dem ATP-Prüfgelände in Papenburg hat das System zur Antriebsüberwachung bereits bestanden: Mit dem Korrektursystem blieb der Testwagen trotz plötzlicher Fehler der Radnabenmotoren in der Spur. 

Foto: Fraunhofer IFAM

Bei Radnabenantrieben sind die Elektromotoren direkt in die Räder eingebaut. Das verspricht neben weitgehender Verschleißfreiheit Potential zur Verbesserung der Fahrdynamik, weil sich das Drehmoment je nach Fahrsituation auf die Räder verteilen lässt.

Doch es gibt eine Schattenseite: Fällt beispielsweise bei regennasser Fahrbahn plötzlich ein Sensor oder der Motor des Vorderrads aus, entstehen kurzfristig unbeabsichtigte Brems- und Antriebsmomente an der Hinterachse. Schlimmstenfalls bricht das Fahrzeug aus und verunglückt.

Ingenieure entwickeln Sicherheitskonzept für fehlerhafte Radnabenantriebe 

Für mehr Sicherheit gibt es jetzt eine Lösung, die die Fahrsicherheit der Radnabenantriebe auch bei Fehlern gewährleistet. Entwickelt haben sie Ingenieure des Bremer Fraunhofer Instituts für angewandte Materialforschung (IFAM) und der Universität Hannover. Im ersten Schritt haben die Forscher Radnabenantriebe im Labor unter die Lupe genommen.

Das Hard- und Softwaresystem der Fraunhofer Forscher erkennt Fehler im Antrieb in Sekundenbruchteilen und kompensiert sie.

Das Hard- und Softwaresystem der Fraunhofer Forscher erkennt Fehler im Antrieb in Sekundenbruchteilen und kompensiert sie.

Foto: Fraunhofer IFAM

Mithilfe von Prüfstandsmessungen und numerischen Simulationen haben sie beispielsweise die Bremsmomente ermittelt, die bei Wicklungskurzschlüssen, Sensorik- oder Bauteilausfällen auftreten.

Software erkennt Fehler im Sekundenbruchteil

Auf Basis dieser Daten haben die Forscher im zweiten Schritt ein Hard- und Softwaresystem zum Fehlermanagement entwickelt, das während der Fahrt Störungen in Sekundenbruchteilen erkennt. Das schafft das System über den kontinuierlichen Abgleich von gemessenen und modellbasiert ermittelten Werten.

Ohne Korrektursystem brach der Testwagen bei Problemen mit den Radnabenmotoren aus.

Ohne Korrektursystem brach der Testwagen bei Problemen mit den Radnabenmotoren aus.

Foto: Fraunhofer IFAM

Das weiterentwickelte Antriebssystem selbst ist fehlertolerant gestaltet – die elektrische Maschine besteht aus mehreren redundanten Teilsystemen, damit sich auftretende Mängel isolieren und ungewollte Bremsmomente kompensieren lassen. Das macht es möglich, das Fahrzeug im Ernstfall sicher anzuhalten.

Feuertaufe auf ATP-Prüfgelände in Papenburg

Die Feuertaufe hat das Konzept zur Antriebsüberwachung auch schon bestanden. Die Ingenieure haben ein Demonstrationsfahrzeug mit Radnabenmotoren an den Hinterrädern ausgestattet und auf das ATP-Prüfgelände in Papenburg geschickt. Dort raste der rote Sportwagen bei nasser Fahrbahn durch die Kurven und musste sich folgende Gemeinheit gefallen lassen: Der Beifahrer löste absichtlich Fehler in der Bordelektronik des Fahrzeugs aus.

Ohne Korrektursystem wurde der Sportwagen instabil, brach aus, schlidderte über die nasse Fahrbahn und drehte sich um die eigene Achse. Anders mit eingeschaltetem Korrektursystem. Das gleicht etwa ein wegen eines Defektes blockiertes Rad aus.

Der Beifahrer löste absichtlich Fehler im Radnabenantrieb aus, um auf nasser Fahrbahn das neue Konzept zur Antriebsüberwachung zu testen. Laut Fraunhofer steht einer Serienumsetzung nichts mehr im Weg. 

Der Beifahrer löste absichtlich Fehler im Radnabenantrieb aus, um auf nasser Fahrbahn das neue Konzept zur Antriebsüberwachung zu testen. Laut Fraunhofer steht einer Serienumsetzung nichts mehr im Weg. 

Foto: Fraunhofer IFAM

Bei den Testfahrten in Papenburg blieb das Fahrzeug auch im Fehlerfall bei schnellen Kurvenfahrten kontrollierbar. Einer Serienumsetzung stünde nun nichts im Weg, so die Ingenieure des Fraunhofer Instituts.

Ganz allein haben die Ingenieure das Projekt übrigens nicht gestemmt. Zur Seite standen ihnen Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Finanzielle Unterstützung kam vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. 

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