Multi-objective gearbox design optimization for xEV-axle drives under consideration of package restrictions

Titel in Übersetzung: Multi-kriterielle Optimierung eines xEV-Getriebes unter Berücksichtigung von Bauraumeinschränkungen

Martin Hofstetter, Dominik Lechleitner, Mario Hirz, Martin Gintzel, Andreas Schmidhofer

Publikation: Beitrag in einer FachzeitschriftArtikel

Abstract

Bei der Auslegung elektrischer Antriebsstränge, bestehend aus Elektromotor, Getriebe und Leistungselektronik, werden
Anforderungen bezüglich Leistung, Bauraum und Kosten üblicherweise auf Systemebene gestellt. Dadurch ist die Ableitung
der Komponentenanforderungen nicht eindeutig und Komponenteneigenschaften interferieren. Der verfügbare Bauraum für
das Getriebe, welches das Verbindungselement zwischen Elektromotor und Antriebswellen der Räder darstellt, kann somit
vielfältige Gestalt annehmen. Diese ist sowohl abhängig von den verwendeten Motor- und Leistungselektronikvarianten als
auch von den Freiheitsgraden, die bei der Systemanordnung bestehen. Dieser Bauraum kann durch verschiedene Getriebevarianten
genutzt werden, die durch getriebespezifische Gestaltungsparameter beschrieben werden. Diese beeinflussen
beispielsweise Übersetzungsverhältnis, Verzahnungsparameter und äußere Gestalt bzw. Bauraumbedarf, sowie Effizienz
und Herstellungskosten. Somit führen die hohe Gestaltungsvielfalt und bauraumbezogene Aspekte zu einem komplexen
Problem im Entwurfsprozess.
In diesem Zusammenhang wird ein auf Differential-Evolution basierender, multi-kriterieller Getriebeoptimierungsprozess
vorgestellt, um die Entscheidungsfindung in der frühen Entwicklungsphase zu unterstützen. Für gegebene Last-, Lebensdauer-
und Bauraumanforderungen werden Auslegungsparameter für Wellen, Verzahnung, Lager und deren Anordnung
generiert, um Effizienz, Bauraum und Kosten zu optimieren. Als Ergebnis liegt eine Pareto-Front von Getriebevarianten
vor, aus denen Entscheidungsträger die bestgeeigneten Kompromisslösungen auswählen können.
Der neuartige Ansatz wird beispielhaft anhand eines zweistufigen Ein-Gang-Stirnradgetriebes mit integriertem Differentialgetriebe
vorgestellt, das eine verbreitete Getriebetopologie für elektrische Antriebsachsen darstellt.
Originalspracheenglisch
FachzeitschriftForschung im Ingenieurwesen
DOIs
PublikationsstatusElektronische Veröffentlichung vor Drucklegung. - 6 Sep 2018

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  • Fahrzeugbau

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