Gewichts- und sicherheitsoptimierte Karosserieauslegung für elektrische Leichtfahrzeuge

Autor*in:

Johannes Heinrich Stein

Seitenzahl:

188

ISBN:

978-3-946019-34-3

Keywords:

Gewichtsoptimierung, Sicherheitsoptimierte, Karosserieauslegung, Leichtfahrzeuge

Jahr:

2019

Sprache:

Deutsch

Format:

gedruckt

Das zunehmende Wachstum urbaner Ballungsgebiete führt zu neuen Anforderungen an Mobilitätssysteme im Hinblick auf Verkehrsfluss sowie Schadstoff- und Lärmemissionen. Zur Erfüllung dieser Herausforderungen müssen effiziente und elektrifizierte Fahrzeuge speziell für den urbanen Raum entwickelt werden. Die Reduktion der Fahrzeuggröße und der Einsatz von Leichtbaumaterialien bieten hierfür ein großes Potential. Elektrische Leichtfahrzeuge ermöglichen eine Reichweiten- und Kostenoptimierung bei konsequenter Verringerung von Gewicht und Fahr-widerständen.

Dies führt zu dem Ansatz, ein Fahrzeugkonzept speziell für die urbanen Anfor-derungen zu entwickeln. Das wichtigste Auslegungskriterium ist hierfür die Fahrzeug-sicherheit. Bei der Konzeption elektrischer Leichtfahrzeuge sollte das hohe Sicherheitsniveau heutiger M1 Fahrzeuge berücksichtigt werden. Ein angemessenes Sicherheitsniveau konnte jedoch nach Euro NCAP für heute am Markt befindliche elektrische Leichtfahrzeuge der Kategorie L7e noch nicht erreicht werden [EUR14a], [EUR016a]. Ziel dieser Arbeit ist daher die exemplarische Entwicklung einer Karosseriestruktur für Leichtfahrzeuge, welche unter Anwendung eines Leichtbau-ansatzes die passiven Sicherheitsanforderungen von M1 Fahrzeugen umsetzt. Zur Lösung des Forschungsbedarfs wird eine Methodik für die Auslegung einer gewichts- und sicherheitsoptimierten Karosseriestruktur entwickelt. Die Anforderungen an die Konzeption eines elektrischen Leichtfahrzeugs werden unter Berücksichtigung der im Zielkonflikt stehenden Kriterien Leichtbau und Sicherheit abgeleitet. Die Auflösung dieses Zielkonfliktes wird in der Konzeptentwicklung dargestellt. Die Konstruktion der Karosseriestruktur wird daraufhin in einem simulativen Auslegungs-prozess abgesichert und am virtuellen Modell bewertet. Neben dem ganzheitlichen Leichtbauansatz erfolgt eine iterative Strukturoptimierung unter Berücksichtigung sicherheitsrelevanter Lastfälle, welche von urbanen Verkehrs-unfallszenarien abgeleitet werden. Zur Überprüfung der Simulationsergebnisse wird ein Gesamtfahrzeugcrashtest nach Euro NCAP Full Width durchgeführt. Die passive Sicherheit sowie das Leichtbaupotential der BIW-Struktur werden abschließend analysiert.

Auf Basis von Simulationen und Versuchen wird im Rahmen dieser Arbeit nachgewiesen, dass ein elektrisches Leichtfahrzeug eine sichere Fahrzeugstruktur als Basis für guten Insassenschutz besitzen kann. Die exemplarische Entwicklung einer Karosseriestruktur zeigt somit das Potential eines leichten, sicheren und effizienten elektrischen Fahrzeugs speziell für den urbanen Verkehr und schließt die Lücke zwischen L7e und M1 Fahrzeugen.