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Nutzungsverhalten von Hybridfahrzeugen am Beispiel des Opel Ampera

Grüner, Jan

Wie werden Fahrzeuge im Alltag genutzt? Diese Frage beschäftigt Automobilhersteller seit Jahrzehnten, da sich hieraus unmittelbar Kundenanforderungen wie Fahrleistungen, benötigte Reichweite, Komfort, Nutzen usw. ableiten lassen. Die Frage nach der Nutzung und deren Implikationen stellt sich jedoch auch für andere Bereiche wie Infrastruktur (Auswirkungen der Fahrzeugnutzung), Politik (langfristige Mobilitätsziele) und Umwelt (Minimierung der Umweltbelastung). Im Rahmen der Forschung wurden und werden hierzu vielfältige Studien zum Mobilitätsverhalten durchgeführt, auch um den Entwicklungstrend über längere Zeiträume hinweg verfolgen zu können. Im Rahmen des Projektes AMPERE (2013 – 2016) fand hierzu erstmals eine größere Nutzerstudie mit Käufer*innen eines Hybridfahrzeuges statt. Ziel des Projektes AMPERE war die Untersuchung der Alltagstauglichkeit und -nutzung von E-Fahrzeugen (Opel Ampera, PHEV). Zu diesem Zweck wurde das Fahrprofil von 56 Testpersonen über einen Zeitraum von mehr als zwölf Monaten aufgezeichnet. Diese Daten bilden die Grundlage für die im Rahmen dieser Dissertation durchgeführten Untersuchungen. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Auswertung und Analyse der (unterschiedlichen) Fahrzeugnutzung durch die Testpersonen bzw. der Nutzung der verschiedenen Antriebsstrangkomponenten und deren Auswirkungen. Darüber hinaus werden die technischen Aspekte der Auslegung der Fahrzeugkomponenten, insbesondere denen des Antriebsstranges, untersucht. Die Arbeit selbst ist in mehrere Themenabschnitte aufgeteilt. Auf Grund verschiedener Herausforderungen hinsichtlich der CAN-Busdaten (Qualität und Umfang) wurde zudem eine Methodik zur effizienten Plausibilisierung und Auswertung großer Datenmengen entwickelt. Insgesamt wurden 47.038 Einzelfahrten mit einer Gesamtstreckenlänge von ca. 722.506 km ausgewertet. Davon sind 84,2 % der Einzelfahrten rein elektrisch, d.h. ohne Einsatz des Verbrennungsmotors. Werden die gesamten Tage betrachtet (12.780), also die Summe aller Tage aller Fahrzeuge innerhalb des Messzeitraums, so wurden 73,1 % der Messtage ohne Einsatz des Verbrennungsmotors bewältigt. Die Einzelfahrten verteilen sich auf über 14.962 Ladevorgänge, wobei in 79,1 % der Entladezyklen das Fahrzeug rein elektrisch, also ohne Verwendung des Verbrennungsmotors, bewegt wurde. Insgesamt wurden im Durchschnitt pro Batterieladung ca. 3,1 Fahrten absolviert. Die Ergebnisse zeigen, dass der Ampera zum damaligen Zeitpunkt einen guten Kompromiss aus Elektromobilität und Alltagstauglichkeit dargestellt hat. Eine Reichweitenangst, die Befürchtung mit leerer Batterie auf „halber Strecken“ liegenzubleiben, besteht auf Grund des Hybridkonzeptes nicht, womit sich das Fahrzeug für längere Strecken eignet und von den Testpersonen für solche genutzt wurde. Somit werden alle Komponenten des Antriebsstranges inkl. des Verbrennungsmotors von den Testpersonen verwendet, auch wenn die letztendliche Nutzungsverteilung der Komponenten stark von den gefahrenen Streckenlängen und Geschwindigkeiten abhängt. Fahrten mit Einsatz des Verbrennungsmotors unterscheiden sich mehrheitlich nicht von rein elektrischen Fahrten und weisen ähnliche Streckenlängen und Geschwindigkeiten auf. Längere Fahrten (über 100 km) stellen bei den hier untersuchten Fahrzeugen eher die Ausnahme dar.
How are vehicles used in everyday life? This question has preoccupied automotive manufacturers for decades, as it directly leads to customer requirements such as driving performance, required range, comfort, utility, etc. However, the question of usage and its implications also arises for other areas such as infrastructure (impact of vehicle usage), politics (long-term mobility goals), and the environment (minimizing environmental impact). In the context of research, a variety of studies on mobility behavior have been and are being carried out in this regard, also to be able to track the development trends over longer periods of time. The AMPERE project (2013 – 2016) marks the first time where a larger user study was conducted using owners of hybrid vehicles. The aim of the AMPERE project was to investigate the everyday suitability and use of electric vehicles (Opel Ampera, PHEV). For this purpose, the driving profile of 56 subjects was recorded over a twelve month period. This data serves as the basis for the investigations carried out as part of this dissertation. The main focus of this work is the evaluation and analysis of the (differing) vehicle usage by the test subjects, respectively the usage of the different powertrain components and their impact. Furthermore, the technical aspects of the design of the vehicle components, especially those of the powertrain, are investigated. The work itself is divided into several topic sections. Due to various challenges regarding the CAN bus data (quality and volume), a methodology for the efficient plausibility check and evaluation of large data sets was also developed. A total of 47,038 individual trips with a total route length of approximately 722,506 km were evaluated. Of these, 84.2 % of the individual trips were carried out purely electric without the use of the combustion engine. When overall days are considered (12,780), meaning the total of all days of all vehicles within the measurement period 73.1 % of the days were without the use of the combustion engine. The individual trips are distributed over 14,962 discharging cycles, with the vehicle being moved purely electrically in 79.1 % of the cycles. Overall, an average of approximately 3.1 trips were completed per battery charge. The results show that at the time, the Ampera represented a good compromise between electromobility and everyday practicality. Due to the hybrid concept, there is no range anxiety, meaning the fear of coming to a standstill with an empty battery "halfway". Therefore, the vehicle is suitable for longer journeys and was used by the drivers for such journeys. Thus, all components of the drivetrain, including the combustion engine, are used by the test persons, even if the final distribution of use of the components depends strongly on the distance traveled and the speed. Trips with the use of the combustion engine do not differ in the majority from purely electric trips and have similar route lengths and speeds. Longer trips (over 100 km) tend to be the exception among the test subjects studied here.