Die individuelle Mobilität steht vor großen Herausforderungen. Sie muss zukünftig energieeffizienter sowie klima- und umweltverträglicher gestaltet werden. Hier stellen elektrisch angetriebene Fahrzeuge eine mögliche Alternative zu verbrennungsmotorischen Fahrzeugen dar. Um am Markt wettbewerbsfähig zu sein, müssen Elektrofahrzeuge jedoch hinsichtlich Kosten, Reichweite sowie Emissionen, die sich bei Berücksichtigung der gesamten Wertschöpfungskette ergeben, gegen konventionelle Antriebe bestehen. Zur Beurteilung der Alltagstauglichkeit gewinnen die Herstellerangaben zu Verbräuchen und Reichweiten beim Fahrzeugkauf deutlich an Relevanz.

Die Bestimmung dieser Angaben erfolgt in der Regel mit standardisierten Fahrzyklen auf Rollenprüfständen. Bei diesen Zyklen handelt es sich um Geschwindigkeit-Zeit-Verläufe, die häufig in der Kritik stehen, nicht charakteristisch für die reale Fahrzeugnutzung zu sein. Mit der Einführung der Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure (WLTP) wurde bereits ein großer Schritt in Richtung realitätsnähere Verbrauchsangaben gemacht. Diese Testprozedur regelt zwar explizit auch die Reichweiten- und Energiebedarfsbestimmung elektrifizierter Fahrzeuge, wurde aber ausschließlich auf der Basis von Fahrdaten verbrennungsmotorischer Fahrzeuge entwickelt. Elektrofahrzeuge verfügen aber über ein anderes Beschleunigungsverhalten, haben nur geringe Geräuschemissionen und bieten die Möglichkeit Bremsenergie zurückzugewinnen. Daraus resultiert ein abweichendes Fahr- und Nutzungsverhalten, was ebenfalls in den Testprozeduren Berücksichtigung finden müsste. Auch der Betrieb von Nebenaggregaten besitzt einen starken Einfluss auf die tatsächliche Reichweite eines Elektrofahrzeugs, wird jedoch in den Prüfvorschriften in der Regel nicht einbezogen. Bis heute gibt es keine offiziellen Testzyklen und im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen nur wenige speziell für Elektrofahrzeuge entwickelte Fahrzyklen.

An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an. Es wird eine methodische Vorgehensweise zur Erstellung von repräsentativen Fahrzyklen für batterieelektrische Fahrzeuge entwickelt und angewendet. Auf Basis realer Fahrdaten von 175 über einem Zeitraum von zwei Jahren vermessenen Elektrofahrzeugen werden Fahrzyklen für verschiedene charakteristische Tagesfahrweiten entwickelt. Dabei wird die Datenbasis entsprechend der Fahrumgebung (Stadt, Land, Autobahn) sowie anhand von fahrstil- und verkehrsflussbeschreibenden Parametern in homogene Cluster untergliedert. Es werden jeweils zugehörige repräsentative Subzyklen erstellt, die zusammengesetzt einen Gesamtfahrzyklus ergeben. Das Ergebnis einer Zyklusgenerierung basierend auf der gesamten, nicht gruppierten Datenbasis wäre ein harmonisiertes Geschwindigkeitsprofil. Es wäre nicht charakteristisch für das tatsächliche Fahrverhalten beispielsweise in den verschiedenen Fahrumgebungen. Durch den Einsatz einer auf stochastischen Ansätzen basierenden Methode wird im Vergleich zu anderen Methoden zur Fahrzykluskonstruktion außerdem eine zufälligere und breitere Abdeckung der Fahrcharakteristika sowie die Verwendung des größtmöglichen Datenbasisanteils sichergestellt. Der Vorteil besteht darin, dass kürzere Sensorausfälle nicht zwingend zum Ausschluss des gesamten Datensatzes einer Fahrt führen, sondern valide Segmente weiterhin für die Datenanalyse und Zyklusentwicklung genutzt werden können.

Darüber hinaus stellt die zusätzliche Generierung von Batterielastzyklen einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit dar. Charakteristische Lastzyklen sind für die Auslegung der elektrischen Komponenten des Antriebsstrangs von Elektrofahrzeugen von Bedeutung. Sie bieten außerdem die Möglichkeit reale Belastungen simulativ oder im Batterielabor zu untersuchen. Auf Basis gemessener Batteriestromprofile wird ein auf physikalischen Zusammenhängen beruhendes Fahrzeuglängsdynamikmodell aufgebaut, parametriert und validiert. Mithilfe dieses Modells ist die Generierung von Lastprofilen auf Basis der entwickelten Fahrzyklen möglich. Darüber hinaus werden aus den realen Daten explizit auch Lastzyklen für den Betrieb von Nebenaggregaten abgeleitet.