Entwicklung einer Methodik zur intelligenten Drehmomentverteilung in einem batterieelektrischen Fahrzeug mit Einzelradantrieb. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Fahrzeuge sicherer zu gestalten äußert sich in dem Trend, zunehmend Assistenzsysteme in Fahrzeugen zu integrieren. Die Elektrifizierung des Antriebsstranges eröffnet dabei neue Möglichkeiten solche Systeme umzusetzen und dadurch auf die Fahrdynamik Einfluss zu nehmen. Besonders Einzelradantriebe, die aufgrund ihres Aufbaus und ihrer Wirkungsweise radindividuell und mit hoher Dynamik und Genauigkeit gesteuert werden können, eignen sich für die Umsetzung einer aktiven Drehmomentenverteilung (engl. Torque Vectoring). In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer Methodik für eine solche intelligente Drehmomentenverteilung an einem batterieelektrischen Fahrzeug mit Einzelradantrieben beschrieben. Ziel der Methodik ist die Verbesserung der Fahrzeugsicherheit in querdynamischen Fahrsituationen. Hierfür wird zuerst eine Regelstruktur erarbeitet, bei der jede Komponente ein Teilmodell repräsentiert und eine bestimmte Funktion erfüllt, wie z.B. die Sollgrößenermittlung als auch die Stellgrößengenerierung. Ein PID-Regler ermittelt dafür auf Basis des Gierratenfehlers ein Giermomentenbedarf. Durch einen Algorithmus wird in Abhängigkeit der Fahrsituation der Giermomentenbedarf durch eine Verteilung der Raddrehmomente umgesetzt. Mithilfe einer modellgestützten Umgebung erfolgt die Evaluierung der Regelung anhand eigener, objektiver Leistungsindikatoren in verschiedenen, dynamischen Fahrmanövern. Durch die quantitative Bewertung der geregelten und ungeregelten Fahrt konnte so die Funktionalität und die Verbesserung gegenüber dem ungeregelten Fall nachgewiesen werden.
Entwicklung und Umsetzung einer automatisierten Optimierungsmethodik für Motion Cueing Algorithmen. - Ilmenau. - 118 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Aufgrund eines stark angestiegenen Entwicklungsaufwands durch neue Technologien im Bereich der Antriebstechnik sowie der Fahrdynamikregel- und Assistenzsysteme werden in der Fahrzeugtechnik seit Jahren vermehrt Fahrsimulatoren eingesetzt. Neben dem finanziellen Einsparungspotenzial, der Reproduzierbarkeit und der Flexibilität bei Tests ist hierfür ausschlaggebend, dass Fahrsimulatoren es ermöglichen, Probanden und Testfahrer in einem frühen Stadium des Entwicklungsprozesses einzubinden und Fragestellungen zu analysieren, bei denen die Schnittstelle zwischen Mensch und Fahrzeug untersucht wird. Um dabei mittels Fahrsimulatoren valide Ergebnisse und Erkenntnisse zu gewinnen, muss das Fahrverhalten von Probanden mit dem Verhalten in einem realen Fahrzeug übereinstimmen. Untersuchungen zeigen, dass eine Bewegungssimulation hierfür maßgeblich ist. Die meisten dynamischen Fahrsimulatoren verfügen hierzu über eine Stewart-Plattform als Bewegungssystem. Um hiermit realistische Bewegungshinweise zu produzieren, bedarf es einer gut abgestimmten Software, dem sogenannten Motion-Cueing-Algorithmus. Die Abstimmung von Motion-Cueing-Algorithmen am realen Fahrsimulator gestaltet sich jedoch komplex und zeitaufwändig und muss je nach Algorithmustyp für jedes Szenario wiederholt werden. Diese Arbeit befasst sich deswegen mit der Entwicklung einer automatisierten Methodik zur Optimierung von Motion-Cueing-Algorithmen ohne Nutzung eines realen Fahrsimulators. Dabei wird ein virtuelles Modell vorgestellt, das sowohl die Kinematik als auch die Bewegungsmessung eines dynamischen Fahrsimulators auf Basis einer Stewart-Plattform nachbildet. Um die Optimierung von Motion-Cueing-Algorithmen innerhalb eines Skripts zu automatisieren, werden aussagekräftige Fahrmanöver und objektive Kennzahlen zur Bewertung der Güte der Bewegungssimulation entwickelt. Um die Gültigkeit der entwickelten Methodik unter Beweis zu stellen, werden damit zwei bereits am realen Fahrsimulator implementierte Motion-Cueing-Algorithmen automatisiert optimiert. Trotz bereits stattgefundenen manuellen Abstimmarbeiten können mit der vorgestellten Methodik in beiden Fällen deutliche Verbesserungen bei der Güte der Bewegungssimulation erreicht werden.
Entwicklung einer Hardware-in-the-Loop-Umgebung für die Erprobung von modernen Lenkanlagen auf Prüfstandsebene. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Fahrassistenzsysteme sind wichtiger Bestandteil moderner Fahrzeuge. Sie tragen nicht nur zum Fahrkomfort bei, sondern sind auch essenziell für die Fahrsicherheit. Damit Assistenzsysteme in die Fahrzeugführung eingreifen können, kommt es im Zuge der zunehmenden Elektrifizierung des Gesamtfahrzeugs auch zu einer Elektrifizierung von Teilkomponenten wie der Lenkanlage, der Bremsanlage und des Antriebsstrangs. Überlagerungslenkungen sowie vollständig mechanisch entkoppelte Steer-by-Wire-Systeme können über Elektromotoren eigenständig Lenkmomente aufbringen, um im Notfall unabhängig vom Fahrer eine Kurskorrektur vornehmen zu können. Für die Entwicklung dieser Systeme ist es erforderlich, die Komponenten software- und hardwareseitig erproben zu können, ohne auf die Bereitstellung eines Testfahrzeugs angewiesen zu sein, und ohne dass eine Gefahr für einen menschlichen Testfahrer besteht. Methoden für die virtuelle Erprobung sind heutzutage mehr und mehr verbreitet. Dies lässt sich mithilfe sogenannter X-in-the-Loop-Umgebungen realisieren, mit denen im Rahmen von Co-Simulationen auch mehrere Komponenten parallel getestet werden können. Das Fachgebiet Fahrzeugtechnik der Technischen Universität Ilmenau hat einen Lenkungsprüfstand, der in einer X-in-the-Loop-Umgebung eingesetzt werden soll. Dafür wurde im Rahmen dieser Arbeit eine echtzeitfähige, modellbasierte Ansteuerung des Prüfstands entwickelt und untersucht, um erste Erkenntnisse über eine mögliche Ansteuerung des realen Prüfstands zu erlangen. Mithilfe von auf der Prüfstandsgeometrie basierenden Übertragungsfunktionen ist sowohl eine Kraft- als auch eine Hubregelung virtuell nachstellbar und wurde mit verschiedenen Fahrzeugmodellen in diversen simulierten Fahrmanövern untersucht. Zusätzlich wurde ein Konzept für die grafische Nutzeroberfläche erstellt, mit welcher der Prüfstand später bedient werden soll.
Entwicklung und Validierung einer Regelung zur Nick-und Wankstabilisierung für verschiedene Antriebstologien. - Ilmenau. - 107 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Durch die zunehmende Elektrifizierung steigen zudem die Freiheitsgrade im Fahrzeug. Dadurch wird die Integration einer Vielzahl von Regelstrategien ermöglicht, die die Fahrdynamik beeinflussen. Auf diese Weise ist nicht nur eine Verbesserung der Fahrsicherheit, sondern auch eine Steigerung des Fahrkomforts möglich. Verglichen mit konventionellen Antrieben ist der Nutzengewinn bei der Elektromobilität deutlich höher einzuschätzen. Parallel dazu nimmt die Automatisierung der Fahrzeuge stetig zu. Damit steigt der Anspruch auf Fahrkomfort. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von verschiedenen Antriebsstrangstrategien im Hinblick auf die Fahrstabilisierung in der Nick- und Wankdynamik. Zu diesem Zweck wurde die Logik für ein Regelsystem zur Verbesserung des Fahrkomforts implementiert und an die verschiedenen Antriebstopolgien angepasst. Im Anschluss daran wurde die Regelung in einer Fahrsimulationssoftware mit Hilfe von verschiedenen Manövern simuliert. Zur Bewertung der Regelung dient der sogenannte Ride-Index-Wert. Für die Optimierung und Tests wurde eine geeignete Automatisierungssoftware verwendet. Der letzte Schritt war der Vergleich der Ergebnisse zwischen verschiedenen Topologien und die Auswahl des besten Regelansatzes für autonome Fahrzeuge hinsichtlich Fahrkomforts.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf dem Entwicklungsprozess einer 10"-Radbaugruppe für ein Formula Student Fahrzeug mit Radnabenmotoren. Im einem ersten Schritt wird der Entwicklungsprozess technischer Produkte aufgezeigt und auf die Anforderungen und Rahmenbedingungen der Formula Student übertragen. Im zweiten Schritt werden nach der Bewertung und Auswahl der Reifen und Motoren Anforderungen definiert sowie ein Getriebekonzept und verschiedene Übersetzungsaufteilungen erarbeitet. Diese werden mit einer Software zur Getriebeauslegung überschlägig berechnet und bewertet. Das ausgewählte Planetengetriebe mit hohlradseitigem Abtrieb wird optimiert und mit der Lagerung und Abdichtung in ein 3D-Model überführt. Zudem wird der Konstruktionsprozess sowie die strukturmechanische Validierung der tragenden Bauteile aufgezeigt. Abschließend wird der radseitige Teil der Bremsanlage und die statische Bremskraftverteilung unter Berücksichtigung der an die Verzögerungsleistung im autonomen Betrieb gestellten Anforderungen ausgelegt. Dafür werden Bremsbeläge verglichen sowie Untersuchungen zum Einfluss der Nut- und Dichtungsgeometrie auf das Lüftspiel durchgeführt. Letztlich werden die Bauarten und die strukturmechanische Validierung der Bremssattel beschrieben.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Mit der Entwicklung der relevanten Technik geht der Trend immer weiter in Richtung moderner Elektrofahrzeuge. Die Elektrofahrzeuge, die durch Elektromotoren angetrieben werden, bieten aufgrund neuer Fahrdynamikregelsysteme neue Möglichkeiten zur Steigerung des Fahrkomforts. Bei den Elektrofahrzeugen kann die Energie der Bremsung auch durch E-Motoren zurückgewonnen werden. Hauptziel dieser Masterarbeit ist es, eine Fahrkomfortregelung und eine regenerative Bremsfunktion für moderne Elektrofahrzeuge zu entwickeln und umzusetzen. Die Funktionalität der Regelung und der Bremsfunktion wird durch verschiedene Simulationen verifiziert. Der Regler und die Bremsfunktion werden aufgebaut. Die Versuchsfahrzeuge mit verschiedenen Antriebstopologien werden modelliert. Die kombinierten Simulationen werden anhand geeigneter Manöver in der Fahrsimulationsumgebung durchgeführt. Zuerst wurde der ‚Ride Control' Winkel der Versuchsfahrzeuge ermittelt, danach werden Regler und regenerative Bremsfunktion modelliert und optimiert. Abschließend wird es validiert, dass die durch Elektromotoren erzeugten Vertikalkräfte den Fahrkomfort verbessern und das Fahrzeug mit regenerativer Bremsfunktion besseren Fahrkomfort erzielen können.
Entwicklung einer Methode zur vertikaldynamischen Stabilisierung eines Fahrzeugs beim Bremsvorgang. - Ilmenau. - 128 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Während Bremsmanövern von Fahrzeugen kommt es zu einer ausgeprägten Schwerpunktverlagerung, welche intensive Aufbaubewegungen, das Bremsnicken, hervorruft. In Abhängigkeit der Bremsdynamik und Fahrwerksdämpfung, treten dabei mehr oder minder große Schwingungen auf, die den Bremsvorgang und schließlich auch die Insassen in vielerlei Hinsicht beeinflussen, im Extremfall sogar die Handlungsfähigkeit des Fahrers. Ziel dieser vorliegenden Arbeit war es, das Potential einer Kompensationsregelung für semi-aktive Dämpfersysteme zur Unterdrückung dieser Aufbaubewegungen zu untersuchen. Da magnetorheologischen Dämpfersystemen derzeit von Forschung und Industrie ein hohes Potential zugeschrieben wird, erfolgt die Untersuchung beispielhaft anhand eines solchen Systems, welches in einem batterieelektrischen Sport Utility Vehicle (SUV) verbaut ist. Zur Umsetzung der Aufgabe erfolgte im ersten Schritt die Entwicklung eines entsprechenden Regelalgorithmus in Matlab®/Simulink® . Über die Einbindung des Reglers in ein Fahrzeugmodell in der Fahrdynamiksoftware CarMaker wurden die Leistungsfähigkeit und Robustheit in verschiedenen fahrdynamischen Manövern anhand selbstdefinierter Leistungsindikatoren hinsichtlich Fahrsicherheit, Fahrverhalten und Komfort bewertet und mit einem passiven Dämpfersystem verglichen . Insbesondere durch eine Reduktion der Nickbeschleunigungen um bis zu 20 % und der vertikalen Beschleunigung im normalen Anwendungsfall sogar auf etwa die Hälfte konnte hierbei die Aufbaudynamik bedeutend zu Gunsten eines gesteigerten Komforts und geringerer Radlastschwankungen eingedämmt werden, ohne dabei die Fahrsicherheit oder Fahrstabilität merklich negativ zu beeinflussen.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Durch eine zunehmende Elektrifizierung im Automobilmarkt, welche auch politisch getrieben ist, verschieben sich Entwicklungsschwerpunkte. Energierückgewinnung im An-triebsstrang ermöglicht ein nahezu von der mechanischen Bremse befreites Fahren. Dies führt zu einer geringen Nutzung der Reibungsbremse, wodurch sich beispielsweise Korrosionsprodukte langsamer abtragen. Da der Trend zu Leichtbauweisen und geringen Wartungen geht, müssen die Reibpartner anders optimiert werden, um trotzdem Sicherheit zu gewährleisten. Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung alternativer Reibmaterialien rekuperierenden Kraftfahrzeugbremsen unter korrosiver Belastung. Tribologische Untersuchungen wurden durchgeführt, um das Verhalten verschiedener Materialien unter unterschiedlichen Bedingungen zu analysieren. Parallel dazu werden Emissionsmessungen durchgeführt, um den Einfluss von Korrosion auf die Feinstauberzeugung der Bremse zu beurteilen. Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen langfristig dazu beitragen, Bremsbeläge, die speziell für den Betrieb in rekuperationsfähigen Fahrzeugen verwendet werden, tribologisch besser zu verstehen und damit die Entwicklung zu optimieren.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
In der vorliegenden Arbeit werden Einflussparameter auf das akustische Verhalten einer 10-poligen permanenterregten Synchronmaschine mit 30 Nuten untersucht. Mittels einer multiphysikalischen Modellierung durch ein elektromagnetisches 2D-FEM-Modell in ANSYS und der strukturdynamischen Modellierung in ANSA für den 3D-FEM-Solver PERMAS werden akustisch und schwingungstechnisch relevante Eigenschaften identifiziert und untersucht. In der elektromagnetischen Simulation können die Kräfte im Luftspalt berechnet werden, die im Weiteren als Anregungskräfte des Stators inkl. Statorträgers und Lagerschild definiert werden. Dazu konnten relevante zeitliche Schwingungsordnungen ermittelt und in Form von harmonisch schwingenden Kräften an der Zahnkopfinnenfläche aufgebracht werden. Der Stator wird als homogenisierter transversalisotropes Materialmodell abgebildet. Durch kann die 3D-FEM-Simulation wird daraufhin die Oberflächenanregung bzw. die abgestrahlte Schallleistung simuliert. Die Methode konnte angewandt werden, um und den Einfluss der Temperatur, des modalen Dämpfungswerts und der Übermaßverbindung zwischen Statorsegmenten und Statorträger zu untersuchen und das elektromagnetische Design akustisch zu optimieren. Dies geschieht durch die Schrägung des Rotors. Durch die Schrägung werden das Nutrastmoment und die Drehmomentrippel verringert. Dadurch konnte eine deutliche Verringerung der abgestrahlten Schallleistung erreicht werden.
Entwicklung einer Methode zur kombinierten Querdynamikregelung eines Fahrzeugs unter besonderer Berücksichtigung der Stabilität. - Ilmenau. - 88 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
In dieser Arbeit wird das Potenzial aktiver Vorderachslenkungen (AFS) zur Verbesserung bestehender elektronischer Stabilitätsprogramme (ESP) in Fahrzeugen untersucht, indem die Lenkung als zusätzlicher Parameter zur Korrektur von Über- oder Untersteuern eingesetzt wird. Ein Fuzzy-Regler wird eingesetzt, um die in jedem Zeitschritt notwendige Korrektur der Lenkparameter zu berechnen, die dann mit Hilfe des AFS in das System eingeführt wird. Die Studie untersucht die Auswirkungen der Integration von AFS und ESP zur Verbesserung der Fahrzeugdynamik und Fahrstabilität. Die Studie bewertet die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Systems in diversen Szenarien, indem verschiedene Simulationen durchgeführt werden, um das Verhalten des Fahrzeugs unter verschiedenen Fahrbedingungen zu analysieren. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Integration von AFS und ESP einen positiven Einfluss nimmt, indem das Fahrzeug agiler durch die Kurven fährt und das Über- oder Untersteuern minimiert wird. Die Forschungsergebnisse können zur Entwicklung von fortschrittlicheren ESP-Systemen beitragen und die Effizienz von Fahrzeugen in der Zukunft verbessern.