Analyse und Bewertung einer virtuellen Applikationsmethodik in der Getriebeentwicklung. - Ilmenau. - 74 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Die heutige Wirtschaft steht vor einem Wandel hin zu einer vollständig digitalisierten und virtualisierten Prozesskette. Anstoß zu dem Umbruch hat nicht nur die Entwicklung von Schlüsseltechnologien in den jeweiligen Fachbereichen gegeben, sondern auch Herausforderungen der Zukunft. Zu diesen zählen nicht nur die Effizienz eines Unternehmens und neue Technologien, sondern auch Gesellschaftliche Herausforderungen, wie zum Beispiel dem Klimawandel. Die Virtualisierung der eigenen Prozesse kann einem Unternehmen dabei helfen mit diesen Herausforderungen umgehen zu können und auch für die Zukunft gut vorbereitet zu sein. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich dementsprechend mit den Möglichkeiten und Methoden der Virtualisierung in der Getriebeapplikation in Zusammenarbeit mit der BMW AG. Diese ist ein Teilprozess in der Getriebeentwicklung. Dabei geht es darum das Schaltverhalten von Automatikgetrieben festzulegen, indem sogenannte Schaltkennlinien entwickelt werden. Dieser Prozess wird hauptsächlich manuell durchgeführt und bedarf vieler verschiedener Fahrten mit Versuchsfahrzeugen. Für die Virtualisierung von Prozessen muss zunächst die Struktur analysiert werden, um dann im darauffolgendem Schritt Verbesserungspotenziale erkennen zu können. Für die Verbesserung des Applikationsprozesses wird angestrebt eine unterstützende Software zu entwickeln, die die Ingenieure bei der Untersuchung von Fahrzeugvibrationen im Zusammenhang mit der Schaltkennlinie nutzen können. Die entwickelte Software wertet vorab die Daten einer Software-in-the-Loop-Simulation aus, damit die Ingenieure bei der Untersuchung der kritischen Fahrzeugzustände effizienter und gezielter vorgehen können. Die Auswertung der Daten findet anhand von festgelegten Filteroptionen statt, die der Benutzer selbst einstellen kann. Ergebnis der Auswertung ist ein Tabellenblatt mit den wichtigsten Messwerten des simulierten Fahrzeugs. Zusätzlich zu der Entwicklung des Programms wurde auch die Simulationsumgebung analysiert. Dabei handelt es sich um eine Software-in-the-Loop-Umgebung, die die Software der elektronischen Getriebesteuerung in einer Simulationsumgebung einbettet. Die Untersuchung hat gezeigt, dass diese nicht innerhalb der gesetzten Toleranzen liegt. Die Verläufe der realen und simulierten Geschwindigkeiten zeigen, dass die Simulation sowohl bei Beschleunigungs- als auch Bremsvorgängen zu träge reagiert. Für die Untersuchung der Abweichung wurden die aufgezeichneten Messdaten der Simulation statistisch ausgewertet. Als größter Verursacher dieser hat sich die Differenz der Motormomente zwischen Simulation und Realität herausgestellt. Ebenso wurden der Fahrwiderstand und auch die Schaltkennlinie untersucht. Bei dem Fahrwiderstand wurden zwar auch Abweichungen festgestellt, diese haben jedoch, ebenso wie die Schaltkennlinie, keine bedeutenden Auswirkungen auf die Geschwindigkeitsdifferenz.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
In diesen Jahren hat sich der Entwicklungsweg der Fahrzeugtechnik verändert. Die Entwicklung von Fahrzeugen mit konventionellem Kraftstoff verläuft immer langsamer. Aufgrund der zunehmenden Emissionsvorschriften haben alle Fahrzeugmarken wie BMW, Mercedes und VW ihren Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt auf Elektrofahrzeuge verlagert. Da das Internet und die fahrerlose Technologie mehr und mehr im Fahrzeug eingesetzt werden, entwickelt sich auch das Fahrzeug in Richtung Intelligenz. Daher verfügt es über verschiedene aufkommende Fahrerassistenzsysteme. Aber wenn sie zusammen in einem Auto arbeiten, kann es zu Interferenzen kommen, so dass der optimale Kontrolleffekt nicht erreicht werden kann. Daher verwenden die Menschen die integrierte Regelung, um dieses Problem zu lösen. Sie kann alle Kontrollziele eines Fahrzeugs ohne Interferenzphänomen integrieren. Es kann alle Regelungsziele eines Fahrzeugs ohne Interferenzphänomene integrieren. Und im Vergleich zur Entwicklung mehrerer Programme spart es auch R&D-Kosten. Als neue Generation von Elektrofahrzeugen hat das Elektrofahrzeug mit Radnabenmotor einen angeborenen Vorteil bei der Dynamikkontrolle. Denn es kann das Drehmoment präzise auf jedes Rad verteilen. Die Arbeit in diesem Papier ist es, einen integrierten Controller für IWM EV zu entwerfen, um seine dynamische Leistung zu verbessern. Die folgende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung dieser integrierte Regler. Zuerst werden die notwendigen Grundlagen der Regelungstechnik, der Fahrdynamik und der Fahrerassistenzsysteme dargestellt. Zweitens wird ein fahrzeugdynamisches Forschungsmodell vorgeschlagen und einige notwendige Fahrzeugtechnologien werden vorgestellt. Der dritte Teil beschreibt das Regelungsprinzip und das Prinzip der Regelungszuweisung des integrierten Reglers. Abschließend wird dieser integrierte Regler getestet und mit dem originalgeregelten Fahrzeug in verschiedenen Fahrszenen verglichen. Die Simulationsergebnisse werden zusammengefasst und der Regeleffekt des integrierten Reglers diskutiert.
Vergleich und Bewertung der weltweiten Aktivitäten zur Regulierung von Bremsen- und Reifenverschleiß. - Ilmenau. - 160 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Durch den Abrieb von Bremsen und Reifen entstehen Feinstaubemissionen, die eine Gefahr für Gesundheit und Umwelt darstellen. Lange Zeit fanden diese Emissionen kaum Beachtung, stattdessen wurden die Abgasemissionen immer strenger reguliert und kontinuierlich verringert. Aktuell werden für die Emissionen von Bremsen und Reifen Forschungen durchgeführt und gesetzesvorbereitende Maßnahmen von verschiedenen Institutionen ergriffen. Die vorliegende Arbeit fasst den aktuellen Status der wichtigsten Handlungen zusammen. Des Weiteren werden die gesetzesvorbereitenden Maßnahmen anhand verschiedener Kriterien verglichen, gegenübergestellt und bewertet. Darüber hinaus werden Unterschiede und Gemeinsamkeiten bei einer möglichen Gesetzgebung, Typgenehmigung sowie Marktüberwachung dargestellt. Abgesehen von den genannten Maßnahmen, die mit Regulatorien eihergehen sind einige innovative Technologien entwickelt worden, die zu einer Reduzierung der freigesetzten Emissionen aus den genannten Quellen beitragen könnten.
Erstellung und Verwendung eines digitalen Zwillings eines Abgasturboladers, als Trainingsumgebung für bestärkende Lernalgorithmen und Entwicklung einer güteoptimalen Regelstrategie mit Testing am Heißgasprüfstand. - Ilmenau. - 81 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
Heutige Verbrennungsmotoren sowie technische Systeme aller Art stehen unter besonders hohen Regularien. Um diese zu erfüllen, werden immer neuere Methoden und Funktionen in der Motorsteuerung benötigt, die entwickelt werden müssen. Dadurch steigt die Anzahl an möglichen Variablen und Kennfeldern immer weiter und die Kalibrierung dieser nimmt sehr viel Zeit in Anspruch. Ein Ansatz, diesen Aufwand zu senken ist das Verwenden von maschinellen Lernens und künstlichen neuronalen Netzen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein transienter digitaler Zwilling eines Abgasturboladers mit variabler Turbinengeometrie mithilfe einer neu aufgebauten Trainingspipeline für neuronale Netze entwickelt. Des Weiteren wurden bestärkende Lernalgorithmen verwendet, die die Regelung am entwickelten digitalen Zwilling lernen sollen und untersucht, inwieweit sich die Regelgüte bei der Änderung der Rahmenbedingungen verbessern lässt. Zusätzlich wurde der Ansatz des maschinellen Lernens mit einem konventionellen Regelalgorithmus gegenübergestellt und zum Schluss Maßnahmen zur Verbesserung des Failsafe-Verhaltens unternommen und eine weitere Methode vorgeschlagen.
Improving the design of an internal combustion engine in CAD systems. - Ilmenau. - 106 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
Die Entwicklung von Konstruktionsmethoden, Modellierung und Konstruktionsanalyse in CAD reduziert die Kosten für teure Feldversuche erheblich und deren Verbesserung ist eine dringende Aufgabe. Die in der Arbeit durchgeführte Analyse der bestehenden Strukturen von Dämpfern für Pkw-Motoren und Methoden zu deren Berechnung ermöglichte es, das Ziel und die Aufgabenstellung der Arbeit zur Entwicklung einer integrierten Methodik für deren Auslegung mittels CAD zu formulieren. Der Dämpferentwurfsalgorithmus basierte auf einer harmonischen und modalen Analyse des Torsionssystems eines Pkw-Motors basierend auf elektronischen Modellen, die in CAD entwickelt wurden. Mittels Ingenieuranalyse bei CAE wurde eine detaillierte Untersuchung des Gummidämpferelements (Dämpfung von Torsionsschwingungen) durchgeführt, die Abhängigkeit seiner Verschiebung vom Drehmoment ermittelt und der Steifigkeitskoeffizient berechnet. Basierend auf den Simulationsdaten im CAD wurde eine Analyse des Systems mit und ohne Dämpfer sowie eine Festigkeitsanalyse von Krone und Nabe des Dämpfers durchgeführt. Die Ergebnisse einer wirksamen Dämpfung von Torsionsschwingungen des Motors unter Verwendung des konstruierten Dämpfers wurden erzielt, die die Machbarkeit dieser Konstruktionstechnik bewiesen. 1. Die Literaturanalyse hat verschiedene Typen von Dämpfern für Torsionssysteme von Verbrennungsmotoren etabliert und es ermöglicht, ein Analogon eines Dämpfers für einen Verbrennungsmotor eines Personenkraftwagens zu wählen. 2. Ein Entwurf eines Dämpfers für einen Pkw-Motor wurde im CAD entwickelt und die kinematischen und dynamischen Eigenschaften seines Betriebs mit Hilfe einer Harmonischen erhalten. 3. Mit Hilfe der Modalanalyse des Betriebs des Kurbelwellensystems ohne Dämpfer wurde festgestellt, dass die Amplituden der unter dem Einfluss von Oberwellen der 4. und 6. Ordnung auftretenden Torsionswinkel die zulässigen Torsionswinkel überschreiten. 4. Es wird gezeigt, dass die Eigenschwingungsfrequenz des konstruierten Dämpfers 360 Hz beträgt und seine Verwendung es ermöglicht, Schwingungen zu reduzieren und die Verdrehwinkel um das 42-fache zu reduzieren. 5. Es wurde ein Verfahren zur Auslegung und Modellierung eines Torsionsschwingungsdämpfers des Kurbelwellensystems eines Pkw-Motors entwickelt.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
Diese Masterarbeit befasst sich mit der Funktionsentwicklung einer Katalysatordiagnose für die Verwendung in zukünftigen BMW Ottomotoren. Nach geltenden Gesetzgebungen müssen Drei-Wege-Katalysatoren (TWC, aus dem Englischen: Three-Way-Catalyst) während des Fahrzeugbetriebs im Rahmen der On-Board-Diagnose überwacht werden um Defekte, Verschleiß und Manipulationen zu erkennen. Ziel dieser Arbeit ist es, ein alternatives Diagnoseverfahren für die Erkennung von beschädigten bzw. verschlissenen Drei-Wege-Katalysatoren zu entwickeln. Das Hauptaugenmerk der Masterarbeit liegt dabei auf der Entwicklung und Prüfung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit dieser Diagnose, um weltweit aktuelle und zukünftig geltende Forderungen aus Diagnose- und Abgasgesetzgebungen zu erfüllen. Im ersten Schritt wurde ein MATLAB Simulink-Modell zum Abbilden einer potentiellen zukünftigen Diagnose erstellt. Anschließend wurde das Modell mit Daten von bestehenden Motorprojekten getestet, um mögliche Worst-Case-Einsatzszenarien zu identifizieren und die Diagnose zu optimieren. Anhand dieser Worst-Case-Szenarien, einem weiten Spektrum an Einsatzszenarien und der daraus abgeleiteten Optimierung der Diagnose, wurde eine Umsetzbarkeit dieser Diagnose in Serienfahrzeuge geprüft. Schlüsselwörter: Drei-Wege-Katalysator, Funktionsentwicklung, On-Board-Diagnose, Steuergeräte-Appli-kation, MATLAB/Simulink
Grundlegende tribologische Untersuchungen von korrodierten Reibpartnern einer Kraftfahrzeugbremse. - Ilmenau. - 110 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
Die zunehmende Elektrifizierung des Antriebsstrangs verändert die Entwicklungsschwerpunkte von Reibungsbremsen bei Kraftfahrzeugen. Angesichts der Fähigkeit zur Bremsenergierückgewinnung (Rekuperation) durch die E-Maschine sind die Reibungsbremsen im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen seltener und weniger intensiv im Einsatz. Korrosionsprodukte verbleiben demnach länger auf den Reibkörpern und können die Eigenschaften der Bremse nachteilig beeinflussen. Jener Einfluss soll im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden. Dafür wird die Reibwertentwicklung verschiedener konventioneller und alternativer Reibpartner im korrodierten Zustand beobachtet und der Reibkontakt mittels In-Situ Untersuchungen an einem Tribologie-Prüfstand beschrieben. Parallel dazu werden Emissionsmessungen durchgeführt, um den Einfluss von Korrosion auf die Feinstauberzeugung der Bremse zu beurteilen. Eine Beschreibung des (Oberflächen-) Zustands und der chemischen Veränderungen der Reibpartner nach der Korrosionsprozedur komplettiert die Untersuchungen.
Ein Beitrag zur Steigerung eines ausfallsicheren Betriebs einer vernetzten Simulations- und Prüfstandsumgebung im Kontext von X-in-the-Loop. - Ilmenau. - 55 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Echtzeitfähigkeit der Datenübertragung verbessert, sodass der ausfallsichere Betreib einer Simulations- und Prüfstandsumgebung sichergestellt werden kann. Um diese Aufgabe zu erledigen, wird eine Methode zuerst vorgestellt, mit der die relevanten Übertragungsfehler (z.B Datenverlust, Übermittlung falscher Datenwerte usw.) automatisch erkannt werden können. Gegen diese Fehler werden die Abhilfemaßnahmen entworfen, dadurch die Simulationsarbeit im sicheren Zustand funktioniert kann. Außerdem wird ein Tester zur Fehlerinduktion entwickelt, um die Wirksamkeit der oben vorgestellten Methoden zu bewerten. Zum Schluss werden die Auswirkungen der Übertragungsfehler auf die Qualität der Datenübertragung diskutiert.
Entwicklung eines Szenarien-Management-Systems für Fahrdynamiksimulationen in X-in-the-Loop Umgebungen. - Ilmenau. - 50 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Die zunehmende Komplexität von Kraftfahrzeugen macht den Einsatz der Fahrdynamiksimulation für einen effektiven Entwicklungsprozess unverzichtbar. Simulationen erlauben dabei die Effizienz der Tests zu optimieren und die Testkosten zu reduzieren Das Ziel dieser Arbeit liegt darin, einen Szenario-Management für eine X-in-the-Loop-Simulationsumgebung aufzubauen, um verschiedene Fahrszenarien simulieren zu können. In dieser Arbeit wird eine virtuelle Testumgebung mit einer kombinierten Simulationssoftware aus IPG CarMaker und Simulink erstellt. Ein entwickeltes Fahrermodell wird verwendet, um die Experimenten durchzuführen. Die entwickelten Testszenarien und das Fahrermodell werden mit einem geeigneten Versuchsfahrzeug virtuell getestet. Die Ergebnisse der Simulationen werden analysiert und ausgewertet. Gleichzeitig erlaubt das Szenarien-Management eine komfortable Verwaltung der Testszenarien, wodurch der Versuchsprozess vereinfacht wird und der Grundstein für X-in-the-Loop Testen gelegt wird.
Grundlegende Korrosionsuntersuchungen von Reibungsbremsungen am Realfahrzeug. - Ilmenau. - 106 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Reibungsbremssysteme sind in Kraftfahrzeugen unerlässliche Funktionsgruppen, um die Sicherheit im Straßenverkehr zu gewährleisten. Durch die immer weiter steigende Stückzahl von Fahrzeugen mit Elektromotoren als Antriebsform sinkt der Anteil, den Reibungsbremsen zur Verzögerung beitragen. Neben einigen positiven Aspekten, wie der Energierückgewinnung und der Emissionssenkung, bringt dies allerdings auch Schwierigkeiten mit sich. Denn durch die verringerte Nutzung der traditionellen Bremse findet die Selbstreinigung dieser kaum noch statt. Ohne diesen Prozess schreitet die Bildung von Korrosionsprodukten immer weiter voran, welche die Bremse in ihrer Funktion und Sicherheit einschränken. Da Reibungsbremsen aber einen essenziellen Aspekt für Fahrzeuge darstellen und deshalb weder komplett durch Alternativen ersetzt werden können, noch in einem beschädigten Zustand sein dürfen, bleibt im letzten Schritt nur das Ersetzen geschädigter Teile. Dadurch kann die Reibpaarung wieder in einen optimalen Zustand gebracht werden. Auch in der Automobil- und Zulieferindustrie wurde dieses Problem erkannt, wodurch beispielsweise schon erste Entwicklungen zu korrosionsarmen oder -freien Bremsscheiben in der Praxis Anwendung finden. Solche Alternativen sind jedoch meist auch mit einem erhöhten Kostenaufwand verbunden, was dazu führt, dass sie derzeit noch keinen Einzug in die breite Masse finden. Aus diesem Grund soll das Korrosionsverhalten von herkömmlichen Reibpaarungen in PKWs in dieser Arbeit untersucht werden. Problematisch ist hierbei, dass über beschleunigte Korrosionsprozeduren für die Bremssysteme nur eine Aussage über den Worst Case möglich ist. Deshalb werden alle in dieser Arbeit durchgeführten Versuche an Bremsenteilen eines Kraftfahrzeuges durchgeführt, welches sich in realer Nutzung befindet. Dabei kann durch die Ausstattung des Fahrzeuges sowohl auf die weit verbreitete Scheibenbremse als auch auf die in den letzten Jahren stark verdrängte Trommelbremse eingegangen werden. Durch die Untersuchungen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass sich Scheiben- und Trommelbremsen in ihrer Korrosionsbildung deutlich unterscheiden. Außerdem wurde festgestellt, wie sich verschiedene Einflussfaktoren auf das Ergebnis auswirken. Es stellte sich heraus, dass Korrosion, welche künstlich erzeugt wurde, sich nicht mit jener aus typischen Alltagsszenarien vergleichen ließ.