Publications of the Fachgebiet Fahrzeugtechnik

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Erstellt: Mon, 18 Mar 2024 23:07:59 +0100 in 0.0896 sec


Werner, Denis;
Validierung der Schallleistungsberechnung bei PKW-Getrieben. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (XIX, 234 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

In der vorliegenden Arbeit wird die experimentell gestützte Validierung der Schallleistungsberechnung für PKW-Getriebe dokumentiert. Dadurch soll ein Beitrag geleistet werden zur Verbesserung der strukturdynamischen und akustischen Simulation von Fahrzeuggetrieben. Für die experimentellen Untersuchungen wird ein Getriebeprüfstand mit einem eigens entwickelten zweistufigen Getriebe und komplexen Gehäuse verwendet. Eine Besonderheit stellen dabei die speziell entwickelten Sensoren zur Messung der Anregungskräfte an den Festlagern dar. Zugleich werden die Oberflächenbeschleunigungen des Gehäuses sowie die Schallleistung erfasst. Der Getriebeprüfstand wird als MKS-Modell in zwei verschiedenen Tools aufgebaut. Die einzelnen Komponenten (Lager-, Verzahnungs- und Strukturmodelle) werden zunächst isoliert betrachtet und verifiziert. Beim Vergleich des statischen Drehwegfehlers der Verzahnungsmodelle werden gemessene Flankentopologien berücksichtigt. Um die FE-Modelle der Wellen und des Gehäuses zu validieren, werden experimentell und rechnerisch ermittelte Eigenformen und Übertragungsfunktionen verglichen. Während für die Einzelteile ein sehr guter Abgleich über einen großen Frequenzbereich gelingt, zeigt sich bei der Gehäusebaugruppe, dass die Übereinstimmung mit der Messung stark von der jeweiligen Frequenz abhängt und ab ca. 3 kHz abnimmt. Durch den Einbezug der mit 3D-Scans ermittelten Realgeometrie sowie des Einflusses der Gehäusedichtung kann festgestellt werden, dass diese Faktoren nicht für die Unterschiede verantwortlich sind. Umfangreiche Untersuchungen mit den MKS-Gesamtmodellen für konstante Drehzahlen und Hochläufe erlauben einen gründlichen Abgleich mit gemessenen Lagerkräften und Beschleunigungen. Es wird nachgewiesen, dass fertigungsbedingte Flankenabweichungen der Verzahnungen möglichst vollständig in der Simulation berücksichtigt werden sollten, um gute Ergebnisse zu erhalten. Zur Beurteilung des Schwingungsverhaltens im Betrieb werden dabei die Betriebsschwingungs- und die Ordnungsbasierte Modalanalyse eingesetzt, letztere wird dabei auch auf Simulationsdaten angewandt. Der Vergleich zeigt, dass die mit der MKS berechneten Schwingungsantworten durch die numerische Dämpfung beeinflusst werden. Dies wird auch in der Akustiksimulation erkennbar. Diese wird basierend auf berechneten und gemessenen Lagerkräften mit drei unterschiedlichen Methoden (WBT, IBEM, FEM) durchgeführt. Unter Einbezug der Erkenntnisse zur Schwingungsanregung und -antwort sowie der gemessenen Schallleistungen werden sehr gute Übereinstimmungen erzielt. Außerdem können die Ursachen für Abweichungen sehr differenziert herausgearbeitet und bewertet werden. Dadurch werden Möglichkeiten zur Weiterentwicklung ersichtlich und die Akustikanalyse von Fahrzeuggetrieben entscheidend vorangebracht.



https://doi.org/10.22032/dbt.57696
Marotta, Raffaele; Strano, Salvatore; Terzo, Mario; Tordela, Ciro; Ivanov, Valentin
Camber angle estimation based on physical modelling and artificial intelligence. - In: 2023 International Conference on Control, Automation and Diagnosis (ICCAD), (2023), insges. 7 S.

The camber angle of a wheel represents one of the most important kinematic parameters in the study of the interaction between tire and road. It influences the forces that the vehicle exchanges with the road and consequently the vehicle's performance in terms of handling, holding and ride comfort. Control systems for these angles can improve in these aspects. Consequently, the measurement of the camber angles represents an aspect of primary importance. There are many solutions for measuring camber angles when the vehicle is not in motion, but developments must be made for measuring these angles during manoeuvres. Direct measurement of camber angles requires the insertion of sensors inside the wheel which increase complexity and production costs. This paper proposes a methodology for estimating such angles that makes combined use of a double-track vehicle model, non-linear Kalman filter and artificial intelligence. It exploits simple measures to be made on a road vehicle: longitudinal velocity, yaw rate, steering angle of the wheels and rotational speed of the wheels. The estimator was tested through three manoeuvres: a lap on the Hockenheim circuit, a slalom and a constant radius cornering. The metrics used to describe the error: are Root Mean Square Error (RMSE) and Normalized Root Mean Square Error (NRMSE).



https://doi.org/10.1109/ICCAD57653.2023.10152425
Storch, Lukas; Hamatschek, Christopher; Hesse, David; Feist, Felix; Bachmann, Thomas; Eichler, Philipp; Grigoratos, Theodoros
Comprehensive analysis of current primary measures to mitigate brake wear particle emissions from light-duty vehicles. - In: Atmosphere, ISSN 2073-4433, Bd. 14 (2023), 4, 712, S. 1-31

Exhaust regulations and improved exhaust gas treatment systems have already initiated the trend that brings emissions from brakes and tires to the forefront of traffic-induced particulate matter. The health and environmental relevance of particulate matter has resulted in regulators, industry, and research institutions prioritising the mitigation of non-exhaust particle emissions. To this end, under the umbrella of the United Nations Economic Commission for Europe World Forum for Harmonisation of Vehicle Regulations (UNECE WP.29), the Working Party on Pollution and Energy (GRPE) mandated the Particle Measurement Programme Informal Working Group (PMP-IWG) to develop a Global Technical Regulation (GTR) for measuring brake dust. The standards and procedures defined within the GTR should eventually form the basis for the introduction of a Euro 7 limit value for brake emissions. The purpose of this measurement campaign is to provide an exemplary overview of the emission behaviour of wheel brakes and friction pairings currently available on the market and to identify possible reduction potential with regard to particulate emissions. All measurements were carried out taking into account the draft GTR valid at the time of execution. For the investigations, brakes were selected using the example of different vehicle classes, brake concepts (disc and drum brake), vehicle axles (front and rear axle), and alternative friction materials (brake disc and pads/shoes). Thus, the use of wear-resistant discs and improved brake pad compositions are able to achieve significantly lower emissions. In addition, the measurement of brake dust emissions from vehicles with different levels of electrification was considered. Electrical braking was modelled and applied to the Worldwide Harmonised Light-Duty Vehicles Test Procedure (WLTP) Brake Cycle, which has demonstrated high emission reduction potentials depending on the electrification level.



https://doi.org/10.3390/atmos14040712
Hauschild, Peter;
Untersuchung bremseninduzierter niederfrequenter Schwingungs- und Geräuschphänomene an Kraftfahrzeugen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (XXXI, 244 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Das Bremsenknarzen ist ein niederfrequentes Geräuschphänomen bei Personenkraftwagen, welches in die Teilbereiche Schwingungsanregung, -übertragung und -abstrahlung an die Umwelt zu unterteilen ist. Die Schwingungsübertragung im Fahrzeugfahrwerk wird von schwingungstechnischen Eigenschaften, wie der Übertragungsfunktion der gekoppelten Körper oder durch die Dämpfung in Gelenken, Buchsen und Festkörpern beeinflusst. Bei der Schwingungsentstehung spielen Reibzonenprozesse und die Bremsmaterialpaarung, die Anpressdruckverteilung zwischen Bremsbelag und -scheibe sowie Steifigkeiten des Bremssystems und des Fahrwerkes eine wichtige Rolle. Die Geräuschabstrahlung wird beispielsweise durch die Fahrzeugkarosserie beeinflusst. Einflüsse auf die Knarzgeräuschintensität können in allen aufgeführten Bereichen gefunden werden. In der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus auf der Identifzierung und Bewertung von Einflussgrößen, die im Wesentlichen dem Teilbereich der Geräuschentstehung zuzuordnen sind. Anhand von Untersuchungen, die im Rahmen der vorliegenden Arbeit durchgeführt werden, kann bewertet werden, wie stark sich die unterschiedlichen Einflussgrößen entlang der Knarzwirkkette auf das niederfrequente Geräusch auswirken. Aus den Untersuchungen ergibt sich, dass die Effektivität von Geräuschgegenmaßnahmen im Bereich der Knarzanregung besonders hoch ist. Im Vergleich zu Maßnahmen, die auf die Knarzschwingungsübertragungskette oder die Knarzabstrahlung wirken, ist hier das Potenzial zur Verringerung oder Vermeidung der Knarzerscheinungen deutlich höher. Eine Literaturrecherche und die oben dargestellten Untersuchungen zeigen die Notwendigkeit der Fokussierung auf die Knarzschwingungsanregung und damit auf die Reibmechanismen. Zur Beschreibung dieser wird die Reibzone von Scheibenbremsen bei knarzrelevanten Betriebsbedingungen, also bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten und Bremsdrücken, In-Situ betrachtet. Die In-Situ Betrachtung ist eine Methode, bei der Vorgänge unmittelbar am Ort und direkt während eines ablaufenden Prozesses beobachtet werden. Bezogen auf Reibprozesse im Kontaktbereich zwischen einer Bremsscheibe und einem Reibbelag bedeutet dies, dass die Reibzonenvorgänge direkt beobachtet werden. Zur Auswertung der Reibzonenprozesse werden in der vorliegenden Arbeit besondere Methoden entwickelt und angewandt.



https://doi.org/10.22032/dbt.56990
Feißel, Toni;
Beitrag zur analytischen und experimentellen Untersuchung des Reifen-Fahrbahnkontaktes in Bezug auf partikelförmige Emissionen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (XIX, 152 Blätter, Blatt XIX-XXXIX)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Im Zuge eines ständig wachsenden Umweltbewusstseins werden anthropogene Schadstoffemissionen zunehmend kritisch begutachtet. Dies betrifft insbesondere auch Emissionen, die mit dem Individualverkehr in Verbindung stehen. In der Vergangenheit hat besonders das Schädigungspotential von Abgasemissionen einen hohen Bekanntheitsgrad erlangt. Infolge der gesetzlichen Festlegung von Abgasgrenzwerten und den daraus resultierenden technischen Abhilfemaßnahmen, konnte die Schadstoffbelastung der Außenluft, trotz erheblich gestiegenem Fahrzeugaufkommen, deutlich reduziert werden. Abgasferne Feinstaubemissionen, die durch den Abrieb von Bremsen, Reifen und der Fahrbahn erzeugt werden, unterliegen hingegen keiner Regulierung. Es wird jedoch angenommen, dass diese bereits die größte fahrzeugbezogene Feinstaubquelle darstellen. Hieraus folgen Regulierungsbestrebungen, die in Bezug auf Bremsstaubemissionen bereits ein fortgeschrittenes Stadium erreicht haben. Die Regulierung von Reifenemissionen wird, aufgrund der Vielzahl der Einflussgrößen, gegenwärtig als zu komplex eingestuft. Im Zuge der Elektrifizierung des Antriebstranges ist damit zu rechnen, dass Abgas- und Bremsstaubemissionen an Bedeutung verlieren werden. Folglich könnte der Reifen als letzte fahrzeugbezogene Schadstoffquelle verbleiben. Der Reifenabrieb gilt zudem als insgesamt größte Mikroplastikquelle. Aufgrund dieser Vorrausetzungen ist mit einem erheblichen medialen und politischen Druck zu rechnen, der in Richtung einer Regulierung abzielt. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Identifikation und Beschreibung von Einflussgrößen, die mit dem Emissionsprozess von Reifenpartikeln in Verbindung stehen. Dies umfasst die Entstehung und Messung von Reifenemissionen sowie deren Ausbreitung in der Umwelt. Hierfür wurden Methoden erarbeitet, die eine prozessübergreifende Einflussgrößenbewertung ermöglichen. Die Arbeit ist in drei Themenkomplexe untergliedert. Der erste Themenkomplex ist der Analyse der Partikel-Strömungs-Interkation gewidmet. Das Verständnis des Partikelverhaltens in Abhängigkeit der Partikelgröße und den Strömungseigenschaften ist insbesondere für die Bewertung der Messfähigkeit von Reifenemissionen sowie deren Ausbreitung in der Umwelt von Relevanz. Der zweite Themenkomplex behandelt die Messung von Reifenemissionen im Fahrversuch, wobei der Zusammenhang zwischen dem Fahrzustand und der Partikelentstehung im Vordergrund steht. Abschließend wird eine Simulationsmethode beschrieben, die es erstmalig erlaubt, die Entstehung von Reifenemissionen vorherzusagen und deren Ausbreitung in der Umwelt nachzuvollziehen. Das Ziel der Arbeit bestand darin, die wichtigsten Einflussgrößen, die sowohl die Emission von Reifenpartikeln als auch deren Immissionswirkung betreffen, qualitativ zu beschreiben.



https://doi.org/10.22032/dbt.56991
Bader, Nicki;
Ein Beitrag zur material- und werkstoffbezogenen Designakustik : Untersuchung der Zusammenhänge mechanischer und akustischer Materialeigenschaften und deren Auswirkungen auf die Attraktivität von Gebrauchsobjekten unter Berücksichtigung der Akzeptanz von nichtstationären Schädigungsgeräuschen bei Leichtbauwerkstoffen und -strukturen mittels designakustischer Werkstoffcharakterisierung. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (241 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Ziel der Arbeit ist die designakustische Charakterisierung von Materialien unter Berücksichtigung der Zusammenhänge mechanischer und akustischer Eigenschaften. Ausgehend von diesen sollen deren Auswirkungen auf die Attraktivität von Gebrauchsobjekten untersucht werden, indem die technischen Merkmale mit Gestaltungsprinzipien, wie sie im Industriedesign Anwendung finden, verkoppelt werden. Grund dafür ist die Intention ein Werkzeug zu entwickeln, welches Gestaltern im Ingenieur- und Designbereich bei der Auswahl, Bewertung und Generierung akustischer Gebrauchseigenschaften unterstützt. Ausgehend davon, dass die kleinsten, zeitlich beschränkten und nicht stationären Signalanteile, wie sie bei der Schädigung von Strukturen entstehen, die Ursachen für die harmonischen, wahrnehmbaren Nutzungsgeräusche von Gebrauchsgütern sind, wurde das Deformationsverhalten von kurz- und langfaserverstärkten Kompositwerkstoffen untersucht, welche mit Sicht auf deren Verbreitung im industriellen Bereich ausgewählt wurden. Die Experimente zur Untersuchung des zeitlichen und spektralen Verhaltens wurden dabei mittels eines standardisierter Biegeversuchs durchgeführt, welcher mit geeigneter Hard- und Software für die Datenakquisition instrumentiert wurde. Zur Definition dieser Methode wurden mehrere referenzielle Experimente mittels Schallemissionsanalyse, Akustischer Kamera, Hochgeschwindigkeitskamera und verschiedener Mikrofon- und Messhardware durchgeführt. Parallel wurden die entsprechenden signaltheoretischen und psychoakustischen Aspekte untersucht. So konnten die untersuchten Materialien aus akustischer Sicht charakterisiert und hinsichtlich entsprechender Merkmale gruppiert werden. Daraus ergab sich die Erkenntnis, dass die akustische bzw. designakustische Klassifizierung von Werkstoffen von der konventionellen, herkunfts- oder verfahrensorientierten Werkstoffklassifikation abweichen kann. Die Ergebnisse flossen mit Sicht auf diese Erkenntnis in die Entwicklung des Werkzeugs für die designakustische Analyse und Diagnose ein. Bei der vorgeschlagenen Methode wird aus einer repräsentativen Datenmenge einer materialspezifischen Versuchsreihe auf Basis eines eigens dafür entwickelten Modells ein designakustischer Archetyp synthetisiert, der die generelle Charakteristik der Einzelbruchereignisse und der Gesamtschädigung repräsentiert. Ausgehend von der These, dass visuelle und akustische Prinzipien in gleicher bzw. ähnlicher Form wirken und bei Kenntnis und Anwendung die Prognostizierbarkeit der Wirkung und Akzeptanz beim Nutzer ermöglichen, wurden die technischen Merkmale der Archetypen mit eigens eingeführten designakustischen Komplementärpaaren verkoppelt. Diese korrelieren mit entsprechenden gestalterischen Merkmalen aus der visuellen Kompositionstheorie, wie sie im Industriedesign Anwendung findet, wodurch die Übersetzbarkeit des Modells in technische und gestalterische Richtung gewährleistet wird. Die Ergebnisse wurden entsprechend visualisiert und anhand einer ersten Probandenbefragung validiert. Die Weiterentwicklung und Erweiterung der Datenbank zur gezielten Gestaltung von Gebrauchsakustik durch Ingenieure und Designer wäre perspektivisch sinnvoll. Die Ergebnisse liefern einen Beitrag zum noch jungen Feld der Designakustik und zum interdisziplinären Verständnis.



https://doi.org/10.22032/dbt.55770
Hamatschek, Christopher; Augsburg, Klaus; Schobel, David; Gramstat, Sebastian; Stich, Anton; Gulden, Florian; Hesse, David
Comparative study on the friction behaviour and the particle formation process between a laser cladded brake disc and a conventional grey cast iron disc. - In: Metals, ISSN 2075-4701, Bd. 13 (2023), 2, 300, S. 1-19

Brake-wear particle emissions are the result of the components of a friction brake being in tribological contact, and they are classified as non-exhaust emissions. Since most of the emitted particles belong to the size classes of particulate matter (≤10 μm) and differ significantly in terms of their physico-chemical properties from automotive exhaust emissions, this source is of particular relevance to human health and, therefore, the focus of scientific studies. Previous studies have shown that coated brake discs offer significant wear and emission reduction potential. Nevertheless, no studies are available that describe the specific particle formation process, the contact conditions, the structure of the friction layer and the differences compared to conventional grey cast iron discs. The aim of this study is to describe those differences. For this purpose, the tribological behaviour, the structure of the friction layer and the associated particle dynamics within the friction contact between a laser cladding coated disc and a conventional grey cast iron disc are compared. The required investigations are carried out both ex situ (stationary) and in situ (dynamic). Parallel to the tribological investigations, the particle emission behaviour is determined on an inertia dynamometer using a constant volume sampling system (CVS) and equipment for particle number and particle size distribution measurement. The results show that, for two different brake pads, the laser cladding brake disc has lower wear and less particulate emissions than the grey cast iron brake disc. The wear behaviour of the coating varies significantly for the two brake pads. By contrast, the grey cast iron brake disc shows a significantly lower influence.



https://doi.org/10.3390/met13020300
Beliautsou, Viktar; Beliautsou, Aleksandra
Development of torque vectoring controller tuned with neural networks. - In: Advances in dynamics of vehicles on roads and tracks II, (2022), S. 1175-1182

The paper introduces an adaptive Torque Vectoring (TV) controller for all-wheel-drive electric vehicles. The main focus of this study lies in tuning procedures of controller gains in accordance with the manoeuvre conditions. For this purpose, a pre-trained neural network predicts the vehicle behaviour and adjusts the PID gains of the TV controller. The proposed method extends the applicability of the TV system and increases its efficiency as compared to the non-adaptive baseline control methods.



Beliautsou, Viktar; Alfonso, Jesus; Giltay, Joris; Büchner, Florian; Shyrokau, Barys; Castellanos, José A.; Ivanov, Valentin
Validation of integrated EV chassis controller using a geographically fistributed X-in-the-loop network. - In: 2022 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), (2022), insges. 7 S.

This paper presents the validation of an integrated chassis controller that unites three groups of actuators for the electric vehicle (EV) with independent in-wheel electric motors (IWMs) for each wheel. Controlled actuators are the IWMs, the active suspension, and the braking system. The models of test benches and the designed architecture of the X-in-the-loop network are presented. The proposed design approach allows testing the developed controller on a vehicle model in real-time and on hardware components.



https://doi.org/10.1109/VPPC55846.2022.10003267
Ivanov, Valentin; Beliautsou, Viktar; Schreiber, Viktor; Heydrich, Marius; Gramstat, Elizaveta; Gramstat, Sebastian
Brake blending design using distributed and shared X-in-the-loop test environment. - In: 2022 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), (2022), insges. 6 S.

Brake blending design is a complex task in the development of electric vehicles (EV) and requires coordinated control on electric powertrain and friction brake system. The presented study discusses the architecture, control strategy, and functional validation of the brake blending as applied to an all-wheel drive EV equipped with four in-wheel motors (IWMs) and the decoupled electro-hydraulic brake system. The main focus is on the use of distributed and shared X-in-the-loop (XIL) test environment as a relevant development methodology enabling a wide spectrum of validation procedures. The paper introduces XIL-based experiments, where the brake blending operation has been evaluated for several test scenarios as the service braking and the Worldwide harmonized Light Duty Test Cycle (WLTC).



https://doi.org/10.1109/VPPC55846.2022.10003445

Publications of the Fachgebiet Fahrzeugtechnik

Anzahl der Treffer: 336
Erstellt: Mon, 18 Mar 2024 23:07:59 +0100 in 0.0700 sec


Werner, Denis;
Validierung der Schallleistungsberechnung bei PKW-Getrieben. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (XIX, 234 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

In der vorliegenden Arbeit wird die experimentell gestützte Validierung der Schallleistungsberechnung für PKW-Getriebe dokumentiert. Dadurch soll ein Beitrag geleistet werden zur Verbesserung der strukturdynamischen und akustischen Simulation von Fahrzeuggetrieben. Für die experimentellen Untersuchungen wird ein Getriebeprüfstand mit einem eigens entwickelten zweistufigen Getriebe und komplexen Gehäuse verwendet. Eine Besonderheit stellen dabei die speziell entwickelten Sensoren zur Messung der Anregungskräfte an den Festlagern dar. Zugleich werden die Oberflächenbeschleunigungen des Gehäuses sowie die Schallleistung erfasst. Der Getriebeprüfstand wird als MKS-Modell in zwei verschiedenen Tools aufgebaut. Die einzelnen Komponenten (Lager-, Verzahnungs- und Strukturmodelle) werden zunächst isoliert betrachtet und verifiziert. Beim Vergleich des statischen Drehwegfehlers der Verzahnungsmodelle werden gemessene Flankentopologien berücksichtigt. Um die FE-Modelle der Wellen und des Gehäuses zu validieren, werden experimentell und rechnerisch ermittelte Eigenformen und Übertragungsfunktionen verglichen. Während für die Einzelteile ein sehr guter Abgleich über einen großen Frequenzbereich gelingt, zeigt sich bei der Gehäusebaugruppe, dass die Übereinstimmung mit der Messung stark von der jeweiligen Frequenz abhängt und ab ca. 3 kHz abnimmt. Durch den Einbezug der mit 3D-Scans ermittelten Realgeometrie sowie des Einflusses der Gehäusedichtung kann festgestellt werden, dass diese Faktoren nicht für die Unterschiede verantwortlich sind. Umfangreiche Untersuchungen mit den MKS-Gesamtmodellen für konstante Drehzahlen und Hochläufe erlauben einen gründlichen Abgleich mit gemessenen Lagerkräften und Beschleunigungen. Es wird nachgewiesen, dass fertigungsbedingte Flankenabweichungen der Verzahnungen möglichst vollständig in der Simulation berücksichtigt werden sollten, um gute Ergebnisse zu erhalten. Zur Beurteilung des Schwingungsverhaltens im Betrieb werden dabei die Betriebsschwingungs- und die Ordnungsbasierte Modalanalyse eingesetzt, letztere wird dabei auch auf Simulationsdaten angewandt. Der Vergleich zeigt, dass die mit der MKS berechneten Schwingungsantworten durch die numerische Dämpfung beeinflusst werden. Dies wird auch in der Akustiksimulation erkennbar. Diese wird basierend auf berechneten und gemessenen Lagerkräften mit drei unterschiedlichen Methoden (WBT, IBEM, FEM) durchgeführt. Unter Einbezug der Erkenntnisse zur Schwingungsanregung und -antwort sowie der gemessenen Schallleistungen werden sehr gute Übereinstimmungen erzielt. Außerdem können die Ursachen für Abweichungen sehr differenziert herausgearbeitet und bewertet werden. Dadurch werden Möglichkeiten zur Weiterentwicklung ersichtlich und die Akustikanalyse von Fahrzeuggetrieben entscheidend vorangebracht.



https://doi.org/10.22032/dbt.57696
Marotta, Raffaele; Strano, Salvatore; Terzo, Mario; Tordela, Ciro; Ivanov, Valentin
Camber angle estimation based on physical modelling and artificial intelligence. - In: 2023 International Conference on Control, Automation and Diagnosis (ICCAD), (2023), insges. 7 S.

The camber angle of a wheel represents one of the most important kinematic parameters in the study of the interaction between tire and road. It influences the forces that the vehicle exchanges with the road and consequently the vehicle's performance in terms of handling, holding and ride comfort. Control systems for these angles can improve in these aspects. Consequently, the measurement of the camber angles represents an aspect of primary importance. There are many solutions for measuring camber angles when the vehicle is not in motion, but developments must be made for measuring these angles during manoeuvres. Direct measurement of camber angles requires the insertion of sensors inside the wheel which increase complexity and production costs. This paper proposes a methodology for estimating such angles that makes combined use of a double-track vehicle model, non-linear Kalman filter and artificial intelligence. It exploits simple measures to be made on a road vehicle: longitudinal velocity, yaw rate, steering angle of the wheels and rotational speed of the wheels. The estimator was tested through three manoeuvres: a lap on the Hockenheim circuit, a slalom and a constant radius cornering. The metrics used to describe the error: are Root Mean Square Error (RMSE) and Normalized Root Mean Square Error (NRMSE).



https://doi.org/10.1109/ICCAD57653.2023.10152425
Storch, Lukas; Hamatschek, Christopher; Hesse, David; Feist, Felix; Bachmann, Thomas; Eichler, Philipp; Grigoratos, Theodoros
Comprehensive analysis of current primary measures to mitigate brake wear particle emissions from light-duty vehicles. - In: Atmosphere, ISSN 2073-4433, Bd. 14 (2023), 4, 712, S. 1-31

Exhaust regulations and improved exhaust gas treatment systems have already initiated the trend that brings emissions from brakes and tires to the forefront of traffic-induced particulate matter. The health and environmental relevance of particulate matter has resulted in regulators, industry, and research institutions prioritising the mitigation of non-exhaust particle emissions. To this end, under the umbrella of the United Nations Economic Commission for Europe World Forum for Harmonisation of Vehicle Regulations (UNECE WP.29), the Working Party on Pollution and Energy (GRPE) mandated the Particle Measurement Programme Informal Working Group (PMP-IWG) to develop a Global Technical Regulation (GTR) for measuring brake dust. The standards and procedures defined within the GTR should eventually form the basis for the introduction of a Euro 7 limit value for brake emissions. The purpose of this measurement campaign is to provide an exemplary overview of the emission behaviour of wheel brakes and friction pairings currently available on the market and to identify possible reduction potential with regard to particulate emissions. All measurements were carried out taking into account the draft GTR valid at the time of execution. For the investigations, brakes were selected using the example of different vehicle classes, brake concepts (disc and drum brake), vehicle axles (front and rear axle), and alternative friction materials (brake disc and pads/shoes). Thus, the use of wear-resistant discs and improved brake pad compositions are able to achieve significantly lower emissions. In addition, the measurement of brake dust emissions from vehicles with different levels of electrification was considered. Electrical braking was modelled and applied to the Worldwide Harmonised Light-Duty Vehicles Test Procedure (WLTP) Brake Cycle, which has demonstrated high emission reduction potentials depending on the electrification level.



https://doi.org/10.3390/atmos14040712
Hauschild, Peter;
Untersuchung bremseninduzierter niederfrequenter Schwingungs- und Geräuschphänomene an Kraftfahrzeugen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (XXXI, 244 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Das Bremsenknarzen ist ein niederfrequentes Geräuschphänomen bei Personenkraftwagen, welches in die Teilbereiche Schwingungsanregung, -übertragung und -abstrahlung an die Umwelt zu unterteilen ist. Die Schwingungsübertragung im Fahrzeugfahrwerk wird von schwingungstechnischen Eigenschaften, wie der Übertragungsfunktion der gekoppelten Körper oder durch die Dämpfung in Gelenken, Buchsen und Festkörpern beeinflusst. Bei der Schwingungsentstehung spielen Reibzonenprozesse und die Bremsmaterialpaarung, die Anpressdruckverteilung zwischen Bremsbelag und -scheibe sowie Steifigkeiten des Bremssystems und des Fahrwerkes eine wichtige Rolle. Die Geräuschabstrahlung wird beispielsweise durch die Fahrzeugkarosserie beeinflusst. Einflüsse auf die Knarzgeräuschintensität können in allen aufgeführten Bereichen gefunden werden. In der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus auf der Identifzierung und Bewertung von Einflussgrößen, die im Wesentlichen dem Teilbereich der Geräuschentstehung zuzuordnen sind. Anhand von Untersuchungen, die im Rahmen der vorliegenden Arbeit durchgeführt werden, kann bewertet werden, wie stark sich die unterschiedlichen Einflussgrößen entlang der Knarzwirkkette auf das niederfrequente Geräusch auswirken. Aus den Untersuchungen ergibt sich, dass die Effektivität von Geräuschgegenmaßnahmen im Bereich der Knarzanregung besonders hoch ist. Im Vergleich zu Maßnahmen, die auf die Knarzschwingungsübertragungskette oder die Knarzabstrahlung wirken, ist hier das Potenzial zur Verringerung oder Vermeidung der Knarzerscheinungen deutlich höher. Eine Literaturrecherche und die oben dargestellten Untersuchungen zeigen die Notwendigkeit der Fokussierung auf die Knarzschwingungsanregung und damit auf die Reibmechanismen. Zur Beschreibung dieser wird die Reibzone von Scheibenbremsen bei knarzrelevanten Betriebsbedingungen, also bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten und Bremsdrücken, In-Situ betrachtet. Die In-Situ Betrachtung ist eine Methode, bei der Vorgänge unmittelbar am Ort und direkt während eines ablaufenden Prozesses beobachtet werden. Bezogen auf Reibprozesse im Kontaktbereich zwischen einer Bremsscheibe und einem Reibbelag bedeutet dies, dass die Reibzonenvorgänge direkt beobachtet werden. Zur Auswertung der Reibzonenprozesse werden in der vorliegenden Arbeit besondere Methoden entwickelt und angewandt.



https://doi.org/10.22032/dbt.56990
Feißel, Toni;
Beitrag zur analytischen und experimentellen Untersuchung des Reifen-Fahrbahnkontaktes in Bezug auf partikelförmige Emissionen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (XIX, 152 Blätter, Blatt XIX-XXXIX)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Im Zuge eines ständig wachsenden Umweltbewusstseins werden anthropogene Schadstoffemissionen zunehmend kritisch begutachtet. Dies betrifft insbesondere auch Emissionen, die mit dem Individualverkehr in Verbindung stehen. In der Vergangenheit hat besonders das Schädigungspotential von Abgasemissionen einen hohen Bekanntheitsgrad erlangt. Infolge der gesetzlichen Festlegung von Abgasgrenzwerten und den daraus resultierenden technischen Abhilfemaßnahmen, konnte die Schadstoffbelastung der Außenluft, trotz erheblich gestiegenem Fahrzeugaufkommen, deutlich reduziert werden. Abgasferne Feinstaubemissionen, die durch den Abrieb von Bremsen, Reifen und der Fahrbahn erzeugt werden, unterliegen hingegen keiner Regulierung. Es wird jedoch angenommen, dass diese bereits die größte fahrzeugbezogene Feinstaubquelle darstellen. Hieraus folgen Regulierungsbestrebungen, die in Bezug auf Bremsstaubemissionen bereits ein fortgeschrittenes Stadium erreicht haben. Die Regulierung von Reifenemissionen wird, aufgrund der Vielzahl der Einflussgrößen, gegenwärtig als zu komplex eingestuft. Im Zuge der Elektrifizierung des Antriebstranges ist damit zu rechnen, dass Abgas- und Bremsstaubemissionen an Bedeutung verlieren werden. Folglich könnte der Reifen als letzte fahrzeugbezogene Schadstoffquelle verbleiben. Der Reifenabrieb gilt zudem als insgesamt größte Mikroplastikquelle. Aufgrund dieser Vorrausetzungen ist mit einem erheblichen medialen und politischen Druck zu rechnen, der in Richtung einer Regulierung abzielt. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Identifikation und Beschreibung von Einflussgrößen, die mit dem Emissionsprozess von Reifenpartikeln in Verbindung stehen. Dies umfasst die Entstehung und Messung von Reifenemissionen sowie deren Ausbreitung in der Umwelt. Hierfür wurden Methoden erarbeitet, die eine prozessübergreifende Einflussgrößenbewertung ermöglichen. Die Arbeit ist in drei Themenkomplexe untergliedert. Der erste Themenkomplex ist der Analyse der Partikel-Strömungs-Interkation gewidmet. Das Verständnis des Partikelverhaltens in Abhängigkeit der Partikelgröße und den Strömungseigenschaften ist insbesondere für die Bewertung der Messfähigkeit von Reifenemissionen sowie deren Ausbreitung in der Umwelt von Relevanz. Der zweite Themenkomplex behandelt die Messung von Reifenemissionen im Fahrversuch, wobei der Zusammenhang zwischen dem Fahrzustand und der Partikelentstehung im Vordergrund steht. Abschließend wird eine Simulationsmethode beschrieben, die es erstmalig erlaubt, die Entstehung von Reifenemissionen vorherzusagen und deren Ausbreitung in der Umwelt nachzuvollziehen. Das Ziel der Arbeit bestand darin, die wichtigsten Einflussgrößen, die sowohl die Emission von Reifenpartikeln als auch deren Immissionswirkung betreffen, qualitativ zu beschreiben.



https://doi.org/10.22032/dbt.56991
Bader, Nicki;
Ein Beitrag zur material- und werkstoffbezogenen Designakustik : Untersuchung der Zusammenhänge mechanischer und akustischer Materialeigenschaften und deren Auswirkungen auf die Attraktivität von Gebrauchsobjekten unter Berücksichtigung der Akzeptanz von nichtstationären Schädigungsgeräuschen bei Leichtbauwerkstoffen und -strukturen mittels designakustischer Werkstoffcharakterisierung. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (241 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Ziel der Arbeit ist die designakustische Charakterisierung von Materialien unter Berücksichtigung der Zusammenhänge mechanischer und akustischer Eigenschaften. Ausgehend von diesen sollen deren Auswirkungen auf die Attraktivität von Gebrauchsobjekten untersucht werden, indem die technischen Merkmale mit Gestaltungsprinzipien, wie sie im Industriedesign Anwendung finden, verkoppelt werden. Grund dafür ist die Intention ein Werkzeug zu entwickeln, welches Gestaltern im Ingenieur- und Designbereich bei der Auswahl, Bewertung und Generierung akustischer Gebrauchseigenschaften unterstützt. Ausgehend davon, dass die kleinsten, zeitlich beschränkten und nicht stationären Signalanteile, wie sie bei der Schädigung von Strukturen entstehen, die Ursachen für die harmonischen, wahrnehmbaren Nutzungsgeräusche von Gebrauchsgütern sind, wurde das Deformationsverhalten von kurz- und langfaserverstärkten Kompositwerkstoffen untersucht, welche mit Sicht auf deren Verbreitung im industriellen Bereich ausgewählt wurden. Die Experimente zur Untersuchung des zeitlichen und spektralen Verhaltens wurden dabei mittels eines standardisierter Biegeversuchs durchgeführt, welcher mit geeigneter Hard- und Software für die Datenakquisition instrumentiert wurde. Zur Definition dieser Methode wurden mehrere referenzielle Experimente mittels Schallemissionsanalyse, Akustischer Kamera, Hochgeschwindigkeitskamera und verschiedener Mikrofon- und Messhardware durchgeführt. Parallel wurden die entsprechenden signaltheoretischen und psychoakustischen Aspekte untersucht. So konnten die untersuchten Materialien aus akustischer Sicht charakterisiert und hinsichtlich entsprechender Merkmale gruppiert werden. Daraus ergab sich die Erkenntnis, dass die akustische bzw. designakustische Klassifizierung von Werkstoffen von der konventionellen, herkunfts- oder verfahrensorientierten Werkstoffklassifikation abweichen kann. Die Ergebnisse flossen mit Sicht auf diese Erkenntnis in die Entwicklung des Werkzeugs für die designakustische Analyse und Diagnose ein. Bei der vorgeschlagenen Methode wird aus einer repräsentativen Datenmenge einer materialspezifischen Versuchsreihe auf Basis eines eigens dafür entwickelten Modells ein designakustischer Archetyp synthetisiert, der die generelle Charakteristik der Einzelbruchereignisse und der Gesamtschädigung repräsentiert. Ausgehend von der These, dass visuelle und akustische Prinzipien in gleicher bzw. ähnlicher Form wirken und bei Kenntnis und Anwendung die Prognostizierbarkeit der Wirkung und Akzeptanz beim Nutzer ermöglichen, wurden die technischen Merkmale der Archetypen mit eigens eingeführten designakustischen Komplementärpaaren verkoppelt. Diese korrelieren mit entsprechenden gestalterischen Merkmalen aus der visuellen Kompositionstheorie, wie sie im Industriedesign Anwendung findet, wodurch die Übersetzbarkeit des Modells in technische und gestalterische Richtung gewährleistet wird. Die Ergebnisse wurden entsprechend visualisiert und anhand einer ersten Probandenbefragung validiert. Die Weiterentwicklung und Erweiterung der Datenbank zur gezielten Gestaltung von Gebrauchsakustik durch Ingenieure und Designer wäre perspektivisch sinnvoll. Die Ergebnisse liefern einen Beitrag zum noch jungen Feld der Designakustik und zum interdisziplinären Verständnis.



https://doi.org/10.22032/dbt.55770
Hamatschek, Christopher; Augsburg, Klaus; Schobel, David; Gramstat, Sebastian; Stich, Anton; Gulden, Florian; Hesse, David
Comparative study on the friction behaviour and the particle formation process between a laser cladded brake disc and a conventional grey cast iron disc. - In: Metals, ISSN 2075-4701, Bd. 13 (2023), 2, 300, S. 1-19

Brake-wear particle emissions are the result of the components of a friction brake being in tribological contact, and they are classified as non-exhaust emissions. Since most of the emitted particles belong to the size classes of particulate matter (≤10 μm) and differ significantly in terms of their physico-chemical properties from automotive exhaust emissions, this source is of particular relevance to human health and, therefore, the focus of scientific studies. Previous studies have shown that coated brake discs offer significant wear and emission reduction potential. Nevertheless, no studies are available that describe the specific particle formation process, the contact conditions, the structure of the friction layer and the differences compared to conventional grey cast iron discs. The aim of this study is to describe those differences. For this purpose, the tribological behaviour, the structure of the friction layer and the associated particle dynamics within the friction contact between a laser cladding coated disc and a conventional grey cast iron disc are compared. The required investigations are carried out both ex situ (stationary) and in situ (dynamic). Parallel to the tribological investigations, the particle emission behaviour is determined on an inertia dynamometer using a constant volume sampling system (CVS) and equipment for particle number and particle size distribution measurement. The results show that, for two different brake pads, the laser cladding brake disc has lower wear and less particulate emissions than the grey cast iron brake disc. The wear behaviour of the coating varies significantly for the two brake pads. By contrast, the grey cast iron brake disc shows a significantly lower influence.



https://doi.org/10.3390/met13020300
Beliautsou, Viktar; Beliautsou, Aleksandra
Development of torque vectoring controller tuned with neural networks. - In: Advances in dynamics of vehicles on roads and tracks II, (2022), S. 1175-1182

The paper introduces an adaptive Torque Vectoring (TV) controller for all-wheel-drive electric vehicles. The main focus of this study lies in tuning procedures of controller gains in accordance with the manoeuvre conditions. For this purpose, a pre-trained neural network predicts the vehicle behaviour and adjusts the PID gains of the TV controller. The proposed method extends the applicability of the TV system and increases its efficiency as compared to the non-adaptive baseline control methods.



Beliautsou, Viktar; Alfonso, Jesus; Giltay, Joris; Büchner, Florian; Shyrokau, Barys; Castellanos, José A.; Ivanov, Valentin
Validation of integrated EV chassis controller using a geographically fistributed X-in-the-loop network. - In: 2022 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), (2022), insges. 7 S.

This paper presents the validation of an integrated chassis controller that unites three groups of actuators for the electric vehicle (EV) with independent in-wheel electric motors (IWMs) for each wheel. Controlled actuators are the IWMs, the active suspension, and the braking system. The models of test benches and the designed architecture of the X-in-the-loop network are presented. The proposed design approach allows testing the developed controller on a vehicle model in real-time and on hardware components.



https://doi.org/10.1109/VPPC55846.2022.10003267
Ivanov, Valentin; Beliautsou, Viktar; Schreiber, Viktor; Heydrich, Marius; Gramstat, Elizaveta; Gramstat, Sebastian
Brake blending design using distributed and shared X-in-the-loop test environment. - In: 2022 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), (2022), insges. 6 S.

Brake blending design is a complex task in the development of electric vehicles (EV) and requires coordinated control on electric powertrain and friction brake system. The presented study discusses the architecture, control strategy, and functional validation of the brake blending as applied to an all-wheel drive EV equipped with four in-wheel motors (IWMs) and the decoupled electro-hydraulic brake system. The main focus is on the use of distributed and shared X-in-the-loop (XIL) test environment as a relevant development methodology enabling a wide spectrum of validation procedures. The paper introduces XIL-based experiments, where the brake blending operation has been evaluated for several test scenarios as the service braking and the Worldwide harmonized Light Duty Test Cycle (WLTC).



https://doi.org/10.1109/VPPC55846.2022.10003445