Publications of the Fachgebiet Fahrzeugtechnik

Anzahl der Treffer: 336
Erstellt: Mon, 18 Mar 2024 23:07:59 +0100 in 0.0484 sec


Schreiber, Viktor;
Ein modellbasierter Ansatz zur integralen Systementwicklung im Gesamtfahrzeug. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (xxxvi, 244 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

Moderne Fahrzeuge werden komfortabler, sicherer und effizienter wie nie zuvor. Um dies zu erreichen, unterliegen sie aufgrund zunehmender Bedeutung von Elektromobilität und Automatisierung einem Systemwandel. Infolgedessen nehmen ihre Komplexität und die damit verbundenen Anforderungen stark zu, was den Entwicklungsaufwand erheblich erhöht. Darüber hinaus wird die Forderung nach kürzer werdenden Durchlaufzeiten immer größer. Daher bedarf es neuartiger Entwicklungsumgebungen, die die Entwicklung solcher Systeme effizienter gestalten. Zwar existieren bereits eine Reihe an Werkzeugen zur Spezifikation des Systementwurfs, jedoch gibt es kein einheitliches Verständnis, keine standardisierten Taxonomien und kein methodisches Vorgehen bei der Systemsynthese. Die wissenschaftliche Arbeit greift dies auf und liefert einen modularen Lösungsansatz zur modellbasierten Entwicklung von Fahrzeugsystemen. Insbesondere spielt die Funktionsabsicherung mit dem sogenannten X-in-the-Loop-Ansatz eine große Rolle, mit dem eine schlanke, robuste und durchgängige Entwicklung möglich werden soll. Hierbei liefert die Arbeit eine einheitliche Schnittstellen-Architektur, mit der das monolithische Vorgehen in der Entwicklung aufgelöst wird. Dabei dienen Simulationswerkzeuge als wichtige Integratoren, mit denen heterogene Prüfumgebungen unabhängig von Werkzeugen, Domänen und Organisationen flexibel miteinander gekoppelt werden können. Die entwickelte Methodologie dient als Rahmen und verringert den Konfigurationsaufwand der Werkzeuge zur Umsetzung von X-in-the-Loop. Damit können die Prozesse zum Systementwurf, zur Systemsynthese und zur Validierung schon frühzeitig in der Entwicklung realisiert werden. Ein weiterer Beitrag der Dissertation ist die Umsetzung einer lokal und global verteilten X-in-the-Loop-Umgebung, die auf ihre Echtzeitfähigkeit, Robustheit und Allgemeingültigkeit überprüft wurde. Dazu wurde eine Beobachter-Distributor-Struktur genutzt, um die verteilten Simulationswerkzeuge und Prüfstände in Echtzeit zu synchronisieren. Als Fallstudie wurde ein elektrohydraulisches Bremssystem betrachtet, da seine Systemarchitektur aufgrund steigender Automatisierung und Elektrifizierung von Fahrzeugsystemen einem systemischen 'Wandel ausgesetzt ist. Zur Demonstration der Methode werden die domänenspezifischen Verfahren wie Model-in-the-Loop, Test-Rig-in-the-Loop, Hardware-in-the-Loop und ein gesamtheitliches X-in-the-Loop-Verfahren, das alle Domänen integriert, entwickelt und anhand des elektrohydraulischen Bremssystem miteinander verglichen.



https://doi.org/10.22032/dbt.49386
Šabanovič, Eldar; Kojis, Paulius; Šukevičius, Šarunas; Shyrokau, Barys; Ivanov, Valentin; Dhaens, Miguel; Skrickij, Viktor
Feasibility of a neural network-based virtual sensor for vehicle unsprung mass relative velocity estimation. - In: Sensors, ISSN 1424-8220, Bd. 21 (2021), 21, 7139, insges. 16 S.

With the automotive industry moving towards automated driving, sensing is increasingly important in enabling technology. The virtual sensors allow data fusion from various vehicle sensors and provide a prediction for measurement that is hard or too expensive to measure in another way or in the case of demand on continuous detection. In this paper, virtual sensing is discussed for the case of vehicle suspension control, where information about the relative velocity of the unsprung mass for each vehicle corner is required. The corresponding goal can be identified as a regression task with multi-input sequence input. The hypothesis is that the state-of-art method of Bidirectional Long-Short Term Memory (BiLSTM) can solve it. In this paper, a virtual sensor has been proposed and developed by training a neural network model. The simulations have been performed using an experimentally validated full vehicle model in IPG Carmaker. Simulations provided the reference data which were used for Neural Network (NN) training. The extensive dataset covering 26 scenarios has been used to obtain training, validation and testing data. The Bayesian Search was used to select the best neural network structure using root mean square error as a metric. The best network is made of 167 BiLSTM, 256 fully connected hidden units and 4 output units. Error histograms and spectral analysis of the predicted signal compared to the reference signal are presented. The results demonstrate the good applicability of neural network-based virtual sensors to estimate vehicle unsprung mass relative velocity.



https://doi.org/10.3390/s21217139
Ricciardi, Vincenzo;
Advanced control functions of automotive brake systems for the optimisation of braking performance, brake wear and particle emissions. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (xi, 179 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

In den letzten Jahrzehnten wurden Fahrzeuge einem tiefgreifenden Einfluss auf die Anforderungen an Sicherheit, Komfort und Umweltfreundlichkeit ausgesetzt. Heutzutage hat der starke Trend zur Umwandlung traditioneller Fahrzeuge in komplexe Systeme und die ständig steigende Anzahl von Elektro- und Elektronikkomponenten die Industrie dazu gezwungen, neue Regelmethoden und deren Entwicklungsprozesse zu entwerfen. Die Optimierung der Bremsverteilung in elektrischen Antrieben mit Brake-by-Wire-Systemen erfordert die Entwicklung fortgeschrittener Schätzfunktionen. Darüber hinaus fördern die Trends zu strengeren Abgasvorschriften und das nachgewiesene Wachstum der Fahrzeugzulassungen den Bedarf an neuen Anwendungen, die die Hersteller über die Umweltfreundlichkeit ihrer Fahrzeugflotte informieren. In diesem Rahmen werden in der vorliegenden Arbeit Steuerungs- und Schätzlösungen für emissionsarme, multi-aktuierte Fahrzeuge vorgestellt, um die Bremsleistung bei gleichzeitiger Überwachung des Bremsverschleißes und der bremsbedingten Partikelemissionen zu verbessern. Die Erreichung dieses Ziels führt zu interdisziplinären Methoden, die von Fortschritten bei numerischen Modellierungs- und Simulationswerkzeugen über die Anwendung innovativer experimenteller und sensorischer Fusionstechniken bis hin zur Entwicklung und Verifizierung neuartiger Algorithmen zur Zustandsschätzung und -steuerung reichen. Die Entwicklung von Steuerungs- und Schätzfunktionen wird durch Modell-, Software- und Hardware-in-the-Loop-Techniken unterstützt, die durch ein neuartiges, an der Technischen Universität Ilmenau entwickeltes Scheibenbremsmodell verbessert werden. Auf dem Prüfgelände durchgeführte Experimente zeigen, dass die Bremsleistung in Brake-by-Wire-Systemen durch Kompensation unerwünschter Schwankungen des Bremsreibungskoeffizienten verbessert werden kann. Die Kompensationsfunktion bietet dem Fahrer eine Bremsservounterstützung, wenn die erforderliche Verzögerung nicht zu erreichen ist. In Hybrid- und Vollelektrofahrzeugen verbessert die Bremsreibungskompensation das Blending mit Elektromotoren, indem eine bessere Verfolgung der Referenzverzögerung sichergestellt wird. Außerdem ermöglicht die Schätzung des Bremsreibungskoeffizienten zusätzliche Bremsüberwachungsfunktionen. Durch neuartige Design-of-Experiments und Data-Mining-Verfahren werden die relevanten Einflüsse auf den Bremsverschleiß und die Partikelbildung erfasst. Die experimentellen Beweise treiben die Implementierung und Identifizierung fortschrittlicher Schätzverfahren voran, die früheren Schätzverfahren überlegen sind. Die vorgeschlagenen Kontroll- und Schätzfunktionen weisen im Vergleich zu anderen Ansätzen nach dem jüngsten Stand der Technik eine höhere Leistung unter realen Fahrbedingungen aus.



https://doi.org/10.22032/dbt.49391
Žuraulis, Vidas; Sivilevičius, Henrikas; Šabanovič, Eldar; Ivanov, Valentin; Skrickij, Viktor
Variability of gravel pavement roughness: an analysis of the impact on vehicle dynamic response and driving comfort. - In: Applied Sciences, ISSN 2076-3417, Bd. 11 (2021), 16, 7582, S. 1-18

Gravel pavement has lower construction costs but poorer performance than asphalt surfaces on roads. It also emits dust and deforms under the impact of vehicle loads and ambient air factors; the resulting ripples and ruts constantly deepen, and therefore increase vehicle vibrations and fuel consumption, and reduce safe driving speed and comfort. In this study, existing pavement quality evaluation indexes are analysed, and a methodology for adapting them for roads with gravel pavement is proposed. We report the measured wave depth and length of gravel pavement profile using the straightedge method on a 160 m long road section at three stages of road utilization. The measured pavement elevation was processed according to ISO 8608, and the frequency response of a vehicle was investigated using simulations in MATLAB/Simulink. The international roughness index (IRI) analysis showed that a speed of 30-45 km/h instead of 80 km/h provided the objective results of the IRI calculation on the flexible pavement due to the decreasing velocity of a vehicle’s unsprung mass on a more deteriorated road pavement state. The influence of the corrugation phenomenon of gravel pavement was explored, identifying specific driving safety and comfort cases. Finally, an increase in the dynamic load coefficient (DLC) at a low speed of 30 km/h on the most deteriorated pavement and a high speed of 90 km/h on the middle-quality pavement demonstrated the demand for timely gravel pavement maintenance and the complicated prediction of a safe driving speed for drivers. The main relevant objectives of this study are the adaptation of a road roughness indicator to gravel pavement, including the evaluation of vehicle dynamic responses at different speeds and pavement deterioration states.



https://doi.org/10.3390/app11167582
Ivanov, Valentin; Lv, Chen; Boulon, Loic; Hu, Xiaosong; Ongel, Aybike
Guest editorial: Focused section on mechatronics in road mobility systems. - In: IEEE ASME transactions on mechatronics, ISSN 1941-014X, Bd. 26 (2021), 3, S. 1195-1200

The road mobility system is undergoing a paradigm shift towards more sustainable, efficient, safer and smarter transportation. In this context, mechatronic systems requires an ever increasing combination of mechanical, electrical/electronic, control and information disciplines. In addition, emerging smart technologies, including artificial intelligence, cybernetics, internet of things, as well as high-performance computing and control, are changing the way in which road mobility systems interact with the society. Thus, future mobility becomes highly multidisciplinary and requires novel technologies and approaches of mechatronic systems to further improve its safety, sustainability and smartness. Within this context, the main goal of this Focused Section is to compile recent research and development efforts contributing to advances in mechatronics for road mobility systems.



https://doi.org/10.1109/TMECH.2021.3080932
Armengaud, Eric; Eitzinger, Stefan; Pirker, Hannes; Buh, Joze; Gramstat, Sebastian; Heimann, Stefan; Chen, Chiara; Ivanov, Valentin; Heydrich, Marius; Sorniotti, Aldo; Gruber, Patrick; Tavernini, Davide
E-mobility-opportunities and challenges of integrated corner solutions. - In: SAE international journal of advances and current practices in mobility, ISSN 2641-9645, Bd. 3 (2021), 5, 2021-01-0984, S. 2462 - 2475

E-mobility is a game changer for the automotive domain. It promises significant reduction in terms of complexity and in terms of local emissions. With falling prices and recent technological advances, the second generation of electric vehicles (EVs) that is now in production makes electromobility an affordable and viable option for more and more transport mission (people, freight). Current e-vehicle platforms still present architectural similarities with respect to combustion engine vehicle (e.g., centralized motor). Target of the European project EVC1000 is to introduce corner solutions with in-wheel motors supported by electrified chassis components (brake-by-wire, active suspension) and advanced control strategies for full potential exploitation. Especially, it is expected that this solution will provide more architectural freedom toward “design-for-purpose” vehicles built for dedicated usage models, further providing higher performances. Target of this paper are (a) to introduce the EVC1000 project and results achieved so far; (b) with the example of two vehicle platforms (AUDI E-tron and JAC iEV7) to discuss platform migration opportunities and challenges related to corner solutions, and (c) to present preliminary results (simulation based) with respect to expected performance increase.



https://doi.org/10.4271/2021-01-0984
Lehne, Christoph; Augsburg, Klaus; Ivanov, Valentin; Ricciardi, Vincenzo; Büchner, Florian; Schreiber, Viktor
Fail-safe study on brake blending control. - In: SAE international journal of advances and current practices in mobility, ISSN 2641-9645, Bd. 3 (2021), 4, 2021-01-0983, S. 1985-1992

Battery electric vehicles (BEV) share the ability of regenerative braking since they are equipped with two independent types of deceleration devices, namely the electric motor working as a generator and the friction brakes. Correct interaction of these systems in terms of driving safety and energy efficiency is a function of the Brake Blending Control. Individual electric motors for each wheel and a decoupled brake system provides the Brake Blending with a high design flexibility that allows significant advantages regarding energy consumption, brake performance, and driving comfort. This paper is focusing on the fail behaviour and analyses the robustness and redundancy abilities of such systems against various error scenarios. For this purposes, a distributed x-in-the-loop environment, consisting of dedicated simulation and hardware testing components, is introduced. The investigation is carried out based on a high-fidelity real-time simulation model of an electric sport utility vehicle with four in-wheel motors (IWM) and decoupled electro-hydraulic brake system. This model can be used for a detailed analysis of vehicle dynamics in case of brake system fails. The electro-hydraulic decoupled brake system is implemented through a Hardware-in-the-loop test rig, which allows a realistic fault injection. The vehicle stability and controllability is investigated under the circumstances of various brake system failures in the regenerative and friction brake system, respectively. These studies are presented according to standardized test scenarios like Straight line braking (DIN 70028) and Brake-in-turn (ISO 7975). With obtained x-in-the-loop simulation results, the impact of a failure on vehicle dynamics is discussed in the final part of the paper.



https://doi.org/10.4271/2021-01-0983
Viehweger, Marco; Vaseur, Cyrano; Aalst, Sebastiaan; Acosta, Manuel; Regolin, Enrico; Alatorre, Angel; Desmet, Wim; Naets, Frank; Ivanov, Valentin; Ferrara, Antonella; Victorino, Alessandro
Vehicle state and tyre force estimation : demonstrations and guidelines. - In: Vehicle system dynamics, ISSN 1744-5159, Bd. 59 (2021), 5, S. 675-702

This paper presents an in-depth analysis of the application of different techniques for vehicle state and tyre force estimation using the same experimental data and vehicle models, except for the tyre models. Four schemes are demonstrated: (i) an Extended Kalman Filter (EKF) scheme using a linear tyre model with stochastically adapted cornering stiffness, (ii) an EKF scheme using a Neural Network (NN) data-driven linear tyre model, (iii) a tyre model-less Suboptimal-Second Order Sliding Mode (S-SOSM) scheme, and (iv) a Kinematic Model (KM) scheme integrated in an EKF. The estimation accuracy of each method is discussed. Moreover, guidelines for each method provide potential users with valuable insight into key properties and points of attention.



https://doi.org/10.1080/00423114.2020.1714672

Publications of the Fachgebiet Fahrzeugtechnik

Anzahl der Treffer: 336
Erstellt: Mon, 18 Mar 2024 23:07:59 +0100 in 0.0454 sec


Schreiber, Viktor;
Ein modellbasierter Ansatz zur integralen Systementwicklung im Gesamtfahrzeug. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (xxxvi, 244 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

Moderne Fahrzeuge werden komfortabler, sicherer und effizienter wie nie zuvor. Um dies zu erreichen, unterliegen sie aufgrund zunehmender Bedeutung von Elektromobilität und Automatisierung einem Systemwandel. Infolgedessen nehmen ihre Komplexität und die damit verbundenen Anforderungen stark zu, was den Entwicklungsaufwand erheblich erhöht. Darüber hinaus wird die Forderung nach kürzer werdenden Durchlaufzeiten immer größer. Daher bedarf es neuartiger Entwicklungsumgebungen, die die Entwicklung solcher Systeme effizienter gestalten. Zwar existieren bereits eine Reihe an Werkzeugen zur Spezifikation des Systementwurfs, jedoch gibt es kein einheitliches Verständnis, keine standardisierten Taxonomien und kein methodisches Vorgehen bei der Systemsynthese. Die wissenschaftliche Arbeit greift dies auf und liefert einen modularen Lösungsansatz zur modellbasierten Entwicklung von Fahrzeugsystemen. Insbesondere spielt die Funktionsabsicherung mit dem sogenannten X-in-the-Loop-Ansatz eine große Rolle, mit dem eine schlanke, robuste und durchgängige Entwicklung möglich werden soll. Hierbei liefert die Arbeit eine einheitliche Schnittstellen-Architektur, mit der das monolithische Vorgehen in der Entwicklung aufgelöst wird. Dabei dienen Simulationswerkzeuge als wichtige Integratoren, mit denen heterogene Prüfumgebungen unabhängig von Werkzeugen, Domänen und Organisationen flexibel miteinander gekoppelt werden können. Die entwickelte Methodologie dient als Rahmen und verringert den Konfigurationsaufwand der Werkzeuge zur Umsetzung von X-in-the-Loop. Damit können die Prozesse zum Systementwurf, zur Systemsynthese und zur Validierung schon frühzeitig in der Entwicklung realisiert werden. Ein weiterer Beitrag der Dissertation ist die Umsetzung einer lokal und global verteilten X-in-the-Loop-Umgebung, die auf ihre Echtzeitfähigkeit, Robustheit und Allgemeingültigkeit überprüft wurde. Dazu wurde eine Beobachter-Distributor-Struktur genutzt, um die verteilten Simulationswerkzeuge und Prüfstände in Echtzeit zu synchronisieren. Als Fallstudie wurde ein elektrohydraulisches Bremssystem betrachtet, da seine Systemarchitektur aufgrund steigender Automatisierung und Elektrifizierung von Fahrzeugsystemen einem systemischen 'Wandel ausgesetzt ist. Zur Demonstration der Methode werden die domänenspezifischen Verfahren wie Model-in-the-Loop, Test-Rig-in-the-Loop, Hardware-in-the-Loop und ein gesamtheitliches X-in-the-Loop-Verfahren, das alle Domänen integriert, entwickelt und anhand des elektrohydraulischen Bremssystem miteinander verglichen.



https://doi.org/10.22032/dbt.49386
Šabanovič, Eldar; Kojis, Paulius; Šukevičius, Šarunas; Shyrokau, Barys; Ivanov, Valentin; Dhaens, Miguel; Skrickij, Viktor
Feasibility of a neural network-based virtual sensor for vehicle unsprung mass relative velocity estimation. - In: Sensors, ISSN 1424-8220, Bd. 21 (2021), 21, 7139, insges. 16 S.

With the automotive industry moving towards automated driving, sensing is increasingly important in enabling technology. The virtual sensors allow data fusion from various vehicle sensors and provide a prediction for measurement that is hard or too expensive to measure in another way or in the case of demand on continuous detection. In this paper, virtual sensing is discussed for the case of vehicle suspension control, where information about the relative velocity of the unsprung mass for each vehicle corner is required. The corresponding goal can be identified as a regression task with multi-input sequence input. The hypothesis is that the state-of-art method of Bidirectional Long-Short Term Memory (BiLSTM) can solve it. In this paper, a virtual sensor has been proposed and developed by training a neural network model. The simulations have been performed using an experimentally validated full vehicle model in IPG Carmaker. Simulations provided the reference data which were used for Neural Network (NN) training. The extensive dataset covering 26 scenarios has been used to obtain training, validation and testing data. The Bayesian Search was used to select the best neural network structure using root mean square error as a metric. The best network is made of 167 BiLSTM, 256 fully connected hidden units and 4 output units. Error histograms and spectral analysis of the predicted signal compared to the reference signal are presented. The results demonstrate the good applicability of neural network-based virtual sensors to estimate vehicle unsprung mass relative velocity.



https://doi.org/10.3390/s21217139
Ricciardi, Vincenzo;
Advanced control functions of automotive brake systems for the optimisation of braking performance, brake wear and particle emissions. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (xi, 179 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

In den letzten Jahrzehnten wurden Fahrzeuge einem tiefgreifenden Einfluss auf die Anforderungen an Sicherheit, Komfort und Umweltfreundlichkeit ausgesetzt. Heutzutage hat der starke Trend zur Umwandlung traditioneller Fahrzeuge in komplexe Systeme und die ständig steigende Anzahl von Elektro- und Elektronikkomponenten die Industrie dazu gezwungen, neue Regelmethoden und deren Entwicklungsprozesse zu entwerfen. Die Optimierung der Bremsverteilung in elektrischen Antrieben mit Brake-by-Wire-Systemen erfordert die Entwicklung fortgeschrittener Schätzfunktionen. Darüber hinaus fördern die Trends zu strengeren Abgasvorschriften und das nachgewiesene Wachstum der Fahrzeugzulassungen den Bedarf an neuen Anwendungen, die die Hersteller über die Umweltfreundlichkeit ihrer Fahrzeugflotte informieren. In diesem Rahmen werden in der vorliegenden Arbeit Steuerungs- und Schätzlösungen für emissionsarme, multi-aktuierte Fahrzeuge vorgestellt, um die Bremsleistung bei gleichzeitiger Überwachung des Bremsverschleißes und der bremsbedingten Partikelemissionen zu verbessern. Die Erreichung dieses Ziels führt zu interdisziplinären Methoden, die von Fortschritten bei numerischen Modellierungs- und Simulationswerkzeugen über die Anwendung innovativer experimenteller und sensorischer Fusionstechniken bis hin zur Entwicklung und Verifizierung neuartiger Algorithmen zur Zustandsschätzung und -steuerung reichen. Die Entwicklung von Steuerungs- und Schätzfunktionen wird durch Modell-, Software- und Hardware-in-the-Loop-Techniken unterstützt, die durch ein neuartiges, an der Technischen Universität Ilmenau entwickeltes Scheibenbremsmodell verbessert werden. Auf dem Prüfgelände durchgeführte Experimente zeigen, dass die Bremsleistung in Brake-by-Wire-Systemen durch Kompensation unerwünschter Schwankungen des Bremsreibungskoeffizienten verbessert werden kann. Die Kompensationsfunktion bietet dem Fahrer eine Bremsservounterstützung, wenn die erforderliche Verzögerung nicht zu erreichen ist. In Hybrid- und Vollelektrofahrzeugen verbessert die Bremsreibungskompensation das Blending mit Elektromotoren, indem eine bessere Verfolgung der Referenzverzögerung sichergestellt wird. Außerdem ermöglicht die Schätzung des Bremsreibungskoeffizienten zusätzliche Bremsüberwachungsfunktionen. Durch neuartige Design-of-Experiments und Data-Mining-Verfahren werden die relevanten Einflüsse auf den Bremsverschleiß und die Partikelbildung erfasst. Die experimentellen Beweise treiben die Implementierung und Identifizierung fortschrittlicher Schätzverfahren voran, die früheren Schätzverfahren überlegen sind. Die vorgeschlagenen Kontroll- und Schätzfunktionen weisen im Vergleich zu anderen Ansätzen nach dem jüngsten Stand der Technik eine höhere Leistung unter realen Fahrbedingungen aus.



https://doi.org/10.22032/dbt.49391
Žuraulis, Vidas; Sivilevičius, Henrikas; Šabanovič, Eldar; Ivanov, Valentin; Skrickij, Viktor
Variability of gravel pavement roughness: an analysis of the impact on vehicle dynamic response and driving comfort. - In: Applied Sciences, ISSN 2076-3417, Bd. 11 (2021), 16, 7582, S. 1-18

Gravel pavement has lower construction costs but poorer performance than asphalt surfaces on roads. It also emits dust and deforms under the impact of vehicle loads and ambient air factors; the resulting ripples and ruts constantly deepen, and therefore increase vehicle vibrations and fuel consumption, and reduce safe driving speed and comfort. In this study, existing pavement quality evaluation indexes are analysed, and a methodology for adapting them for roads with gravel pavement is proposed. We report the measured wave depth and length of gravel pavement profile using the straightedge method on a 160 m long road section at three stages of road utilization. The measured pavement elevation was processed according to ISO 8608, and the frequency response of a vehicle was investigated using simulations in MATLAB/Simulink. The international roughness index (IRI) analysis showed that a speed of 30-45 km/h instead of 80 km/h provided the objective results of the IRI calculation on the flexible pavement due to the decreasing velocity of a vehicle’s unsprung mass on a more deteriorated road pavement state. The influence of the corrugation phenomenon of gravel pavement was explored, identifying specific driving safety and comfort cases. Finally, an increase in the dynamic load coefficient (DLC) at a low speed of 30 km/h on the most deteriorated pavement and a high speed of 90 km/h on the middle-quality pavement demonstrated the demand for timely gravel pavement maintenance and the complicated prediction of a safe driving speed for drivers. The main relevant objectives of this study are the adaptation of a road roughness indicator to gravel pavement, including the evaluation of vehicle dynamic responses at different speeds and pavement deterioration states.



https://doi.org/10.3390/app11167582
Ivanov, Valentin; Lv, Chen; Boulon, Loic; Hu, Xiaosong; Ongel, Aybike
Guest editorial: Focused section on mechatronics in road mobility systems. - In: IEEE ASME transactions on mechatronics, ISSN 1941-014X, Bd. 26 (2021), 3, S. 1195-1200

The road mobility system is undergoing a paradigm shift towards more sustainable, efficient, safer and smarter transportation. In this context, mechatronic systems requires an ever increasing combination of mechanical, electrical/electronic, control and information disciplines. In addition, emerging smart technologies, including artificial intelligence, cybernetics, internet of things, as well as high-performance computing and control, are changing the way in which road mobility systems interact with the society. Thus, future mobility becomes highly multidisciplinary and requires novel technologies and approaches of mechatronic systems to further improve its safety, sustainability and smartness. Within this context, the main goal of this Focused Section is to compile recent research and development efforts contributing to advances in mechatronics for road mobility systems.



https://doi.org/10.1109/TMECH.2021.3080932
Armengaud, Eric; Eitzinger, Stefan; Pirker, Hannes; Buh, Joze; Gramstat, Sebastian; Heimann, Stefan; Chen, Chiara; Ivanov, Valentin; Heydrich, Marius; Sorniotti, Aldo; Gruber, Patrick; Tavernini, Davide
E-mobility-opportunities and challenges of integrated corner solutions. - In: SAE international journal of advances and current practices in mobility, ISSN 2641-9645, Bd. 3 (2021), 5, 2021-01-0984, S. 2462 - 2475

E-mobility is a game changer for the automotive domain. It promises significant reduction in terms of complexity and in terms of local emissions. With falling prices and recent technological advances, the second generation of electric vehicles (EVs) that is now in production makes electromobility an affordable and viable option for more and more transport mission (people, freight). Current e-vehicle platforms still present architectural similarities with respect to combustion engine vehicle (e.g., centralized motor). Target of the European project EVC1000 is to introduce corner solutions with in-wheel motors supported by electrified chassis components (brake-by-wire, active suspension) and advanced control strategies for full potential exploitation. Especially, it is expected that this solution will provide more architectural freedom toward “design-for-purpose” vehicles built for dedicated usage models, further providing higher performances. Target of this paper are (a) to introduce the EVC1000 project and results achieved so far; (b) with the example of two vehicle platforms (AUDI E-tron and JAC iEV7) to discuss platform migration opportunities and challenges related to corner solutions, and (c) to present preliminary results (simulation based) with respect to expected performance increase.



https://doi.org/10.4271/2021-01-0984
Lehne, Christoph; Augsburg, Klaus; Ivanov, Valentin; Ricciardi, Vincenzo; Büchner, Florian; Schreiber, Viktor
Fail-safe study on brake blending control. - In: SAE international journal of advances and current practices in mobility, ISSN 2641-9645, Bd. 3 (2021), 4, 2021-01-0983, S. 1985-1992

Battery electric vehicles (BEV) share the ability of regenerative braking since they are equipped with two independent types of deceleration devices, namely the electric motor working as a generator and the friction brakes. Correct interaction of these systems in terms of driving safety and energy efficiency is a function of the Brake Blending Control. Individual electric motors for each wheel and a decoupled brake system provides the Brake Blending with a high design flexibility that allows significant advantages regarding energy consumption, brake performance, and driving comfort. This paper is focusing on the fail behaviour and analyses the robustness and redundancy abilities of such systems against various error scenarios. For this purposes, a distributed x-in-the-loop environment, consisting of dedicated simulation and hardware testing components, is introduced. The investigation is carried out based on a high-fidelity real-time simulation model of an electric sport utility vehicle with four in-wheel motors (IWM) and decoupled electro-hydraulic brake system. This model can be used for a detailed analysis of vehicle dynamics in case of brake system fails. The electro-hydraulic decoupled brake system is implemented through a Hardware-in-the-loop test rig, which allows a realistic fault injection. The vehicle stability and controllability is investigated under the circumstances of various brake system failures in the regenerative and friction brake system, respectively. These studies are presented according to standardized test scenarios like Straight line braking (DIN 70028) and Brake-in-turn (ISO 7975). With obtained x-in-the-loop simulation results, the impact of a failure on vehicle dynamics is discussed in the final part of the paper.



https://doi.org/10.4271/2021-01-0983
Viehweger, Marco; Vaseur, Cyrano; Aalst, Sebastiaan; Acosta, Manuel; Regolin, Enrico; Alatorre, Angel; Desmet, Wim; Naets, Frank; Ivanov, Valentin; Ferrara, Antonella; Victorino, Alessandro
Vehicle state and tyre force estimation : demonstrations and guidelines. - In: Vehicle system dynamics, ISSN 1744-5159, Bd. 59 (2021), 5, S. 675-702

This paper presents an in-depth analysis of the application of different techniques for vehicle state and tyre force estimation using the same experimental data and vehicle models, except for the tyre models. Four schemes are demonstrated: (i) an Extended Kalman Filter (EKF) scheme using a linear tyre model with stochastically adapted cornering stiffness, (ii) an EKF scheme using a Neural Network (NN) data-driven linear tyre model, (iii) a tyre model-less Suboptimal-Second Order Sliding Mode (S-SOSM) scheme, and (iv) a Kinematic Model (KM) scheme integrated in an EKF. The estimation accuracy of each method is discussed. Moreover, guidelines for each method provide potential users with valuable insight into key properties and points of attention.



https://doi.org/10.1080/00423114.2020.1714672