Studentische Abschlussarbeiten

Mit der Entwicklung der relevanten Technik geht der Trend immer weiter in Richtung moderner Elektrofahrzeuge. Die Elektrofahrzeuge, die durch Elektromotoren angetrieben werden, bieten aufgrund neuer Fahrdynamikregelsysteme neue Möglichkeiten zur Steigerung des Fahrkomforts. Bei den Elektrofahrzeugen kann die Energie der Bremsung auch durch E-Motoren zurückgewonnen werden. Hauptziel dieser Masterarbeit ist es, eine Fahrkomfortregelung und eine regenerative Bremsfunktion für moderne Elektrofahrzeuge zu entwickeln und umzusetzen. Die Funktionalität der Regelung und der Bremsfunktion wird durch verschiedene Simulationen verifiziert. Der Regler und die Bremsfunktion werden aufgebaut. Die Versuchsfahrzeuge mit verschiedenen Antriebstopologien werden modelliert. Die kombinierten Simulationen werden anhand geeigneter Manöver in der Fahrsimulationsumgebung durchgeführt. Zuerst wurde der ‚Ride Control' Winkel der Versuchsfahrzeuge ermittelt, danach werden Regler und regenerative Bremsfunktion modelliert und optimiert. Abschließend wird es validiert, dass die durch Elektromotoren erzeugten Vertikalkräfte den Fahrkomfort verbessern und das Fahrzeug mit regenerativer Bremsfunktion besseren Fahrkomfort erzielen können.

Durch eine zunehmende Elektrifizierung im Automobilmarkt, welche auch politisch getrieben ist, verschieben sich Entwicklungsschwerpunkte. Energierückgewinnung im An-triebsstrang ermöglicht ein nahezu von der mechanischen Bremse befreites Fahren. Dies führt zu einer geringen Nutzung der Reibungsbremse, wodurch sich beispielsweise Korrosionsprodukte langsamer abtragen. Da der Trend zu Leichtbauweisen und geringen Wartungen geht, müssen die Reibpartner anders optimiert werden, um trotzdem Sicherheit zu gewährleisten. Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung alternativer Reibmaterialien rekuperierenden Kraftfahrzeugbremsen unter korrosiver Belastung. Tribologische Untersuchungen wurden durchgeführt, um das Verhalten verschiedener Materialien unter unterschiedlichen Bedingungen zu analysieren. Parallel dazu werden Emissionsmessungen durchgeführt, um den Einfluss von Korrosion auf die Feinstauberzeugung der Bremse zu beurteilen. Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen langfristig dazu beitragen, Bremsbeläge, die speziell für den Betrieb in rekuperationsfähigen Fahrzeugen verwendet werden, tribologisch besser zu verstehen und damit die Entwicklung zu optimieren.

In dieser Arbeit wird das Potenzial aktiver Vorderachslenkungen (AFS) zur Verbesserung bestehender elektronischer Stabilitätsprogramme (ESP) in Fahrzeugen untersucht, indem die Lenkung als zusätzlicher Parameter zur Korrektur von Über- oder Untersteuern eingesetzt wird. Ein Fuzzy-Regler wird eingesetzt, um die in jedem Zeitschritt notwendige Korrektur der Lenkparameter zu berechnen, die dann mit Hilfe des AFS in das System eingeführt wird. Die Studie untersucht die Auswirkungen der Integration von AFS und ESP zur Verbesserung der Fahrzeugdynamik und Fahrstabilität. Die Studie bewertet die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Systems in diversen Szenarien, indem verschiedene Simulationen durchgeführt werden, um das Verhalten des Fahrzeugs unter verschiedenen Fahrbedingungen zu analysieren. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Integration von AFS und ESP einen positiven Einfluss nimmt, indem das Fahrzeug agiler durch die Kurven fährt und das Über- oder Untersteuern minimiert wird. Die Forschungsergebnisse können zur Entwicklung von fortschrittlicheren ESP-Systemen beitragen und die Effizienz von Fahrzeugen in der Zukunft verbessern.

Die zunehmende Elektrifizierung und Automatisierung von Fahrzeugen bieten gleichermaßen Herausforderungen aber auch viele Chancen für technische Neuentwicklungen. Besonders die direkte, mechanische Entkopplung des Fahrers von den Fahrwerkaktuatoren bietet Potential zur Weiterentwicklung von Fahrdynamikregel- und Fahrerassistenzsystemen. Diese neuartigen, mechanisch entkoppelten und elektrisch gesteuerten Systeme eines Fahrzeugs werden als X-by-Wire-Systeme bezeichnet. Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit solchen X-by-Wire-Systemen für die Fahrzeugsubsysteme Antrieb (Throttle-by-Wire), Bremse (Brake-by-Wire) und Lenkung (Steer-by-Wire). Inhaltlich wird ein Gesamtüberblick über den aktuellen Stand der Technik und die Einsatzmöglichkeiten dieser Systeme im Automotive-Bereich gegeben. Darauf aufbauend erfolgt – auch im Hinblick auf den derzeit geltenden, rechtlichen Rahmen – eine Potentialabschätzung für den zukünftigen Serieneinsatz solcher Systeme. Dazu wird eine ausführliche, technologische Bewertung auf Grundlage einer objektiven, internationalen Patent- und Literaturrecherche zu den drei ausgewählten X-by-Wire-Systemen erstellt und anhand dieser mittels Trendanalyse in die Zukunft projiziert. Die Trendanalyse zeigt, dass die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten speziell zum Thema Brake-by-Wire und Steer-by-Wire über die letzten 20 Jahre kontinuierlich angewachsen sind. Zudem weist derzeit nichts darauf hin, dass sich dies in den nächsten Jahren ändern wird. Ein großer Einflussfaktor auf diese Trends ist die fortschreitende Entwicklung der Hybrid- und rein elektrischen Fahrzeuge, vor allem jedoch die Entwicklung weg vom Verbrennungsmotor. Die X-by-Wire Technologien besitzen enorme technische Vorteile für diese neuen Antriebe, weswegen es abzuschätzen gilt, inwieweit diese zum künftigen Standard werden, sofern äußere oder wirtschaftliche Faktoren, wie beispielsweise die gesetzlichen Vorgaben, keinen weiteren negativen Einfluss ausüben.

In dieser Arbeit wird der Frage nachgegangen, wie mithilfe szenariobasierter Simulation die Sicherheitsüberprüfung automatisierten Fahrens im Mischverkehr (Interaktion mit konventionellen Fahrzeugen) durchgeführt und optimiert werden kann. Die Berücksichtigung des Mischverkehrs ist relevant, da automatisiertes Fahren nur schrittweise in den Verkehr integriert werden kann. Bei der Entwicklung automatisierter Fahrfunktionen im Mischverkehr wird es künftig zu einem erhöhten Aufwand in Bezug auf Testumfänge kommen. Da keine einheitlichen Regeln zur Zulassung und Prüfung neuer Fahrerassistenzsysteme und Fahrfunktionen höherer Automatisierung vorliegen, werden neue Verfahren und Testmethoden benötigt. In der Arbeit werden theoretische Grundlagen zur Fahrsicherheit und zum autonomen Fahren behandelt. Außerdem werden der aktuelle Stand der Technik und gängige Testverfahren dargestellt. Aufbauend auf diesen Analysen wird eine allgemeingültige Vorgehensweise entwickelt, um den Absicherungsprozess von Fahrsicherheit im automatisierten Verkehr zu unterstützen. Im Vordergrund steht die Analyse der Fahrsicherheit in der Interaktion von mindestens zwei Personenkraftfahrzeugen im Mischverkehr. Es wird ein Testmanöverkatalog erarbeitet, der konkrete Anwendungsfälle beinhaltet. Diese Anwendungsfälle werden mittels Szenarienbeschreibungen und Formeln ausführlich dargestellt und beinhalten verschiedene Verkehrssituationen in der Stadt, auf dem Land und auf der Autobahn. Es werden unterschiedliche Grade der Automatisierung – das völlig autonome Fahren, das Fahren mit Fahrerassistenz und das manuellen Fahren – beschrieben und im jeweiligen Anwendungsfall variiert. Da Fahrmanöver mit einem ausgeprägten Unfallpotenzial kaum in der Realität geprüft werden können, wurden sie mithilfe von Simulationen durchgeführt und ausgewertet. Das Ergebnis dieser Arbeit ist, dass zur Optimierung der Fahrsicherheit zusätzliche Sensorik sinnvoll ist und ein kooperatives Fahrverhalten im Fokus stehen sollte. Außerdem wird ein Vorschlag zur Bewertung der Sicherheit einzelner Fahrmanöver in Form konkreter Key-Performance-Indikatoren angegeben.