Studentische Abschlussarbeiten

Aufgrund der steigenden Bedeutung von außermotorischen Feinstaubemissionen wird die Erforschung der Emissionsquellen und der Transportmechanismen unerlässlich. Zu diesen Mechanismen zählt die Umströmung des Kraftfahrzeugreifens als auch die Resuspension von Partikeln von der Fahrbahn, die hinter dem Reifen-Fahrbahn-Kontakt aufgewirbelt und in die Umgebung emittiert werden. Um diese Vorgänge hinreichend genau betrachten zu können und zu verstehen, wird in dieser Arbeit, im Rahmen eines konstruktiven Entwicklungsplans (KEP), eine automatisierte Traversierung einer Messsonde am Strömungsprüfstand der Göttinger Bauweise des Fachgebietes Kraftfahrzeugtechnik an der Technischen Universität Ilmenau entwickelt. Damit ist eine hochaufgelöste, automatisierte Messung einer Ebene mit einem einstellbaren Messbereich möglich. Die Positionierung der Messsonde und das Durchführen von Messungen wurde in LabVIEW realisiert. In den anschließenden Untersuchungen konnten verschiedene Einflüsse auf die Strömungs- und Partikeldynamik festgestellt werden. Aufgrund der Karosserie kommt es zu einer Verengung des Strömungsvolumens und damit zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit, die die Ausbreitung der Partikel nach außen behindert. Zudem zeigt sich, dass Partikel kleiner 3 [my]m zentraler hinter dem Reifen emittiert werden, sodass diese zwischen den Profilrillen durchströmen oder auf der Lauffläche nach hinten transportiert werden. Somit sind verstärkt kleine Partikel in der Profilmitnahme (tread pick up) vorhanden, wohingegen sich Partikel größer 3 [my]m und kleiner 10 [my]m verstärkt in der äußeren Seitenwelle (side wave) um das Rad bewegen. Aus diesen Messergebnissen zeigt sich ein prozentuales Verhältnis von Tread-pick-up zu Sidewave von etwa 40:60 für Messungen am Rad ohne Karosserie und 70:30 mit Karosserie, was jedoch aufgrund der gewählten Messbereiche zur Unterteilung kritisch zu betrachten ist.

Ein modernes Auto, gleich, ob mit Verbrennungsmotor, als Hybrid oder reines Elektrofahrzeug, funktioniert heutzutage aufgrund des Zusammenspiels und der Vernetzung vieler einzelner Steuergeräte und ihres zugrundeliegenden Softwarecodes. Die zuverlässige Ausführung der Funktionen, insbesondere der sicherheitsrelevanten, wird aufgrund der steigenden Komplexität immer schwieriger. Infolge dieser immer größer werdenden Anforderungen steigt auch der Absicherungsaufwand. Um Fehler in der Implementierung der Funktionen möglichst frühzeitig vor der eigentlichen Produktionsphase aufzudecken, ist es nötig mit vorzugsweise geringfügigem Aufwand häufig zu testen. Hierfür definierte Testfälle können unter anderem wahlweise in den Prüfumgebungen: SiL (Software-in-the-Loop), HiL (Hardware-in-the-Loop) oder Fahrzeugprüfstand durchgeführt werden. Je nach Testanforderung muss die richtige Umgebung gewählt werden. Die besondere Schwierigkeit besteht in der Vergleichbarkeit der Testfälle zwischen den unterschiedlichen Testplattformen, da, zum derzeitigen Stand, hierzu viele verschiedene Testsoftwareprodukte benutzt werden, die das Beurteilen der Ergebnisse stark erschweren. Auch die Testautomatisierungsskripte selbst, die zur Durchführung dienen, können sich mitunter erheblich unterscheiden. Als Lösungsansatz für diese Probleme wird ein Testautomatisierungsprogramm herangezogen, dass auf allen Prüfumgebungen anwendbar ist und nur noch die Anbindung an diese erfordert. Im Rahmen dieser Arbeit wird für ein batterieelektrisches Fahrzeug ein Konzept für eine generische Funktionsbibliothek entwickelt, damit Testfälle mithilfe dieser in den diversen Testumgebungen ohne Anpassungen ausgeführt werden können. Abschließend sollen die Ergebnisse verglichen werden. Das umgesetzte Testfallportfolio soll dann, durch eine Auswahl an Fahrbarkeitsversuchen aus Systemtests mit Realfahrzeugen, an SiL-, HiL-Umgebung, sowie am F-ATS-Prüfstand durchgeführt und validiert werden. Die Aussagekraft der (Mess-)Ergebnisse soll im Anschluss bewertet werden.

Eine wesentliche Verbesserung des Fahrkomforts kann mit der Regelung vertikaler Kräfte erreicht werden, die durch eine aktive Radaufhängung realisiert wird. Die Entwicklung aktiver Radaufhängungen erfordert die richtige Auswahl von Aktoren, um eine effiziente Reduzierung der Fahrzeugschwingungen bei verschiedenen Manövern und Straßenbedingungen zu sichern. Zu diesem Zweck schlagen moderne mechatronische Technologien verschiedene Varianten der aktiven Aufhängung vor, hauptsächlich mit elektromechanischem und elektrohydraulischem Design von Stoßdämpfern. Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin, die Modelle und die Regelungsstrategie der aktiven Radaufhängung für Hochleistungs-SUV zu entwickeln. Die Modellierungs- und Simulationsarbeiten sind in der Softwareumgebung MATLAB und Siemens Amesim durchgeführt. Die Leistung des entwickelten aktiven Fahrwerks ist für typische Manöver bewertet, die sich mit der Evaluierung des Fahrkomforts befassen.

In letzter Zeit haben umfangreiche Forschungen über Path-Following-Algorithmus für automatisierte Fahrzeuge unter evasiven Szenarien mit verschiedener Regelungsalgorithmen diskutiert. Der Pfadverfolgungsalgorithmus unter Berücksichtigung der Möglichkeit automatisierter Fahrzeuge mit Allradlenkung (RWS) ist jedoch noch weniger untersucht. In dieser Arbeit werden drei Path-Following-Regler basierend auf der nichtlinearen modellprädiktiven Regelung (NMPC) für automatisierte Fahrzeuge mit RWS mithilfe von MATLAB/Simulink und ACADO Toolkit implementiert. Um die Kontrollleistung der entworfenen Regler zu überprüfen, werden verschiedenen Simulationen in Bezug auf evasive Szenarien mittels Simulink mit IPG CarMaker durchgeführt. Die Simulations-ergebnisse zeigten, dass alle entworfenen NMPC-Regler erfolgreich die evasive Lenkung unter sogar Fahrkritischen Störungen durchführten und eine hervorragende Kontrollleistung erzielten. Davon erreichte die Variation mit aktiver RWS die insgesamt beste Path-Following-Genauigkeit.

Die zunehmende Automatisierung des Straßenverkehrs führt zu großen Herausforderungen hinsichtlich der Kommunikation zwischen den Verkehrsteilnehmern. Gleichzeitig eröffnet sie zahlreiche neue Möglichkeiten, beispielsweise im Bereich der Car2Car-Kommunikation. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, wie der Austausch von Fahrzeuginformationen per Car2Car-Kommunikation zur Erhöhung der Fahrsicherheit beitragen kann. Dazu wurde zunächst eine geeignete Simulationsumgebung ausgewählt und anschließend auf Grundlage der Literaturrecherche kooperative Verkehrsszenarien für verschiedene Straßenkategorien erarbeitet. Die Verkürzung von Verlustzeiten bei kritischen Fahrmanövern wurde als großes Potential von kooperativen Fahrzeugfunktionen identifiziert. Zur Validierung der in der Literatur angegebenen Verlustzeiten sind zwei Probandenversuche am dynamischen Fahrsimulator des Fachgebiets Kraftfahrzeugtechnik der TU Ilmenau durchgeführt wurden. In den Versuchen steuerten die Probanden ein Fahrzeug auf einer Landstraße. Dabei wurde auch betrachtet, wie sich die Verlustzeiten verändern, wenn die Probanden die auftretende Situation bereits kennen. Weiterhin wurden drei ausgewählte Verkehrsszenarien mit Hilfe von Multi-Ego-Simulationen in IPG CarMaker umgesetzt und das Potential kooperativer Fahrfunktionen gegenüber konventionell gesteuerten Fahrzeugen ermittelt. Es konnte gezeigt werden, dass kooperative Fahrzeugfunktionen neben der Erhöhung der Fahrsicherheit auch zur Verringerung des Energieverbrauches beitragen können. Abschließend wurde mit einem realen Fahrzeugsetup das Konzept eines kooperativen Bremsvorgangs überprüft, wobei unter anderem die Übertragungszeiten bei Verwendung eines Telemetriesystems ermittelt wurden.