Studentische Abschlussarbeiten

Um für die immer komplexeren Aufgaben bei der Parametrierung von Steuergeräten für Verbrennungsmotoren Aufwand und Kosten zu reduzieren, nehmen virtuelle Entwicklungsmethoden eine wichtige Rolle für die sogenannte Offline-Parametrierung ein. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird untersucht, ob in diesem Kontext neuronale Netze als Ersatzmodelle zur Interpolation nichtlinearer Zusammenhänge geeignet sind. Hierzu wird am Beispiel verschiedener Betriebseigenschaften des Abgasturboladers eine Methodik zur Modellbildung vorgestellt, die die Datenaufbereitung, Auswahl der Inputgrößen und Auslegung der Hyperparameter umfasst. Für die Auswahl der Hyperparameter werden zwei unterschiedliche Verfahren vorgestellt, implementiert und miteinander verglichen. Dabei wird gezeigt, dass eine vollautomatisierte Modellauslegung mit sehr guten Ergebnissen realisierbar ist. Es wird festgestellt, dass ein derart ausgelegtes neuronales Netz in der Lage ist, nichtlineare Zusammenhänge am Abgasturbolader mit hoher Genauigkeit abzubilden. Abschließend wird eine Betrachtung des Failsafe-Verhaltens der neuronalen Netze vorgenommen.

Aus zahllosen Studien ist die Schädigungswirkung von Feinstaub auf den menschlichen Organismus bekannt. Im Zuge immer strengerer Abgasnormen nimmt der Anteil von Partikelemissionen außermotorischen Ursprungs prozentual zu. Im Gegensatz zu den Abgaspartikeln gibt es für die Non-Exhaust-Emissionen keine gesetzlichen Vorgaben. Das Vermessen der entstehenden Partikel durch den Brems- und Reifenabrieb an einem fahrenden Fahrzeug stellt zudem noch eine große Herausforderung dar. Die von außen einwirkenden Prozesse auf die Abgabe der Partikel, wie zum Beispiel der Fahrtwind, sorgen bei den unterschiedlichen Arten von Geometrien am Fahrzeug für schwer vorhersehbare Verdünnungseffekte. Um auf diese Bedingungen einzugehen und im Voraus planen zu können, wie sich die Partikel im Radkasten verteilen, müssen geeignete CFD-Simulationen durchgeführt werden. Im Rahmen dieser Arbeit sollten daher diverse Geometrievariationen untersucht werden. Zunächst wurde definiert, welchen geometrischen Detailierungsgrad das Modell aufweisen muss, um den realen Bedingungen möglichst gerecht zu werden. Nach einer geeigneten Auswahl wurden die weiteren geometrischen Einflüsse auf das System Fahrwerk und Radhaus untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit konnte somit dargelegt werden, welche Bauteile im Bereich Fahrwerk und Radhaus besonderen Einfluss auf die Dispersion von Non-Exhaust-Emissionen haben.

Fahrsimulatoren gewinnen im Entwicklungsprozess von Kraftfahrzeugen dank einer Vielzahl von Vorteilen gegenüber klassischen Entwicklungsmethoden über die letzten Jahrzehnte stetig an Bedeutung. So lassen sich durch den Einsatz von Simulatoren unter anderem Kosten und Ressourcen einsparen, während gleichzeitig reproduzierbare Prüf- und Testbedingungen gewährleistet werden können. Vor allem industrielle Simulatoren verwenden dabei häufig aufwändige Bewegungssysteme, welche der realitätsnahen Darstellung von auf den Fahrer wirkenden Beschleunigungsprofilen dienen. Die Umrechnung von fahrzeugspezifischen Größen in Positionsbefehle des Bewegungssystems geschieht durch sogenannte Motion-Cueing-Algorithmen. Hinsichtlich der Struktur und Funktionsweise dieser Algorithmen existieren verschiedene etablierte Konzepte. Die Abstimmung der Algorithmen in Abhängigkeit des spezifischen Szenarios stellt einen zeitintensiven und aufwändigen Prozess dar, der nach Änderungen an Fahrzeug, Strecke oder Fahrerverhalten wiederholt werden muss, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Diese Arbeit befasst sich neben der Inbetriebnahme des vorliegenden Fahrsimulators mit der Entwicklung und Implementierung eines geeigneten Motion-Cueing-Algorithmus. Vor dem Hintergrund einer zunehmenden Vernetzung von Prüfstand-Modulen wird hierbei eine Lösung für das Motion Cueing vorgestellt, welche eine drastische Reduzierung des Einstellaufwandes verspricht, indem nach einmaliger Einstellphase eine Vielzahl verschiedener Szenarien bedient werden kann. Die entwickelte Algorithmus-Struktur wird am vorliegenden Fahrsimulator anhand von Probandenstudien sowie Beschleunigungsmessungen validiert. Zu guter Letzt wird der in Betrieb genommene Fahrsimulator beispielhaft mit einem Hardware-in-the-Loop-Bremsenprüfstand vernetzt, um die Vorteile eines verknüpften Betriebs von Prüfständen verschiedener Art aufzuzeigen.

Die aktuellen und zukünftigen Klimaziele fordern ein kontinuierliches Absenken der Emissionen von Verbrennungsmotoren. Eine Möglichkeit diese Ziele zu erreichen stellen alternative Kraftstoffe dar. Am Fachgebiet Kraftfahrzeugtechnik der TU Ilmenau wird ein moderner bivalenter Ottomotor betrieben. Das Antriebskonzept sieht den hauptsächlichen Betrieb mit Erdgas als alternativen Kraftstoff vor. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Erstellen einer Parameterstudie für den Betrieb dieses Motors an einem hochdynamischen Motorprüfstand. Die dafür relevanten Motorparameter werden zusammengetragen und die Beziehung zueinander in einer Übersicht dargelegt. Mithilfe dieser wird die Parametrierung des Motorsteuergerätes unterstützt und das Verhalten des Motors bezüglich Anpassungen von konkreten Betriebsparametern abgeschätzt. Mithilfe der herausgestellten Besonderheiten des Aggregats werden Grundlagen für die spezifische Parametrierung des Motors geschaffen und eine entsprechende Strategie zur Durchführung der Parametrierung erarbeitet. Ferner wurde auf die Reproduzierbarkeit von Messungen an einem Motorprüfstand eingegangen und Werkzeuge zur Sicherung dieser ausgearbeitet. Dies ist erforderlich, da die Belastbarkeit von Messergebnissen, die Basis einer Parameterstudie sind, entscheidend von der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse abhängt. Abschließend erfolgt eine Analyse der gegebenen Möglichkeiten zur Parametrierung des Motorsteuergerätes, sodass zunächst reproduzierbare Messungen sowie eine zukünftige Parametrierung möglich sind.

Aufgrund der tribologischen Wirkmechanismen zwischen dem Reibbelag und der Bremsscheibe kommt es bei einem Bremsvorgang zu einer Umwandlung von kinetischer in thermischer Energie. Aus diesem Vorgang wird partikelförmiger Verschleiß aus den Reibkörpern in die Umgebung emittiert. Dieser Bremsstaub kann nahezu ungehindert in die Umwelt gelangen und stellt für den menschlichen Organismus eine erhebliche Gefahr dar. Neben der gesundheitlichen Gefahr für den Menschen rücken die Bremsenemissionen durch die kontinuierliche Reduktion der motorischen Abgase immer näher in den wissenschaftlichen und den gesetzlichen Fokus. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit soll das Abscheideverhalten partikelförmiger Bremsenemissionen visualisiert werden. Dabei wird besonderer Wert auf die Analyse des Einflusses unterschiedlicher Parameter, wie der Oberflächenbeschaffenheit, die Strömungsgeschwindigkeit, die Partikelform oder das Fahrkollektiv gelegt. Das Ziel der Arbeit besteht in der Bewertung der unterschiedlichen Abscheidemechanismen partikelförmiger Bremsenemissionen und die Bewertung der unterschiedlichen Parameter auf den Einfluss der Abscheidung. Die Arbeit umfasst die Recherche zum aktuellen Stand der Technik bezüglich der Abscheide- und Anhaftmechanismen und daraus eine Ableitung von Einfluss- und Bewertungsgrößen. Neben der Entwicklung einer Versuchsmethodik zur experimentellen Analyse des Abscheideverhaltens der Bremsenemissionen, beinhaltet die Arbeit auch den Aufbau eines Demonstrators und die Durchführung der Versuche, um anschließend eine Bewertung der unterschiedlichen Parameter durchführen zu können.