Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Im Zuge des Leichtbaus wird im Bereich der Automobil Türkonstruktion der Einsatz von Kunststoffen verstärkt. Auch die Führungseinheit des Fensterhebers ist davon betroffen. Hier ergeben sich neue Möglichkeiten von Materialpaarungen. Zur Untersuchung der tribologischen Eigenschaften von Materialpaarungen wird in der nachstehenden Arbeit ein Tribologie Dauerlauf Prüfstand zum Einsatz in Klimakammern mit einem Temperaturbereich von -20…+80˚C entwickelt. Anschließend wird der Prüfstand aufgebaut und erste Messungen getätigt. Die Auswertung der Messungen zeigt reproduzierbare aber von Vergleichsmessungen auf einem anderen Prüfstand abweichende Ergebnisse. Nach einer Fehleranalyse ist eine mögliche Fehlerquelle aufgezeigt worden, welche im Anschluss an diese Arbeit näher untersucht wird.
Erstellung eines Modells zur Simulation des Motorprozesses eines bivalenten Vierzylinder-Ottomotors. - Ilmenau. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeit an Verbrennungsmotoren gewinnt mit zunehmenden Maßen an Komplexität. Um Arbeiten mit Verbrennungsmotoren zu erleichtern, werden häufig numerische Motorsimulationen angewandt. Da am Fachgebiet Energieeffiziente Fahrzeugantriebe der TU Ilmenau ein neuartiger bivalenter Ottomotor in Betrieb genommen wird, besteht auch hier das Ziel, die Forschung simulativ unterstützen zu können. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Aufbau zweier Simulationsmodelle, welche das Betriebsverhalten des bivalenten Ottomotors bezüglich seiner Motorcharakteristik, der Thermodynamik sowie des Ladungswechsels abbilden. Hierfür wurden zu Beginn der Arbeit die wichtigsten Kenngrößen erläutert und anschließend der Stand der Technik zu bivalenten Ottomotoren erklärt. Darauf erfolgte der Aufbau der Simulationsmodelle mit GT-Power, wobei die Simulation entweder auf den Betrieb mit Methangas oder Benzin als Kraftstoff beschränkt war. Dabei konnte auf die einzelnen Modellbaugruppen und die notwendigen geometrischen, thermodynamischen sowie strömungsmechanischen Daten und deren Beschaffung eingegangen werden. Im Anschluss daran fand eine Auswertung der Simulationsergebnisse auf Plausibilität und ein Vergleich der Betriebsarten miteinander statt. Das Ergebnis der Arbeit sind zwei grundlegende Simulationsmodelle, die allerdings noch durch Prüfstandsmessungen kalibriert werden müssen.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Der fortdauernde Trend steigender Fahrleistungen bei Personenkraftwagen aller Klassen fordert die Entwicklung von angemessenen Bremsanlagen. Dabei steigen die Leistungsanforderungen an die Bremsanlage aufgrund von steigenden Fahrzeuggesamtmassen und Geschwindigkeiten. Die daraus resultierenden Bremsleistungen gilt es für die Forschung und Entwicklung im Bremssystem zu garantieren. Neben der allgemeinen Konstruktion sowie der Kinematik der Bremsanlage ist die wichtigste Stellschraube an einem Bremssystem das tribologische System, bestehend aus Bremsbelag und Bremsscheibe. Dabei ist einer der bedeutsamsten Kennwerte der Reibungskoeffizient [my]. Die für die Charakteristik des Reibungskoeffizienten verantwortlichen Betriebsbedingungen wie Druck, Reibgeschwindigkeit und Temperatur, gilt es im Rahmen dieser Arbeit zu beschreiben und ein Modell zu entwickeln. Diese Modellierung ist durchzuführen, da die steigenden Anforderungen an effektive Entwicklungsprozesse, aufgrund kürzerer Entwicklungszyklen sowie geringerer Budgets, die Zukunft der Automobilindustrie entscheidend prägen. Daher gehört in der heutigen Zeit, im Rahmen einer "guten", ingenieurwissenschaftlichen Arbeit, die begleitende Modellbildung zu einem technischen Entwicklungsprozess eines Systems. Die X-In-The-Loop-Anwendung der Technischen Universität Ilmenau ist im Bereich der Entwicklungs- und Simulationsverfahren ein moderner fortschrittlicher Ansatz. Dabei werden realitätsnahe Prüfstandtests mit einer Simulationsumgebung vernetzt. Die Vernetzung beider simultan ablaufenden Ereignisse erfolgt in Echtzeit über eine zentrale Steuereinheit. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Modellierung des Reibwerts und der Implementierung des Reibwertmodells in eine echtzeitfähige X-In-The-Loop-Anwendung.
Charakterisierung dynamischer Effekte einer Reibbremse zur echtzeitfähigen Schätzung des Reibwertkoeffizienten. - Ilmenau. - 95 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Der aktuelle Entwicklungsprozess im Automobilbau steht vor neuen Herausforderungen. Die Anforderungen an Fahrzeuge wachsen stetig an. Hauptverantwortlich sind unter anderem Themen wie ein steigender Individualisierungswunsch der Endkunden, höherer Zeit- und Kostendruck und strenger werdende Umweltschutzrichtlinien. Aktuelle Lösungsstrategien stoßen dabei zunehmend an ihre Grenzen. Daher bedarf es neuer Ansätze. Die Thematik Industrie 4.0 beschäftigt sich mit dieser Herausforderung. Dabei wird nach alternativen Strategien geforscht, um den Entwicklungsprozess effektiver zu gestalten. Im Fokus stehen Automatisierungsverfahren zur Kosten- und Zeitersparnis. Während der Entwicklungsphasen sollen parallel Prüfverfahren stattfinden, welche automatisiert, reproduzierbar, standardisiert und vernetzt dem Entwickler zu jedem Zeitpunkt unterstützend zur Verfügung stehen. Ein vielversprechender Ansatz wird als X-In-The-Loop Verfahren bezeichnet. Es dient als Prüf- und Optimierungsverfahren im Bereich des Entwicklungsprozess. Es werden hierbei bestehende Prüfverfahren kombiniert. Der Entwickler kann innerhalb des Entwicklungsprozesses kontinuierlich Informationen über das aktuelle Gesamtsystem beziehen. Der Bereich der Bremsenentwicklung und tribologischer Grundlagenforschung bietet dem Fachgebiet Fahrzeugtechnik der Technischen Universität Ilmenau die Möglichkeit, das Potential eines X-In-The-Loop Systems zu erforschen. Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur Entwicklung eines funktionsfähigen In-The-Loop Systems. Kernaspekt ist die Erforschung von tribologischen Zusammenhängen einer PKW Reibpaarung. Grundlage ist eine vorangegangene Arbeit, welche bereits erste Bereiche des Forschungsgebiets untersuchte. Die Analyse dynamischer Reibwerteffekte wird Hauptaufgabe dieser Arbeit.
Indirekte Messungen der Fahrparameter und -zustände. - Ilmenau. - 95 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die kontinuierliche Weiterentwicklung von Fahrsicherheits- und assistenzsystemen, eine allgemeine Verbesserung der Fahrdynamik sowie der Ausblick auf teil- bis vollautonomes Fahren stellen immer höhere Anforderungen an die präzise Kenntnis der Fahrparameter eines Kraftfahrzeuges. Nicht alle dieser Parameter können einfach und direkt messtechnisch ermittelt werden. Oftmals ist eine Messung nur unter enormen messtechnischem oder finanziellem Aufwand möglich, welche aus diesem Grund nicht in Großserien Anwendung findet. Wichtige Beispiele für nicht direkt messbare Parameter sind u.a. die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Schwimmwinkel sowie die Reifen- bzw. Radkräfte. Zur Lösung dieses Problems werden indirekte Messalgorithmen entwickelt, welche man auch als Fahrzustandsschätzung bezeichnet. Aufgabe dieser ist es aus bekannten messbaren Systemzuständen und unter Kenntnis der Fahrdynamik die nicht oder schwer messbaren Größen zu rekonstruieren. Die Entwicklung und Validierung eines solchen indirekten Messsystems ist Inhalt dieser Masterarbeit. Hierfür werden zunächst die benötigten Grundlagen aus der Regelungstechnik sowie der Fahrdynamik von Kraftfahrzeugen aufgezeigt. Auf dieser Basis wird eine Messsystemarchitektur definiert, welche den Anforderungen entsprechen soll, die genannten Parameter indirekt bestimmen zu können. Die Validierung des entwickelten Messsystems wird darauf anhand von Simulationsergebnissen sowie von Fahrversuchen mit einem Testfahrzeug, welches mit zusätzlicher Messtechnik ausgestattet ist, durchgeführt. Zuletzt werden die Ergebnisse diskutiert. Es zeigt sich, dass in den berücksichtigten Fahrsituationen eine präzise Fahrzustandsschätzung erreicht werden kann.
Robuste Fahrwerksregelung zur Verbesserung der Fahrsicherheit. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Das elektronische Stabilitäts-Programm (nachfolgend ESP genannt) in einem Fahrzeug spielt eine entscheidende Rolle und leistet einen sehr großen Beitrag zur Fahrsicherheit, indem es den Fahrer bei kritischen Fahrsituationen unterstützt. Auf dem Markt gibt es zahlreiche ESP Systeme (die Benennung weicht ab je nach Hersteller), welche auf der Zustandsschätzung des Fahrzeugs basieren. Diese Systeme besitzen keine Sensoren oder direkte Methoden zur Ermittlung des Schwimmwinkels. In dieser Arbeit wurde eine Regelmethode entwickelt, welche auf einen Zustandsbeobachter verzichtet. Zudem sorgt ein gut abgestimmtes, aktives Fahrwerk für mehr Sicherheit und eine bessere Agilität, als ein klassisches, passives Fahrwerk. Die Integration von einem ESP System und aktivem Fahrwerk könnte die Fahrsicherheit noch weiter steigern. Die simultane Operation von beiden Regelsystemen führt allerdings oft zu Überlappungen, wodurch deren Effizienz sinkt. Um diese Überlappungen vermeiden zu können, empfiehlt sich, eine Integration der Regelsysteme mit Hilfe eines Überwachungsreglers, der dafür sorgt, dass sich der Regelbedarf optimal verteilt ohne, dass die Regelsysteme auf einander interferieren. In dieser Arbeit wurde zuerst ein Algorithmus für ein Stabilitäts-Programm entwickelt, was für die Regelung der Gierrate und Schwimmwinkel zuständig ist. Dieser entwickelte Regelalgorithmus wurde zunächst mit Proportional Integral (folgend PI) und Sliding-Mode Regler (folgend SMC) erster und zweiter Ordnung getestet, um dann die Regelunterschiede bei der Gierrate und dem Schwimmwinkel zu vergleichen. Der PI und SMC erster Ordnung lieferten auf einer Seite gute aber schwingungsbehaftete Regelsignale, auf der anderen Seite könnte ein optimal getunter SMC 2. Ordnung eine sehr Robuste Regelung liefern, wenn er noch weiter optimal getunt wird. Dann wurde ein weiterer Regelalgorithmus entwickelt, welcher die Gierrate mithilfe der aktiven Radaufhängung regelt. Das Fazit war, dass die aktive Radaufhängung bessere Ergebnisse der Gierrate lieferte, als eine klassische passive Radaufhängung. Die Integration von den beiden Systemen lieferte noch bessere Regelresultate bei der Simulation als eine individuelle Regelung. Die Verteilung des Regelbedarfs, zwischen dem ESP und der aktiven Radaufhängung, erfolgte mittels eines entwickelten echtzeitfähigen Regelverteilers, der die Regelung überwacht und priorisiert. Die Regelverteilung erfolgt zuerst bei der Priorisierung des Einsatzes der aktiven Radaufhängung. Bei Erreichen der maximalen vertikalen Kräfte kommt die Regelung des ESP zum Einsatz. Diese Regelmethode erzielt bessere Regelergebnisse und garantiert eine bessere Effizienz, sprich ein Sinken des Energieverbrauchs von den operierenden Systemen und eine Steigerung des fahrdynamischen Potentials.
Modellprädiktive Regelung der semi-aktiven Radaufhängung. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Mit der Entwicklung der Technologie im Automobilbereich haben die Menschen heutzutage höhere Anforderungen an den Fahrkomfort, die Fahrsicherheit und das Handling der Eigenschaften des Fahrzeugs. Das Radaufhängungssystem ist die Verbindung zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern. Es spielt eine bedeutende Rolle bei der Verringerung der Schwingungen des Aufbaus und der Stabilität des Fahrverhaltens. Schon heute werden die aktiven Radaufhängungssysteme immer häufiger im Automobilbereich verwendet. Die aktiven Regelungssysteme tragen zum besseren Fahrverhalten von modernen Fahrzeug bei. Außerdem können sie ein gutes Gleichgewicht zwischen Fahrkomfort und Fahrsicherheit herstellen. Das Ziel der Masterarbeit ist es, die Optimierungsmethode des aktiven Radaufhängungssystems zu untersuchen, um das dynamische Fahrverhalten zu verbessern.
Erstellung eines Modells zur Simulation einer Range-Extender-Einheit mit Ottomotor. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Diese Arbeit beschäftigt sich mit Aufbau und Simulation eines Hybridantriebsystems. Die Hako GmbH entwickelt momentan ein neues Fahrzeugantriebskonzept für den Einsatz in Kommunalfahrzeug, das auf einem Zweizylinder-Viertakt-Ottomotor basiert. Für die Simulation des als Range-Extender aufgebauten Hybridsystems, wird im Zuge dieser Arbeit anfänglich das Verbrennungsmotormodells im Programmpaket GT-SUITE aufgebaut. Der Aufbau beruht auf den realem Verbrennungsmotor MPE1000. Es folgt eine Kalibration des Verbrennungsmotormodells, um das Simulationsergebnis zu justieren. Im Weiteren wird ein Vergleich zwischen dem Simulationsergebnis und der Prüfstandmessdaten durchgeführt. Der Vergleich unterstützt die weitere Optimierung und Überprüfung des Modells. Darauffolgend wird die Komponente der Range-Extender-Einheit festgelegt und zusammen mit dem Verbrennungsmotormodell das ganze System der Range-Extender-Einheit aufgebaut. In dem Nachgang der Arbeit soll das Modell mit den Prüfstanddaten verglichen werden und für die simulative Überprüfung der Betriebsmodi genutzt werden. Das Modell der Range-Extender-Einheit kann anschließend für die weitere Entwicklung im folgenden Projektverlauf erweitert.
Evaluation der Machbarkeit und Nutzung eines Turboseparators. - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Anreicherung von Sauerstoff in der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors. Untersucht wird im Detail die Machbarkeit einen Turbolader zu Anreicherung von Sauerstoff zu nutzen. Das Kraftfeld das ein Verdichterrad auf die angesaugte Luft ausübt, wird als physikalische Basis für eine Abschätzung der Anreicherung benutzt. Es werden die Möglichkeiten der Separation im Turbolader nach aktueller Bauart erläutert und bewertet. Verglichen wird das Verfahren dabei mit aktuellen Trennverfahren für Sauerstoff und Stickstoff. Des Weiteren sind Zusammenhänge von verschiedenen Gasqualitäten im Verbrennungsmotor und deren Einfluss auf die Entstehung von Schadstoffen aufgeführt. Als Grundlagen sind für die Betrachtung der allgemeinte Aufbau und Funktion des Abgasturboladers, die strömungsmechanischen- und gaskinematischen Grundlagen für die Betrachtung im Turbolader zusammengefasst.
Erweiterung eines Prüfstands zur Untersuchung thermoelektrischer Eigenschaften neuartiger Thermoelemente. - Ilmenau. - 54 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Diese Bachelorarbeit wird mit dem Ziel verfolgt einen bereits vorhandenen Prüfstand zu modifizieren, um neuartige Thermoelemente mit unterschiedlichsten Ausführungsformen und Materialkombinationen hinsichtlich ihrer temperaturabhängigen Thermospannung zu Katalogisieren. Hierfür werden zunächst thermoelektrische Grundlagen und Belastungen der Thermoelemente im KFZ-Abgasstrang auf Basis einer Literaturrecherche erläutert. Darauf erfolgt eine Analyse des aktuellen kleinen Heißluftprüfstands sowie die Durchführung der notwendigen konstruktiven Anpassungen. Außerdem werden geeignete Prüfzyklen entwickelt, welche zur Charakterisierung und Katalogisierung der Thermoelemente dienen. Im Anschluss folgen die Messungen sämtlicher Thermoelemente und die Erläuterung der hieraus gewonnenen Erkenntnisse. Abschließend findet eine Diskussion über die Einsatzmöglichkeit im KFZ-Abgasstrang statt.