Beschreibung der wichtigsten Einflussfaktoren auf das Losbrechverhalten beim Stick-Slip von Scheibenbremsanlagen. - Ilmenau. - 114 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Im Rahmen dieser Arbeit wird das Losbrechverhalten für unterschiedliche Reibpaarungen analysiert und Rückschlüsse auf das Knarzverhalten von Bremsscheiben gezogen. Dabei ist das niederfrequente Geräusch Knarzen eine Folge des Stick-Slip-Effektes, dessen Reduzierung angestrebt wird. Im ersten Teil der Thesis wurden hierfür in einer Literaturrecherche die Eigenschaften und das Bremsverhalten von unbeschichteten und beschichteten Bremsscheiben miteinander verglichen. Zudem wurden Verfahren zur Charakterisierung von Bremsscheibenoberflächen herrausgearbeitet. In einer Auswahl geeigneter Messtechniken wurden die Oberflächen eingefahrener Bremsscheiben untersucht. Verglichen wurden Bremsscheiben die überwiegend aus Wolfram-Karbid, Eisen-Chrom-Vanadium, übereuthektisches Aluminium und Grauguss bestehen. In den durchgeführten Versuchen wurden die Reibwerte, die Oberflächenstruktur, die Rauheit, der Härtegrad, Materialzusammensetzung und die Oberflächenspannung ermittelt. Die Ergebnisse der Arbeit wurden mit dem Knarzverhalten der jeweiligen Bremsscheiben verglichen, wodurch ein Zusammenhang der gemessenen Oberflächeneigenschaften mit dem Stick-Slip-Effekt aufgezeigt wurde.
Grundlegende Untersuchungen zu der rekuperativen Betriebsweise von Radbremsen im realen Fahrversuch. - Ilmenau. - 142 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Batterieelektrische Fahrzeuge können beim Abbremsen einen Großteil ihrer kinetischen Energie in elektrische Energie umwandeln. Dies ist besonders erstrebenswert, da dadurch die Reichweite deutlich erhöht werden kann. Durch die Verwendung derartiger rekuperativer Bremssysteme wird die Reibungsbremse am Fahrzeug nur in seltenen Fällen eingesetzt. Dies führt im Vergleich zu Fahrzeugen ohne ein generatorisches Bremssystem zu veränderten Beanspruchungen und Belastungen der Reibungsbremse. Das Ziel dieser Arbeit ist die Nachbildung einer derartigen rekuperativen Betriebsweise eines batterieelektrischen Fahrzeugs. Hierfür werden mit dem Audi e-tron des Fachgebiets zunächst reale Versuchsfahrten unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt. Dabei sind äußere Faktoren wie die Fahrweise, die Streckenführung und Umweltbedingungen zu berücksichtigen. Hinzu kommen fahrzeugspezifische Einflussgrößen wie z.B. die eingestellte Rekuperatiosstufe, die automatisch ausgeführten Putzbremsungen und der Batterieladezustand zu Beginn der Messfahrt. Ein Großteil der Versuchsfahrten erfolgt zudem unter Einhaltung der RDE-Vorgaben. Außerdem werden einzelne Bremsversuche auf einem abgesperrten Gelände durchgeführt. Anhand der bei allen Versuchsfahrten aufgezeichneten Messdaten erfolgt anschließend eine Analyse hinsichtlich der Eingriffszeit der Reibungsbremse. Mit den Fahrversuchen wurde gezeigt, dass die Fahrweise, die Reku-Stufe und die Putzbremsungen ausschlaggebend für die an der Reibungsbremse umgesetzte kinetische Energie sind. Zudem konnten verschieden Fahrszenarien ausgemacht werden, in denen die Rekuperation am Fahrzeug betriebsbedingt oder aus fahrdynamischen Gründen verringert wurde und somit die Eingriffszeit der Reibungsbremse erhöht wurde.
Entwicklung eines Feder-Dämpfer-Systems für einen Formula Student Rennwagen. - Ilmenau. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Das Ziel dieser Arbeit ist es den Entwicklungsprozess eines Feder-Dämpfer-Systems für ein Formula Student Fahrzeug zu dokumentieren und ein optimales Konzept für den Verein im Rahmen der technischen, personellen und finanziellen Möglichkeiten zu entwickeln. Der wichtigste Punkt, im Hinblick auf die Auslegungen von Fahrwerken für den Motorsport, ist der Kontakt zwischen Reifen und Fahrbahn. Der Reifen sollte in jeder Situation den bestmöglichen Kontakt zur Straße haben, um die Anforderungen hinsichtlich Quer- und Längsbeschleunigungen erfüllen zu können. Das Feder-Dämpfer-System nimmt hierbei die Kräfte auf, die z.B. bei Kurvenfahrt entstehen. Zudem bestimmt es, wie stark das Fahrzeug wankt bzw. nickt und dadurch die Radstellungsgrößen verändert. Das Feder-Dämpfer-System bestimmt somit, wie sich die dynamischen Radlasten verteilen, aber auch wie verschiedene Frequenzen von unebenen Fahrbahnen, Kurvenfahrten oder Bremsmanövern gedämpft werden. Der Fokus liegt also nicht nur auf einem schnellen Rennfahrzeug, sondern auch auf Sicherheit und Handling.
Untersuchung von Reibzoneneffekten trockenlaufender Kraftfahrzeugbremsen mittels neuer computergestützter Methoden. - Ilmenau. - 63 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
In der vorliegenden Arbeit wird ein Algorithmus entwickelt, mithilfe dessen eine Partikelerkennung und Verfolgung ermöglicht wird. Dazu werden Videos, die mithilfe eines Tribologieprüfstandes aufgenommen wurden ausgewertet. Jedes Frame im Video wird zunächst durch ein Erkennungsprogramm (basierend auf einem Deep-Learning-Algorithmus) berechnet, um die ungefähre Position jedes Partikels zu ermitteln. Die genaue Position und Größe der Partikel wird mit einem Konturerkennungsalgorithmus korrigiert. Die Partikeldynamik wird anhand der Partikelspositionen von allen Framen berechnet. Die zusätzliche Daten, die auf dem Prüfstand gemessen wurden, sowie die Partikeldynamik und die Partikelgröße werden für weitere Analysen verwendet.
Analytische Beschreibung des Einflusses der Fahrwerkskonfiguration von Mountainbikes auf die Fahrstabilität. - Ilmenau. - 55 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Die Masterarbeit untersucht die Einflüsse der Bremskraft, der Fahrerposition und der Bremskraftverteilung auf die Fahrsicherheit eines Mountainbikes im Gelände. Zu diesem Zweck wurde mit dem Programm MSC ADAMS ein Mehrkörpermodell eines vollgefederten Mountainbikes erstellt und mit einem anhand anthropometrischer Datenbanken dimensionierten Fahrermodell kombiniert. Der Fahrer ist über drei Feder-Dämpfer-Elemente mit dem Rad verbunden und kann sich passiv in Relation zu selbigem bewegen. Es konnte gezeigt werden, dass die bei Branchen-üblichen statischen Berechnungsmethoden vernachlässigte Fahrerposition und Relativbewegung sowie die Bremskraftverteilung einen erheblichen Einfluss auf die Fahrsicherheit haben.
Untersuchungen zu Auswirkungen verschiedener Kraftstoffqualitäten auf der Basis von Biogas auf den Betrieb von Verbrennungsmotoren. - Ilmenau. - 179 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Potenzialen zur Dekarbonisierung des Mobilitätssektors durch Einsatz kohlenstoffarmer bzw. kohlenstofffreier Energieträger. Konkret werden nachhaltige methanbasierte Kraftstoffe an einem im Serieneinsatz befindlichen CNG-PKW-Ottomotor experimentell untersucht. Ein hochdynamischer Motorenprüfstand sowie ein freiprogrammierbares Motorsteuergerät stehen am Fachgebiet Fahrzeugtechnik der TU Ilmenau hierfür zur Verfügung. Die Versorgung des Motors mit synthetisch erzeugtem Biogas diverser individuell einstellbarer Qualitäten erfolgt mittels einer spezifisch konzipierter Gasmischanlage. Im Rahmen einer Messkampagne werden verfügbare Biogas-Netzqualitäten an stationären Betriebspunkten im Teillast- und Hochlastbereich untersucht, die für den aktuellen Technologietrend von Downsizing-Ottomotoren repräsentativ sind. Da die Steuerzeiten die dominanten Parameter eines ottomotorischen Arbeitsverfahrens sind, erfolgt eine Variation dieser mittels Einlass- und Auslassnockenwellen-Phasenversteller des Versuchsträgers. Optimierte Steuerzeitenkombinationen bilden so die Basis für die Messkampagne sowie für die Bewertung des Motorbetriebsverhaltens, wobei die Einstellung weiterer Motorparameter wirkungsgradoptimal erfolgt. Theoretisch vorhersehbare Effekte infolge des kraftstoffimmanenten CO2 werden in mehreren Messreihen untersucht. Für den Teillastbereich werden Effekte hinsichtlich des Ladungswechselwirkungsgrads infolge zusätzlicher Entdrosselung bewertet. Für den Hochlastbereich erfolgt die Untersuchung von Auswirkungen auf NOx-Rohemissionen sowie die Bewertung der thermomechanischen Belastung des Motors anhand des maximalen Zylinderdrucks. Die Betrachtung diverser Abbruchkriterien gibt Aufschluss über die Verbrennungsstabilität, anhand derer die Robustheit des Brennverfahrens bewertet wird. Eine für Biogas u.U. abgeschwächte chemische Umsetzung infolge höherer Wärmekapazität der Zylinderfüllung wird anhand ausgewählter Rohemissionswerte bewertet. Auswirkungen auf den Wirkungsgrad des motorischen Prozesses sowie Veränderungen bezüglich des Entflammungs- und Brennverhaltens werden ebenso untersucht. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen werden anhand definierter Kennwerte und Abbildungen diskutiert und Schlussfolgerungen dargelegt.
Analyse unterschiedlicher Prüfreifen an einem Corner-Tyre-Modul und der Einflussfaktoren auf die vorherrschenden Emissionsmechanismen. - Ilmenau. - 162 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Vor dem Hintergrund, dass durch weiterentwickelte Antriebsstränge von PKW die feinstaubrelevanten Abgasemissionen stetig reduziert werden, geraten abgasfremde Emissionen der PKW, wie der des Reifenabriebs, in den Fokus der Forschung. Die tribologischen Mechanismen in der Reibzone zwischen Fahrbahn und Fahrzeugreifen erzeugen Partikel im Bereich aerodynamischen Durchmessers, der dem Feinstaub zuzuordnen ist. Aufgrund der stofflichen Eigenschaften ist der Abrieb als Mikroplastik zu identifizieren. Durch die wissenschaftlich belegten Auswirkungen anthropogener Verschmutzung durch Feinstaub und Mikroplastik auf die Umwelt und lebende Organsimen werden wirksame Strategien zur Reduktion partikelförmigen Feinstaubs benötigt. Um Möglichkeiten der Einsparung zu ermitteln, sind grundlegende Kenntnisse über die Verschleißmechanismen und die vorliegenden emissionstreibenden Faktoren notwendig. Das Ziel dieser Arbeit ist daher, den Zusammenhang zwischen der Art und Menge der emittierten Partikel und dem jeweiligen Betriebszustand sowie dem vorliegendem Verschleißmechanismus zu untersuchen. Dafür werden in dieser Arbeit vier verschiedene Reifen auf einem Reifenprüfstand Versuchen unterzogen. Zu diesem Zweck werden zwei unterschiedliche Prüfzyklen implementiert, ein Rampenversuch mit Variation der Parameter Spurwinkel, Antriebsmoment und Geschwindigkeit sowie der Harz-Versuch, welcher an einen Prüfzyklus nach RDE-Vorgaben angelehnt ist. Im Anschluss an die Versuche werden die Oberflächen der Prüflinge mit Hilfe eines 3D-Laser-Scanning Mikroskops untersucht. Damit werden Rückschlüsse auf die vorliegenden Verschleißmechanismen getroffen. Durch die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen konnten die einflussnehmenden Parameter und die Größe des Anteils dieser Parameter an den Partikelemissionen ermittelt werden. So kann festgestellt werden, dass insbesondere durch querschlupferhöhende Betriebszustände größere Mengen von Partikeln mit aerodynamisch kleinerem Durchmesser emittiert werden. Bei Betriebszuständen, die einen größeren Anteil von Längsschlupf bewirken, werden Partikel mit größerem aerodynamischen Durchmesser emittiert. Darüber hinaus ist ein starker Einfluss der Temperatur in Kombination mit der Reifenmischung festzustellen. Abrasiver Verschleiß bewirkt die Emission größerer Partikel, bei höheren Temperaturen steigt allerdings der Anteil adhäsiven Verschleißes, welcher Partikel kleineren aerodynamischen Durchmessers hervorbringt.
X-in-the-Loop Untersuchungen an einem vollständig entkoppelten Bremssystem. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Im Zuge der Elektrifizierung der Automobilindustrie werden verschiedene Ansätze zur kontinuierlichen Bremsregelung, zum Brake-blending und zum Bremsendesign untersucht. Einige integrierte Funktionen wie aktives Bremsen und Brake Blending für batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) könnten nur durch die Implementierung eines entkoppelten Brake-by-Wire-Systems (BBW) genutzt werden. In dieser Arbeit werden die Strategien der kontinuierlichen Radschlupfregelung (WSC) und das Brake Blending für ein BEV Sports Utility Vehicle (SUV) mit Heckantrieb (RWD) untersucht. Das Zielfahrzeug verfügt über ein hybrides BBW-System, elektrohydraulische Bremsen (EHB) an den Vorderrädern, und elektromechanische Bremsen (EMB) an den Hinterrädern zusammen mit zwei Radnabenmotoren (IWM) an der Hinterachse. Zu diesem Zweck werden zwei WSC-Methoden - integral Sliding mode (ISM) und proportional integral mit Anti-Windup (PI) - vorgestellt und einer detaillierten numerischen Analyse unterzogen. Eine Reihe von Hardware-in-the Loop (HiL)-Echtzeitsimulationen wurden für die ISM-, PI- und regelbasierten (RB) WSCs sowie für den ungeregelten Modus mit einem geeigneten Prüfstandsaufbau durchgeführt. Da die RB-WSC-Methode derzeit am häufigsten in Fahrzeugen eingesetzt wird und die schwellenwertbasierte Bremsregelung Systemreaktionsverzögerungen aufweist und schwer zu kontrollieren ist, wurden die Ergebnisse der vorgeschlagenen WSCStrategien analysiert und mit denen der regelbasierten (RB) WSC-Methode verglichen. Die Implementierung des vorgeschlagenen Radschlupfreglers zeigte vielversprechende Ergebnisse in Bezug auf Bremsweg, Stabilität, Fahrvehalten sowie Fahrkomfort.
Grundlegende tribologische Untersuchungen eines Bremssystems unter Verwendung verschiedener rekuperative Betriebsweisen. - Ilmenau. - 75 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Mit der Verschärfung der gesetzlichen Vorgaben der klimaschädlichen Emissionen und die Einführung emissionsfreier Gebiete, sind elektrifizierte Fahrzeuge in den letzten Jahren die Spitzenreiter im Bereich neuer Technologien. Sie sind dabei den bisher konventionellen Antriebsstrang zu ersetzen. Mit Rücksicht darauf, dass Fahrzeuge mit konventionellem Antrieb mit Hilfe der typischen Reibungsbremse verzögern, haben elektrifizierte Fahrzeuge den Vorteil dies zu vermeiden und stattdessen mit dem generatorischen Betrieb des Elektromotors zu verzögern. Durch die Rekuperation wird die kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt, gespeichert und später für Beschleunigungen verwendet. In diesem Zusammenhang wird die Reibungsbremse seltner und weniger intensiv aktuiert. Diese veränderte Betriebsweise wirkt sich auf den tribologischen Prozess des Reibsystems aus und bietet eine zusätzliche Angriffsfläche für Korrosion. In der vorliegenden Arbeit werden am Schwungmassenprüfstand mit konventionellem Reibpartner standardisierte Fahrzyklen für unterschiedliche Rekuperationsprofile (BEV und PHEV) bei variierenden Belastungskollektiven verwendet. Die Beschaffenheit und Topologie der Oberfläche des Reibpartners werden mittels Ex-Situ Untersuchung mit einem Laserscanningmikroskop analysiert. Anhand der ermittelten Messdaten werden die Oberflächenrauheit und die mikrostrukturellen Veränderungen des Reibpartners beschrieben und die Erkenntnisse werden mit einem Bremssystem ohne Rekuperation (ICE) verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass eine steigende Verzögerungsübernahme des Elektromotors unterschiedliche messbare Auswirkungen auf die Topologie der Oberfläche des Reibpartners hatte.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Fahrzeuge spielen heutzutage eine unverzichtbare Rolle im Transportwesen. Die steigende Anzahl an Fahrzeugen wirkt sich dabei problematisch auf die Sicherheit im Verkehrsgeschehen aus. In dieser Arbeit wurde die Querreglung automatischer Fahrzeuge untersucht, um die Fahrsicherheit im zukünftigen Verkehr zu steigern. Die Wirkung der Querreglung wurde durch Hardware-in-the-loop Versuchen getestet. Für die Untersuchung von der Querreglung wurde in dieser Arbeit eine Fahrzeugsimulationssoftware verwendet, um einige Querregler zu entwerfen und zu validieren. Als Bewertungsgröße wurde die Quer- und Winkelabweichung zur geplanten Route verwendet. Die Kontrollwirkungen der Regler wurden durch Simulationen getestet. Danach wurde der lineare modellprädiktive Querregler ausgewählt und für den Fahrsimulator angepasst, so dass das dort verbaute aktive Lenkrad über ein Drehmoment geregelt werden kann. Für die Anpassung wurde ein entsprechender Regler für das Steer-By-Wire System entwickelt, um den vom Querregler ausgegebenen Drehwinkel in ein Drehmoment umzuwandeln. Das vom Regler ausgegebene Drehmoment regelt das aktive Lenkrad und realisiert so ein Lenkradwinkel in der Simulationsumgebung. Dadurch wird die Quersteuerung des Fahrzeugmodells realisiert. Dann wurde ein Hardware-in-the-loop Simulationstest mit einem Echtzeitrechner, einer Fahrzeugsimulationssoftware und einem Fahrsimulator durchgeführt, um die Wirkung der Quersteuerung zu überprüfen.