Abschlussarbeiten des FG-Kraftfahrzeugtechnik

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Erstellt: Thu, 28 Mar 2024 23:07:32 +0100 in 0.0534 sec


Lindqvist, Carl Linus;
Entwicklung und Umsetzung einer Vehicle-in-the-Loop Strategie unter Anwendung eines dynamischen Fahrsimulators. - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Im Rahmen dieser Arbeit sollte eine virtuelle Simulationsumgebung geschaffen werden, um verschiedene Prüfstände kooperativ zu verknüpfen. Mit der entworfenen Umgebung wurde dabei ein reales Fahrzeug mit einem dynamischen Fahrsimulator verbunden. Das reale Fahrzeug wird dabei über ein Positionssignal in die Umgebung eingeladen und kann so mit anderen Teilnehmern interagieren. So ist es möglich, Fahrassistenzsysteme schon frühzeitig im Entwicklungsprozess zu entwickeln und auf diese Weise Entwicklungskosten zu senken. Diese Umgebung dient als Basis für eine Vehicle-in-the-Loop Strategie. Mit einer Kopplung von Fahrzeug und Fahrsimulator ist es so möglich, Fahrassistenzsysteme zu entwickeln. Dafür wurden die erforderlichen Signale bestimmt und in eine Regelstruktur eingebunden. Als Vehicle-in-the-Loop Strategie wurde ein Notbremsassistent entworfen, welcher eine kritische Fahrsituation erkennt und eine entsprechende Vollbremsung einleitet. Durch eine detaillierte Beschreibung von Umrechnungsalgorithmen zur Positionsbestimmung von realen Objekten in einer virtuellen Umgebung konnte aus einem realen Fahrzeug ein digitaler Zwilling erstellt werden. Die Lage des realen Fahrzeugs kann dabei über eine Datenfusion mit Hilfe eines Kalman-Filters dargestellt werden. Für den in dieser Arbeit umgesetzten Notbremsassistenten ist die Lage des digitalen Zwillings jedoch nicht erforderlich. Daher wurde der Kalman-Filter hier lediglich theoretisch beschrieben. Weiter konnte ein Lenkroboter in dem Versuchsfahrzeug verbaut werden. Mit diesem ist es nun möglich, Fahrzeugtrajektorien wiederholgenau nachzufahren und digitale Lenkbefehle am realen Fahrzeug umzusetzen. Über ein DGPS-System ist es möglich, ein Fahrzeug präzise durch einen Hindernisparcours zu steuern. Mit den oben genannten Erkenntnissen ist es gelungen, ein reales Fahrzeug in eine virtuelle Simulationsumgebung einzubinden und damit Fahrversuche durchzuführen. Auf diese Weise können die Vorteile aus der virtuellen Welt mit der realen Welt verbunden werden. Gerade von der Reproduzierbarkeit von Messsignalen und Eingangsparameter für ein reales Fahrzeug kann die Entwicklung von Fahrassistenzsystemen profitieren. Die Einbindung eines Lenkroboters in ein Versuchsfahrzeug kann dabei als Basis für weitere Untersuchungen und komplexere Vehicle-in-the-Loop Strategien dienen.



Wang, Hao;
Entwicklung und Umsetzung eines vorausschauenden Motion Cueing Algorithmus an einem dynamischen Fahrsimulator. - Ilmenau. - 104 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Fahrsimulatoren werden häufig bei der Entwicklung von Fahrzeugen eingesetzt und dienen der Nachbildung der Fahrzeugdynamik. Das Fahrzeugsignal kann nicht direkt an die Bewegungsplattform gesendet werden, da die Bewegung des Fahrsimulators durch den Platz begrenzt ist. Dazu muss ein Motion-Cueing-Algorithmus (MCA) verwendet werden. Motion-Cueing-Algorithmen werden verwendet, um virtuelle Fahrzeugbeschleunigungen in effektive Plattformbewegungen umzuwandeln. Der derzeit im dynamischen Fahrsimulator verwendete Motion-Cueing-Algorithmus basiert auf einem Classical-Washout Filteralgorithmus. Filterparameter müssen für bestimmte Szenarien abgestimmt werden, was zu komplexen und zeitaufwändigen Reglerentwürfen führt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen Algorithmus für das Motion Cueing vorzuschlagen, der auf einer modellprädiktiven Steuerung basiert. Der Algorithmus integriert ein mathematisches Modell des menschlichen Vestibularsystems in das Vorhersagemodell, um die Qualität der Bewegungswahrnehmungen beim Fahren zu verbessern. Um das Regelverhalten des entworfenen Reglers zu überprüfen, wurden verschiedene Testszenarien durchgeführt.



Gräfe, Philipp;
Modellbasierter Ansatz zur echtzeitfähigen Kopplung verteilter Systeme. - Ilmenau. - 69 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Durch die immer komplexere Technik in Kraftfahrzeugen findet immer mehr eine Derivatisierung von Simulationswerkzeugen, wie auch von Prüfständen statt. Durch die Kopplung solcher Werkzeuge können Synergien zwischen verschiedenen Fachgebieten geschaffen werden und somit neue innovative Lösungen entwickelt werden. Dabei ist insbesondere die X-in-the-Loop-Methodik herauszuheben, welche verschiedene Entwicklungsmethoden bündelt. Da die XiL-Methode auch vorsieht verschiedene Systeme miteinander zu verknüpfen und diese Systeme oft Echtzeitanforderungen stellen, ist es notwendig diese Forderungen zu erfüllen. Dazu wird in den meisten Fällen eine Latenzzeitkompensation benötigt um Sicherzustellen, dass das Systemverhalten nicht beeinflusst wird. Hierzu wird in dieser Arbeit eine Methode entwickelt die das Ziel verfolgt, die Latenzzeit durch Prädiktion des Signals zu kompensieren. Diese Methode beruht auf dem LMS-Algorithmus, welcher mittels früherer Daten und einem geschätzten Signal eine Prädiktion vorgibt. Dazu wurde virtuell eine Fahrzeugsimulation erstellt, welche mit einem virtuellen Bremsenprüfstand gekoppelt ist und wobei das Bremsmoment das latenzzeitbehaftete Signal darstellt. Zum Schluss dieser Arbeit wird das Ergebnis zwischen latenzfreier Kopplung und Kopplung mittels Prädiktion verglichen. Dabei wurde die Qualität der Prädiktion mittels des quadratischen Gütekriteriums bewertet. Daraus folgt eine Steigerung der Güte um ca. 85 %.



Weißenberger, Markus;
Ermittlung von Schallemissionen von Fahrzeugen im urbanen Raum und Einbindung eines einfachen Vorhersagemodells für diese in eine Mischverkehrssimulation. - Ilmenau. - 148 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Die Elektrifizierung des Antriebsstranges moderner Fahrzeuge stellt für den Automobilsektor ein enormes Entwicklungspotential dar. Nicht nur bei der Erforschung effizienterer Antriebsmodelle, sondern auch in anderen Bereichen der Fahrzeugindustrie. Speziell für Fahrzeugakustiker und Fahrzeugakustikerinnen bieten sich im Gebiet der Schallemissionsuntersuchung und deren Eindämmung nie dagewesene Möglichkeiten. Geräusche, die sonst von Verbrennungsmotor und Getriebekomponenten maskiert wurden, fallen Fahrenden und potentiellen Kunden nun stärker auf. Beispielsweise ein Bremsenquietschen, das Geräusch der Scheibenwischer auf der Windschutzscheibe oder das Knarzen der Bremsanlage beim Abstoppen des Autos, sind immer dagewesene aber nie in im Vordergrund gestandene Störgeräusche am Kfz. Mit dem Wegfallen des Antriebes mit Brennstoffen jedoch, handelt es sich bei diesen um Schallemissionen mit großem Optimierungsbedarf. Aber auch bei Fahrzeugen, die mit Verbrennungsmotoren angetrieben sind, treten die beispielhaft aufgezählten Störgeräusche auf und prägen das Gesamtklangbild eines Fahrzeuges mitunter. Parallel dazu gilt es für Automobilhersteller und deren Zulieferer, auch die Hauptkomponenten der Fahrgeräusche zu modifizieren und optimieren, um ein kundenfreundliches Gesamtbild des hergestellten Kfz auf den Markt zu bringen. Für eine Steigerung ebendieses Fahrkomforts, ist ein Ansatz, eine Geräuschprädiktion in zukünftig entwickelte Kraftfahrzeuge zu integrieren. Mit dieser Neuerung ließen sich aktive Schalltilger in dem Automobil der Zukunft verbauen, die sich immer dann einschalten, wenn ein Anstieg des Schalldruckpegels oder eine Schallemission mit einer für den Fahrer schwer verträglichen Frequenz bevorsteht. Im Kontext dieser Bachelorarbeit, wird die Thematik der Geräuschprädiktion aufgegriffen und Grundsteine für erfolgreiche Vorhersagen von Schallemissionen und deren Ursprung gelegt. Diesem Ziel wird sich im Folgenden über die Planung und Durchführung von diversen Versuchsfahrten, deren Auswertung im Zusammenhang mit der Geräuschvorhersage und dem Erstellen einer Simulationsumgebung angenähert.



Aldag, Jannik;
Konzeptionierung, Vorauslegung und Komponentenauswahl eines Ammoniak-Retrofits für schnell- und mittelschnelllaufende Großmotoren unter Analyse von möglichen Synergien bauähnlicher Dual-Fuel- und fremdgezündeten Gasmotoren. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Mit dem Beschluss der Strategie zur Reduktion der Treibhausgasemissionen in der internationalen Seeschifffahrt hat sich die Internationale Maritime Organisation im Jahr 2018 zu einer nachhaltigeren Schifffahrt bekannt. Das ambitionierte Ziel ist, die jährlichen Treibhausgasemissionen der internationalen Schifffahrt bis zum Jahr 2050 um mindestens die Hälfte zu reduzieren. Dies lässt sich nur mit einer drastischen Reduktion des CO2-Ausstoßes durch die Verbrennung fossiler Energieträger in den Haupt- und Nebenmaschinen durch einen Umstieg von fossilen auf nachhaltige Kraftstoffe erreichen. Ammoniak hat sich diesbezüglich in den vergangenen Jahren als einer der vielversprechendsten Kandidaten herausgestellt. Zum aktuellen Zeitpunkt ist aber wenig darüber bekannt, wie ein mit Ammoniakmotoren angetriebenes Schiff aussehen könnte und welche Maßnahmen notwendig sind, um bestehende Motorenfamilien um ein Ammoniakderivat zu erweitern. In diesem Kontext ist diese Arbeit mit dem Ziel, die motorisch relevanten Eigenschaften von Ammoniak zusammenzutragen, den Stand der Technik festzuhalten, die Anforderungen an die Handhabung von Ammoniak an Bord von Schiffen herauszuarbeiten und das Synergiepotential mit bestehenden schnell- und mittelschnelllaufenden Motorenkonzepten zu analysieren, entstanden. Auf Basis des erlangten Wissens werden im Anschluss verschiedene Konzepte für die Nachrüstung einer bestehenden Motorenplattform auf Ammoniak als neuartigen Kraftstoff entwickelt und verglichen. Während Ammoniak insbesondere aufgrund des hohen Zündenergiebedarfs, der hohen Selbstzündungstemperatur und der geringen laminaren Flammenfrontgeschwindigkeit, große Herausforderungen an die Umsetzung eines motorisches Brennverfahren stellt, zeichnet es sich mit einer hohen Selbstzündungsfestigkeit und einer hohen Verdampfungsenthalpie als idealer Hochleistungskraftstoff aus. Aufgrund der speziellen Anforderungen an und Rahmenbedingungen von schnell- und mittelschnelllaufenden Motoren in maritimen Anwendungen kann kaum vergangene Forschungsarbeiten aufgebaut werden. Es existiert jedoch ein großes Potential, von Technologieüberträgen aus bestehenden Motorenkonzepten von Kraftstoffen mit einem niedrigen Flammpunkt wie Biogas, Erdgas oder Autogas, zu profitieren. Ammoniak kann in einem Verbrennungsmotor grundsätzlich in elektrisch fremdgezündeten Mono-Fuel, elektrisch und chemisch fremdgezündeten Dual-Fuel-Ottobrennverfahren sowie doppelt-diffusive Dieselbrennverfahren umgesetzt werden. Während elektrisch fremdgezündete Mono- und Dual-Fuel-Brennverfahren dabei nur als langfristige Lösungsansätze in Betracht gezogen werden können, birgen chemisch fremdgezündete Dual-Fuel- und doppelt-diffusive Brennverfahren das Potential, die Treibhausgasemissionen der internationalen Schifffahrt durch eine Implementierung von Ammoniak als Kraftstoff bereits mittelfristig zu reduzieren. Diese Thesis wird zu dem Entschluss kommen, dass die zentralen Motorkomponenten und Brennverfahrensparameter, die im Rahmen eines Retrofits Beachtung erfordern, das Kraftstoffversorgungs- und Einspritzsystem, das Zündsystem, die Ladungsbewegung und der Ventiltrieb, das Verdichtungsverhältnis, das Thermomanagement, die Abgasnachbehandlung und die Abgasturboaufladung sowie die Resistenz sämtlicher potentiell mit Ammoniak in Kontakt stehender Motorkomponenten gegen Korrosion sind.



Bonow, Maximilian;
Konzeptionelle Entwicklung eines Prüfstandes zur Untersuchung des Reibgeschehens im Reifen-Fahrbahn-Kontakt. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

In Folge des Reifenabrollvorganges auf der Fahrbahn entsteht Reifenabrieb, dieser wird gesundheitlich sowie ökologisch als problematisch angesehen. Die bei der Partikelablösung wirkenden Entstehungsmechanismen sind bisher weitestgehend unerforscht. In dieser Bachelorarbeit wird auf den Aufbau und die chemische Zusammensetzung des Reifens eingegangen. So kann im Folgenden eine Charakterisierung des tribologischen Systems Reifen-Fahrbahn vorgenommen werden und Eigenschaften der vorliegenden Reibpaarungen herausgearbeitet werden. Weiterhin findet eine ausführliche Literaturrecherche zu Tribologieprüfständen für Fahrzeugbremsen und Fahrzeugreifen statt. Im Zuge dessen werden aktuelle Entwicklungen aus Wissenschaft sowie Industrie aufgeführt. Die Versuchsaufbauten und ableitbaren Erkenntnisse sind im Einzelnen beschrieben. Das Hauptaugenmerk dieser wissenschaftlichen Arbeit, ist die konzeptionelle Entwicklung eines Prüfstandes zur Untersuchung des Reibgeschehens im Reifen-Fahrbahn-Kontakt. Im besonderen Fokus steht die Untersuchung mittels In-Situ Betrachtung, hierzu ist die Einsehbarkeit der Reibzone zu realisieren. In der konzeptionellen Entwicklung wird auf diese Besonderheit ausführlich eingegangen. Es werden Möglichkeiten erörtert, wie eine realitätsnahe Abbildung von Reifen und Fahrbahn möglich ist. Durch die Nachbildung einer transparenten Fahrbahn mit Oberflächentextur kann die Partikelablösung In-Situ im Prüfstand visualisiert werden. Der Reifenabrieb kann so, unteranderem in Abhängigkeit der Parameter Radlast, Fahrgeschwindigkeit und Schlupf, in Bereichen der Haft- und Gleitreibung analysiert werden.



Development of integrated chassis controller of electric vehicles. - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Die zunehmende Anzahl von Aktuatoren im Fahrwerk moderner Autos eröffnet das Potenzial für die Entwicklung neuer Systeme für Komfort und Fahrsicherheit. Das Vorhandensein einer großen Anzahl aktiver Systeme in einem Fahrzeug kann zu deren uneinheitlichem Betrieb führen. Eine integrierte Fahrwerksregelung ermöglicht den koordinierten Einsatz der vorhandenen Aktoren. Dadurch können die individuellen Grenzen der Komponenten erweitert werden, indem die Last auf die Systeme verteilt wird. Konflikte werden auf diese Weise vermieden. Dies erhöht die Sicherheit und den Komfort.



Stephan, Michael;
Analyse und Bewertung einer virtuellen Applikationsmethodik in der Getriebeentwicklung. - Ilmenau. - 74 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Die heutige Wirtschaft steht vor einem Wandel hin zu einer vollständig digitalisierten und virtualisierten Prozesskette. Anstoß zu dem Umbruch hat nicht nur die Entwicklung von Schlüsseltechnologien in den jeweiligen Fachbereichen gegeben, sondern auch Herausforderungen der Zukunft. Zu diesen zählen nicht nur die Effizienz eines Unternehmens und neue Technologien, sondern auch Gesellschaftliche Herausforderungen, wie zum Beispiel dem Klimawandel. Die Virtualisierung der eigenen Prozesse kann einem Unternehmen dabei helfen mit diesen Herausforderungen umgehen zu können und auch für die Zukunft gut vorbereitet zu sein. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich dementsprechend mit den Möglichkeiten und Methoden der Virtualisierung in der Getriebeapplikation in Zusammenarbeit mit der BMW AG. Diese ist ein Teilprozess in der Getriebeentwicklung. Dabei geht es darum das Schaltverhalten von Automatikgetrieben festzulegen, indem sogenannte Schaltkennlinien entwickelt werden. Dieser Prozess wird hauptsächlich manuell durchgeführt und bedarf vieler verschiedener Fahrten mit Versuchsfahrzeugen. Für die Virtualisierung von Prozessen muss zunächst die Struktur analysiert werden, um dann im darauffolgendem Schritt Verbesserungspotenziale erkennen zu können. Für die Verbesserung des Applikationsprozesses wird angestrebt eine unterstützende Software zu entwickeln, die die Ingenieure bei der Untersuchung von Fahrzeugvibrationen im Zusammenhang mit der Schaltkennlinie nutzen können. Die entwickelte Software wertet vorab die Daten einer Software-in-the-Loop-Simulation aus, damit die Ingenieure bei der Untersuchung der kritischen Fahrzeugzustände effizienter und gezielter vorgehen können. Die Auswertung der Daten findet anhand von festgelegten Filteroptionen statt, die der Benutzer selbst einstellen kann. Ergebnis der Auswertung ist ein Tabellenblatt mit den wichtigsten Messwerten des simulierten Fahrzeugs. Zusätzlich zu der Entwicklung des Programms wurde auch die Simulationsumgebung analysiert. Dabei handelt es sich um eine Software-in-the-Loop-Umgebung, die die Software der elektronischen Getriebesteuerung in einer Simulationsumgebung einbettet. Die Untersuchung hat gezeigt, dass diese nicht innerhalb der gesetzten Toleranzen liegt. Die Verläufe der realen und simulierten Geschwindigkeiten zeigen, dass die Simulation sowohl bei Beschleunigungs- als auch Bremsvorgängen zu träge reagiert. Für die Untersuchung der Abweichung wurden die aufgezeichneten Messdaten der Simulation statistisch ausgewertet. Als größter Verursacher dieser hat sich die Differenz der Motormomente zwischen Simulation und Realität herausgestellt. Ebenso wurden der Fahrwiderstand und auch die Schaltkennlinie untersucht. Bei dem Fahrwiderstand wurden zwar auch Abweichungen festgestellt, diese haben jedoch, ebenso wie die Schaltkennlinie, keine bedeutenden Auswirkungen auf die Geschwindigkeitsdifferenz.



Development of an integrated vehicle dynamics control. - Ilmenau. - 94 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

In diesen Jahren hat sich der Entwicklungsweg der Fahrzeugtechnik verändert. Die Entwicklung von Fahrzeugen mit konventionellem Kraftstoff verläuft immer langsamer. Aufgrund der zunehmenden Emissionsvorschriften haben alle Fahrzeugmarken wie BMW, Mercedes und VW ihren Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt auf Elektrofahrzeuge verlagert. Da das Internet und die fahrerlose Technologie mehr und mehr im Fahrzeug eingesetzt werden, entwickelt sich auch das Fahrzeug in Richtung Intelligenz. Daher verfügt es über verschiedene aufkommende Fahrerassistenzsysteme. Aber wenn sie zusammen in einem Auto arbeiten, kann es zu Interferenzen kommen, so dass der optimale Kontrolleffekt nicht erreicht werden kann. Daher verwenden die Menschen die integrierte Regelung, um dieses Problem zu lösen. Sie kann alle Kontrollziele eines Fahrzeugs ohne Interferenzphänomen integrieren. Es kann alle Regelungsziele eines Fahrzeugs ohne Interferenzphänomene integrieren. Und im Vergleich zur Entwicklung mehrerer Programme spart es auch R&D-Kosten. Als neue Generation von Elektrofahrzeugen hat das Elektrofahrzeug mit Radnabenmotor einen angeborenen Vorteil bei der Dynamikkontrolle. Denn es kann das Drehmoment präzise auf jedes Rad verteilen. Die Arbeit in diesem Papier ist es, einen integrierten Controller für IWM EV zu entwerfen, um seine dynamische Leistung zu verbessern. Die folgende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung dieser integrierte Regler. Zuerst werden die notwendigen Grundlagen der Regelungstechnik, der Fahrdynamik und der Fahrerassistenzsysteme dargestellt. Zweitens wird ein fahrzeugdynamisches Forschungsmodell vorgeschlagen und einige notwendige Fahrzeugtechnologien werden vorgestellt. Der dritte Teil beschreibt das Regelungsprinzip und das Prinzip der Regelungszuweisung des integrierten Reglers. Abschließend wird dieser integrierte Regler getestet und mit dem originalgeregelten Fahrzeug in verschiedenen Fahrszenen verglichen. Die Simulationsergebnisse werden zusammengefasst und der Regeleffekt des integrierten Reglers diskutiert.



Dittmann, Jan Thomas;
Vergleich und Bewertung der weltweiten Aktivitäten zur Regulierung von Bremsen- und Reifenverschleiß. - Ilmenau. - 160 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Durch den Abrieb von Bremsen und Reifen entstehen Feinstaubemissionen, die eine Gefahr für Gesundheit und Umwelt darstellen. Lange Zeit fanden diese Emissionen kaum Beachtung, stattdessen wurden die Abgasemissionen immer strenger reguliert und kontinuierlich verringert. Aktuell werden für die Emissionen von Bremsen und Reifen Forschungen durchgeführt und gesetzesvorbereitende Maßnahmen von verschiedenen Institutionen ergriffen. Die vorliegende Arbeit fasst den aktuellen Status der wichtigsten Handlungen zusammen. Des Weiteren werden die gesetzesvorbereitenden Maßnahmen anhand verschiedener Kriterien verglichen, gegenübergestellt und bewertet. Darüber hinaus werden Unterschiede und Gemeinsamkeiten bei einer möglichen Gesetzgebung, Typgenehmigung sowie Marktüberwachung dargestellt. Abgesehen von den genannten Maßnahmen, die mit Regulatorien eihergehen sind einige innovative Technologien entwickelt worden, die zu einer Reduzierung der freigesetzten Emissionen aus den genannten Quellen beitragen könnten.