Abschlussarbeiten des FG-Kraftfahrzeugtechnik

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Erstellt: Sun, 26 Sep 2021 09:57:06 +0200 in 0.3671 sec


Klimanov, Pavel;
Improving the design of an internal combustion engine in CAD systems. - Ilmenau. - 106 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Die Entwicklung von Konstruktionsmethoden, Modellierung und Konstruktionsanalyse in CAD reduziert die Kosten für teure Feldversuche erheblich und deren Verbesserung ist eine dringende Aufgabe. Die in der Arbeit durchgeführte Analyse der bestehenden Strukturen von Dämpfern für Pkw-Motoren und Methoden zu deren Berechnung ermöglichte es, das Ziel und die Aufgabenstellung der Arbeit zur Entwicklung einer integrierten Methodik für deren Auslegung mittels CAD zu formulieren. Der Dämpferentwurfsalgorithmus basierte auf einer harmonischen und modalen Analyse des Torsionssystems eines Pkw-Motors basierend auf elektronischen Modellen, die in CAD entwickelt wurden. Mittels Ingenieuranalyse bei CAE wurde eine detaillierte Untersuchung des Gummidämpferelements (Dämpfung von Torsionsschwingungen) durchgeführt, die Abhängigkeit seiner Verschiebung vom Drehmoment ermittelt und der Steifigkeitskoeffizient berechnet. Basierend auf den Simulationsdaten im CAD wurde eine Analyse des Systems mit und ohne Dämpfer sowie eine Festigkeitsanalyse von Krone und Nabe des Dämpfers durchgeführt. Die Ergebnisse einer wirksamen Dämpfung von Torsionsschwingungen des Motors unter Verwendung des konstruierten Dämpfers wurden erzielt, die die Machbarkeit dieser Konstruktionstechnik bewiesen. 1. Die Literaturanalyse hat verschiedene Typen von Dämpfern für Torsionssysteme von Verbrennungsmotoren etabliert und es ermöglicht, ein Analogon eines Dämpfers für einen Verbrennungsmotor eines Personenkraftwagens zu wählen. 2. Ein Entwurf eines Dämpfers für einen Pkw-Motor wurde im CAD entwickelt und die kinematischen und dynamischen Eigenschaften seines Betriebs mit Hilfe einer Harmonischen erhalten. 3. Mit Hilfe der Modalanalyse des Betriebs des Kurbelwellensystems ohne Dämpfer wurde festgestellt, dass die Amplituden der unter dem Einfluss von Oberwellen der 4. und 6. Ordnung auftretenden Torsionswinkel die zulässigen Torsionswinkel überschreiten. 4. Es wird gezeigt, dass die Eigenschwingungsfrequenz des konstruierten Dämpfers 360 Hz beträgt und seine Verwendung es ermöglicht, Schwingungen zu reduzieren und die Verdrehwinkel um das 42-fache zu reduzieren. 5. Es wurde ein Verfahren zur Auslegung und Modellierung eines Torsionsschwingungsdämpfers des Kurbelwellensystems eines Pkw-Motors entwickelt.



Nichtintrusive Katalysatordiagnose während der Schubabschaltung. - Ilmenau. - 97 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Diese Masterarbeit befasst sich mit der Funktionsentwicklung einer Katalysatordiagnose für die Verwendung in zukünftigen BMW Ottomotoren. Nach geltenden Gesetzgebungen müssen Drei-Wege-Katalysatoren (TWC, aus dem Englischen: Three-Way-Catalyst) während des Fahrzeugbetriebs im Rahmen der On-Board-Diagnose überwacht werden um Defekte, Verschleiß und Manipulationen zu erkennen. Ziel dieser Arbeit ist es, ein alternatives Diagnoseverfahren für die Erkennung von beschädigten bzw. verschlissenen Drei-Wege-Katalysatoren zu entwickeln. Das Hauptaugenmerk der Masterarbeit liegt dabei auf der Entwicklung und Prüfung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit dieser Diagnose, um weltweit aktuelle und zukünftig geltende Forderungen aus Diagnose- und Abgasgesetzgebungen zu erfüllen. Im ersten Schritt wurde ein MATLAB Simulink-Modell zum Abbilden einer potentiellen zukünftigen Diagnose erstellt. Anschließend wurde das Modell mit Daten von bestehenden Motorprojekten getestet, um mögliche Worst-Case-Einsatzszenarien zu identifizieren und die Diagnose zu optimieren. Anhand dieser Worst-Case-Szenarien, einem weiten Spektrum an Einsatzszenarien und der daraus abgeleiteten Optimierung der Diagnose, wurde eine Umsetzbarkeit dieser Diagnose in Serienfahrzeuge geprüft. Schlüsselwörter: Drei-Wege-Katalysator, Funktionsentwicklung, On-Board-Diagnose, Steuergeräte-Appli-kation, MATLAB/Simulink



Storch, Lukas;
Grundlegende tribologische Untersuchungen von korrodierten Reibpartnern einer Kraftfahrzeugbremse. - Ilmenau. - 110 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Die zunehmende Elektrifizierung des Antriebsstrangs verändert die Entwicklungsschwerpunkte von Reibungsbremsen bei Kraftfahrzeugen. Angesichts der Fähigkeit zur Bremsenergierückgewinnung (Rekuperation) durch die E-Maschine sind die Reibungsbremsen im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen seltener und weniger intensiv im Einsatz. Korrosionsprodukte verbleiben demnach länger auf den Reibkörpern und können die Eigenschaften der Bremse nachteilig beeinflussen. Jener Einfluss soll im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden. Dafür wird die Reibwertentwicklung verschiedener konventioneller und alternativer Reibpartner im korrodierten Zustand beobachtet und der Reibkontakt mittels In-Situ Untersuchungen an einem Tribologie-Prüfstand beschrieben. Parallel dazu werden Emissionsmessungen durchgeführt, um den Einfluss von Korrosion auf die Feinstauberzeugung der Bremse zu beurteilen. Eine Beschreibung des (Oberflächen-) Zustands und der chemischen Veränderungen der Reibpartner nach der Korrosionsprozedur komplettiert die Untersuchungen.



Chen, Lili;
Ein Beitrag zur Steigerung eines ausfallsicheren Betriebs einer vernetzten Simulations- und Prüfstandsumgebung im Kontext von X-in-the-Loop. - Ilmenau. - 55 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Im Rahmen dieser Arbeit wird die Echtzeitfähigkeit der Datenübertragung verbessert, sodass der ausfallsichere Betreib einer Simulations- und Prüfstandsumgebung sichergestellt werden kann. Um diese Aufgabe zu erledigen, wird eine Methode zuerst vorgestellt, mit der die relevanten Übertragungsfehler (z.B Datenverlust, Übermittlung falscher Datenwerte usw.) automatisch erkannt werden können. Gegen diese Fehler werden die Abhilfemaßnahmen entworfen, dadurch die Simulationsarbeit im sicheren Zustand funktioniert kann. Außerdem wird ein Tester zur Fehlerinduktion entwickelt, um die Wirksamkeit der oben vorgestellten Methoden zu bewerten. Zum Schluss werden die Auswirkungen der Übertragungsfehler auf die Qualität der Datenübertragung diskutiert.



You, Zhiwen;
Entwicklung eines Szenarien-Management-Systems für Fahrdynamiksimulationen in X-in-the-Loop Umgebungen. - Ilmenau. - 50 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Die zunehmende Komplexität von Kraftfahrzeugen macht den Einsatz der Fahrdynamiksimulation für einen effektiven Entwicklungsprozess unverzichtbar. Simulationen erlauben dabei die Effizienz der Tests zu optimieren und die Testkosten zu reduzieren Das Ziel dieser Arbeit liegt darin, einen Szenario-Management für eine X-in-the-Loop-Simulationsumgebung aufzubauen, um verschiedene Fahrszenarien simulieren zu können. In dieser Arbeit wird eine virtuelle Testumgebung mit einer kombinierten Simulationssoftware aus IPG CarMaker und Simulink erstellt. Ein entwickeltes Fahrermodell wird verwendet, um die Experimenten durchzuführen. Die entwickelten Testszenarien und das Fahrermodell werden mit einem geeigneten Versuchsfahrzeug virtuell getestet. Die Ergebnisse der Simulationen werden analysiert und ausgewertet. Gleichzeitig erlaubt das Szenarien-Management eine komfortable Verwaltung der Testszenarien, wodurch der Versuchsprozess vereinfacht wird und der Grundstein für X-in-the-Loop Testen gelegt wird.



Kuhlmeier, Max;
Grundlegende Korrosionsuntersuchungen von Reibungsbremsungen am Realfahrzeug. - Ilmenau. - 106 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Reibungsbremssysteme sind in Kraftfahrzeugen unerlässliche Funktionsgruppen, um die Sicherheit im Straßenverkehr zu gewährleisten. Durch die immer weiter steigende Stückzahl von Fahrzeugen mit Elektromotoren als Antriebsform sinkt der Anteil, den Reibungsbremsen zur Verzögerung beitragen. Neben einigen positiven Aspekten, wie der Energierückgewinnung und der Emissionssenkung, bringt dies allerdings auch Schwierigkeiten mit sich. Denn durch die verringerte Nutzung der traditionellen Bremse findet die Selbstreinigung dieser kaum noch statt. Ohne diesen Prozess schreitet die Bildung von Korrosionsprodukten immer weiter voran, welche die Bremse in ihrer Funktion und Sicherheit einschränken. Da Reibungsbremsen aber einen essenziellen Aspekt für Fahrzeuge darstellen und deshalb weder komplett durch Alternativen ersetzt werden können, noch in einem beschädigten Zustand sein dürfen, bleibt im letzten Schritt nur das Ersetzen geschädigter Teile. Dadurch kann die Reibpaarung wieder in einen optimalen Zustand gebracht werden. Auch in der Automobil- und Zulieferindustrie wurde dieses Problem erkannt, wodurch beispielsweise schon erste Entwicklungen zu korrosionsarmen oder -freien Bremsscheiben in der Praxis Anwendung finden. Solche Alternativen sind jedoch meist auch mit einem erhöhten Kostenaufwand verbunden, was dazu führt, dass sie derzeit noch keinen Einzug in die breite Masse finden. Aus diesem Grund soll das Korrosionsverhalten von herkömmlichen Reibpaarungen in PKWs in dieser Arbeit untersucht werden. Problematisch ist hierbei, dass über beschleunigte Korrosionsprozeduren für die Bremssysteme nur eine Aussage über den Worst Case möglich ist. Deshalb werden alle in dieser Arbeit durchgeführten Versuche an Bremsenteilen eines Kraftfahrzeuges durchgeführt, welches sich in realer Nutzung befindet. Dabei kann durch die Ausstattung des Fahrzeuges sowohl auf die weit verbreitete Scheibenbremse als auch auf die in den letzten Jahren stark verdrängte Trommelbremse eingegangen werden. Durch die Untersuchungen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass sich Scheiben- und Trommelbremsen in ihrer Korrosionsbildung deutlich unterscheiden. Außerdem wurde festgestellt, wie sich verschiedene Einflussfaktoren auf das Ergebnis auswirken. Es stellte sich heraus, dass Korrosion, welche künstlich erzeugt wurde, sich nicht mit jener aus typischen Alltagsszenarien vergleichen ließ.



Potentiale und Herausforderungen batterieelektrischer Fahrzeuge mit radindividuellem Antrieb bezüglich Fahrdynamik und Sicherheit. - Ilmenau. - 44 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Mit der weiteren Entwicklung der Fahrzeugtechnik kommt das ernste Problem der Umweltverschmutzung und der Verknappung der Ölressourcen. Konventionelle Fahrzeugemissionen sind eine der Hauptquellen für die Luftverschmutzung in Städten. Elektrofahrzeuge nutzen keine fossilen Brennstoffe wie Erdöl oder -gas und kann so die Mangel der Ölressourcen effektiv lindern und die Verschmutzung der Atmosphäre durch Autoabgase reduzieren. Derzeit sind technische Forschungen zu Elektrofahrzeugen ein beliebtes Thema. Gleichzeitig gibt das Elektrofahrzeug ein neuer Fahrzeugtyp, nämlich Elektrofahrzeug mit radindividuellem Antrieb. Ein Vorteil dieser Fahrzeuge ist, dass die Fahrdynamikregelung wegen einzeln steuerbarem Elektromotor mehr Genauigkeit bieten kann. In der Bachelorarbeit wird dieses Thema über Elektrofahrzeug mit radindividuellem Antrieb bezüglich Fahrdynamik und Sicherheit eingeleitet. Radnabenantrieb, nämlich die Räder werden von Nabenmotoren angetrieben. Das Elektrofahrzeug hat mehr Freiheiten bei der Steuerung als ein konventionelles Fahrzeug. Durch die in der Arbeit durchgeführte Literatur- und Patentrecherche werden Möglichkeiten zur Verbesserung von Fahrdynamik und Fahrsicherheit durch Optimierung bereits bestehender Fahrdynamikregelsysteme wie ABS, ESP und TVC untersucht.



Durchführung von Fahrversuchen mit einem dynamischen Fahrsimulator und Modellierung verschiedener Fahrermodelle. - Ilmenau. - 120 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Die heutigen Fahrzeuge werden zunehmend mit unterschiedlichsten Fahrerassistenzsystemen ausgestattet. Diese unterstützen den Fahrer sowohl bei längsdynamischen als auch bei querdynamischen Manövern. Bei der Entwicklung dieser Systeme sollte das individuelle Fahrverhalten der Fahrer und der vorherrschende Automatisierungsgrad berücksichtigt werden. Aufgrund der Rahmenbedingungen, die die reale Fahrzeugerprobung mit sich bringt, und dem daraus entstehenden hohen Aufwand werden Tests zunehmend in die digitale Welt übertragen und in simulierten Fahrmanövern wiedergegeben. Aus dieser Notwendigkeit heraus wurde in dieser Arbeit ein Konzept auf Basis von Probandenversuchen mit einem dynamischen Fahrsimulator entwickelt, womit das Fahrverhalten klassifiziert und entsprechend in längs- und querdynamische Führung umgesetzt wurde. Es wurde eine Simulationsumgebung geschaffen, wobei das oberste Ziel darin bestand, für die Probanden eine realitätsnahe Simulationsumgebung zu entwickeln. Mittels einer Fahrsimulationssoftware wurden verschiedene Szenarien modelliert, die das Fahrverhalten der Probanden aufzeigten. Hierbei wurden Auffälligkeiten sowohl im Fahrverhalten der Probanden als auch zwischen den Szenarien identifiziert und dies anhand von längs- und querdynamischen Parametern auf-gezeigt. Die Unterschiede wurden in Bezug auf die Szenarien Stadt, Land und Autobahn und in Bezug auf die Dynamik in 5 Fahrverhaltensklassen eingeteilt. Dazu zählten die Längs- und Querbeschleunigung, die Pedalerie, die Pedalbetätigungsgeschwindigkeit, die Fahrzeuggeschwindigkeit sowie das Lenkverhalten. Auf Basis eines regelbasierten Ansatzes sind die Parameter in ein Künstliches Neuronales Netz zum Trainieren eingeflossen. Im Wesentlichen entstand so ein echtzeitfähiges Modell, welches das aktuelle Fahrverhalten situationsabhängig klassifiziert. Aufbauend darauf wurden die zuvor identifizierten Parameter Fahrzeugbeschleunigung, Pedalerie, Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Reaktionszeiten und Pedalwechselzeiten zur Umsetzung des realen Fahrverhaltens als notwendige Parameter ausgewählt und in ein Fahrermodell für die längs- und querdynamische Regelung eingebunden. Die gewählte Längsregelung basiert auf einer Geschwindigkeitsregelung mit Erweiterung einer Beschleunigungsregelung mit PI-Regelung sowie die Querregelung auf einer Stanley-Regelung basiert. Das so entstandene Modell konnte dadurch verschiedene Dynamiken eines realen Fahrverhaltens je Szenario Stadt, Land und Autobahn und für eine Gefahrenbremsung umsetzen. Fahrerabhängige Reaktions- und Betätigungszeiten wurden erfolgreich in das Modell integriert.



Feist, Felix;
Optimierung der Verschleißmessung von Reifen an einem Vier-Rollen-Prüfstand. - Ilmenau. - 107 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Der Verschleiß des Fahrzeugreifens wirkt sich als Bestandteil der non-exhaust emissions auf die Emissionen des Gesamtfahrzeuges aus. Die aufgrund der Tribologie im Reifen-Fahrbahn-Kontakt wirkenden Verschleißmechanismen resultieren in einer Emission von Partikeln, welche aufgrund ihres geringen aerodynamischen Durchmessers über die Lunge in den Blutkreislauf des Menschen gelangen können. Die Ursachenforschung zur Entstehung dieser Partikel lässt sich im realen Fahrbetrieb angesichts des Einflusses von Witterungsbedingungen, Verkehrsaufkommen und unterschiedlicher Fahrbahnbeschaffenheiten nur bedingt betreiben und ist daher überwiegend in kontrollierten Umgebungen durchzuführen. Diese Arbeit befasst sich mit der Implementierung von Verschleißzyklen an einem Corner-Modul-Aufbau eines Vier-Rollen-Leistungsprüfstandes, um die Partikelemissionen und den Verschleiß des Reifens unter reproduzierbaren Bedingungen zu untersuchen. Dabei sind anhand von Messdaten aus Fahrversuchen eines RDE-konformen Streckenprofils eine möglichst repräsentative sowie eine dynamische Fahrweise abzubilden. Die implementierten Zyklen sind hinsichtlich der Einflussgrößen auf die Partikelemission zu optimieren und durch die Bestimmung von Abrasionsraten anhand von realen Fahrversuchen zu validieren. Durch die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Prüfstands- und Fahrversuche konnten die Parameter Radlast, Geschwindigkeit, Lenkwinkel und Temperatur als signifikante Einflussgrößen auf die Partikelemission des Reifens identifiziert werden. Durch weitere Versuche konnte anhand der gezielten Erwärmung des Laufstreifens indiziert werden, dass der Reifen durch den Temperatureinfluss zur Emission besonders volatiler Bestandteile neigt.



Schinkoff, Maxim;
Analytische und experimentelle Beschreibung von Non-Exhaust Emissionen im Fahrzeugumfeld. - Ilmenau. - 99 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

In der heutigen Zeit stehen Kraftfahrzeuge auf Grund von den verursachten Abgasemissionen schon seit Jahren in der Politik und Öffentlichkeit in der Kritik. Während diese Abgasemissionen über die Jahre durch Normen und Gesetze immer weiter reguliert und somit gesenkt werden, rücken Emissionen verursacht durch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Resuspension von Feinstaub durch den Reifen immer weiter in den Fokus. Diese sogenannten Non-Exhaust-Emissionen sind in Bezug auf Verbleib und Verhalten in der umliegenden Luft und Umwelt noch wenig erforscht. Die vorliegende Masterarbeit befasst sich dazu mit der Weiterentwicklung und Validation von einem bestehenden Viertelfahrzeug-Strömungsmodell. Dazu werden mittels Simulation die Partikelströme sowie Partikelablagerungen für die verursachten Emissionen an Reifen und Bremse separat untersucht. Für eine repräsentative Partikelablagerung wird dabei eine Sensitivitätsanalyse zu einem Ablagerungsmodell durchgeführt und das Ablagerungsmodell auf das Strömungsmodell übertragen. Zudem werden an einem Windkanal mit einem Viertelfahrzeug die jeweiligen Strömungen der Partikel durch separate Injektionen an Bremse und Reifen mit Hilfe eines PIV-Versuchs veranschaulicht. Zusätzlich finden Beladungsversuche unter anderem mit angebrachten Probepads statt, welche quantitativ die Partikelablagerung an Felge sowie Karosserie und Unterboden beschreiben. Zum Schluss findet ein Vergleich der Ergebnisse aus Simulation und Prüfstand statt, womit das Strömungsmodell validiert wird.