Entwicklung einer 12-Tonnen-Starrachse für gezogene Fahrzeuge. - VI, 91 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Konstruktion einer starren 12-Tonnen-Anhängerachse mit integrierten und definierten Anbindungsstellen für Zusatzkomponenten, wie kundespezifische Federaggregate und Radgrößen. Zu Beginn wird der aktuelle Entwicklungsstand auf dem europäischen Markt und von firmeninternen Anhängerachsen mit Federeinbindungen ausgearbeitet. Anforderungs- sowie Rahmenbedingungen wurden in Anforderungslisten unter Berücksichtigung verschiedener Aspekte systematisch erfasst. Anschließend wurde der Achskörper und darauf folgend dessen Bremssystem mittels Auswahlverfahren und Berechnungsgrundlagen dimensioniert und konstruiert. Das Verhalten der Achse im Belastungsfall wurde mittels Autodesk Inventor Professional 2014 simuliert. Durch die Wahl der Radlagerung und der Montagestrategie wurde die 12-Tonnen-Starrachse eines gezogenen Fahrzeuges komplettiert. Zum Abschluss wurden zusammenfassend die betrieblich geforderten und in der Arbeit festgehaltenen Anbauteile und Erweiterungsmöglichkeiten visuell, 3-dimensional mittels Autodesk Inventor Professional 2014 dargestellt und ausgewertet.
Knarzuntersuchungen an einem flexiblen Tribologiemodul. - 137 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung des Knarzphänomens an Fahrzeugbremsen. Dies zeigt sich speziell bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe beim Lösen der Bremse und gleichzeitig anliegendem Antriebsmoment des Motors. Ursächlich für das Knarzen ist der sogenannte Stick-Slip-Effekt. Dieser beschreibt den Übergang der Reibpaarung Bremsbelag und Bremsscheibe vom Haften zum Gleiten. Dabei werden selbsterregte Schwingungen in das Bremssystem, das Fahrwerk, den Antriebstrang und die Karosserie übertragen. Diese Schwingungen führen im Fahrzeuginnenraum zu unangenehmen Körper- und Luftschallerscheinungen. Um dieses Komfortproblem näher zu beleuchten sind eingehende Untersuchungen bezüglich des Knarzphänomens und der tribologischen Eigenschaften der Bremsbeläge notwendig. Ziel ist eine Schnellcharakterisierung von Bremsbelägen. Hierfür wird auf ein am Fachgebiet Kraftfahrzeugtechnik der TU Ilmenau zur Verfügung stehendes flexibles Tribomodul zurückgegriffen. Dieses ermöglicht die Untersuchung des Bremssystems losgelöst von weiteren Fahrwerkskomponenten. Für die Versuche werden drei Ausbaustufen am Tribomodul betrachtet. Bei Stufe eins wird ein kompletter Bremssattel mit einer Graugussscheibe eingebaut und die zur Verfügung stehenden Bremsbeläge untersucht. In Stufe zwei wird der Bremssattel durch eine einseitige Bremsbelag-Aktuierung ersetzt und die Ergebnisse verglichen. In der letzten Ausbaustufe erfolgt zudem der Austausch der Graugussscheibe durch eine Vollglasscheibe mit Abstützung. Dies ermöglicht zudem eine In-Situ-Betrachtung der Vorgänge in der Reibfläche. Um die Ergebnisse am Tribomodul zu verifizieren erfolgt letztlich eine vergleichende Untersuchung an einem Versuchsfahrzeug. Es zeigt sich, dass durch Anpassung des Tribomoduls hinsichtlich seiner Steifigkeit eine gute Vergleichbarkeit zwischen dem Tribomodul mit Bremssattel und den Ergebnissen aus den Fahrversuchen gegeben sein sollte.
Entwicklung eines Geräuschprüfstandprogrammes zur Detektion von Bremsenquietschen basierend auf den aktuellen Anforderungen an eine PKW Reibbremse. - 106 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die Vermeidung von Störgeräuschen nimmt in der Automobilentwicklung immer mehr an Bedeutung zu. Insbesondere das Bremsenquietschen wird durch die hochfrequenten Schalldrücke als besonders unangenehm empfunden. Ziel dieser Arbeit ist es, die vorhandenen Bremsengeräuschprüfprogramme der BMW Group zu überprüfen und mittels Recherche der aktuellen Randbedingungen und Aufnahme von Fahrprofilen ein neues Prüfprogramm zur Detektion von Bremsenquietschen zu entwickeln. Hierfür werden auf Grundlage aktueller Studien und Fachliteratur die Randbedingungen der neuen Absatzmärkte, die klimatischen Bedingungen, Verkehrsaufkommen, Kundenverhalten und gesetzlichen Anforderungen untersucht. Zum Abgleich mit den vorhandenen Prüfprogrammen und zur Analyse der Auswirkung der äußeren Einflüsse sowie der Fahrzeugparameter werden erneut Fahrprofile aufgenommen. Die äußeren Einflüsse setzten sich aus dem Verkehr in der Stadt und dem Einfluss verschiedener Fahrer zusammen; die Fahrzeugparameter bestehen aus dem Einfluss der Fahrzeugmasse, der Bremsendimensionierung bzw. geometrischen Größen und der konstruktive Maßnahmen zur Kühlung. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden unter Einbezug gesetzter Anforderungen zum neuen Prüfprogramm zusammengefasst. Abschließend wird das neue Bremsengeräuschprüfprogramm am Prüfstand validiert und mit Ergebnissen aus dem Fahrversuch verglichen.
Adaption einer elektrischen Radnabenmaschine für die parametrische Konstruktion der Basiskonfiguration eines Corner-Moduls. - 162 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Aktive Corner-Module stellen ein neues Fahrwerkskonzept für moderne Elektrofahrzeuge dar. Die Verwendung erlaubt eine weitgehend freie Gestaltung des Gesamtfahrzeugs und bietet neue Möglichkeiten der Fahrdynamikregelung. Die Integration einer elektrischen Antriebsmaschine in das Rad hat allerdings weitreichende Folgen für das Betriebsverhalten der umgebenden Systeme Reibbremse und Radaufhängung. Nach einer umfassenden Analyse bisher entwickelter Radnabenantriebe wird in dieser Arbeit die Vielfalt der Potentiale und Grenzen dieses Antriebskonzepts aufgezeigt. Anschließend werden systematisch Anordnungen aktiver Corner-Module der Basiskonfiguration abgeleitet. Dazu werden der auftretende Kraftfluss und thermische Effekte betrachtet. Die Entwicklung des Corner-Moduls erfolgt für eine parallele Anordnung von Radnabenantrieb und Reibbremse, die dadurch weitgehend unabhängig voneinander betrieben werden können. Neben der Berechnung der Teilsysteme erfolgt auch eine Festigkeitsanalyse und Simulation der Wärmeübergänge. Es werden insgesamt fünf Varianten von Radnabenantrieben zur Nutzung in aktiven Corner-Modulen als parametrische Konstruktionen entwickelt. Die Skalierungsmöglichkeiten für verschiedene Fahrzeugkonzepte werden mit einem verknüpften Berechnungsprogramm aufgezeigt. Im Ergebnis dieser Arbeit kann der Bauraumbedarf einzelner Teilsysteme aktiver Corner-Module für eine Vielzahl von Anwendungen ermittelt werden, wodurch die Detailentwicklung von Radnabenantrieb, Reibbremse und Radaufhängung für zukünftige Forschungsarbeiten und Anwendungen erleichtert wird.
Bewertung unterschiedlicher Schaltventil-Designs eines Common-Rail-Injektors mit Piezo-Ansteuerung. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Aufgrund der kontinuierlichen Verschärfung der gesetzlichen Emissionsgrenzwerte für Kohlendioxid, Stickoxide und Partikelemissionen und der gleichzeitigen Forderung nach einer deutlich höheren spezifischen Leistung der Dieselmotoren zukünftiger Kraftfahrzeuge werden die Ansprüche an das in großer Breite eingesetzte Common-Rail-System aktuell immer größer. Um die Erfüllung der Anforderungen ermöglichen zu können, muss eine deutliche Steigerung des vorhandenen Systemdrucks umgesetzt werden. Hierdurch resultiert allerdings eine Erhöhung der Schaltkräfte und damit des Spannungsbedarfs eines Injektors. Dieser steht jedoch im Konflikt mit der durch das Steuergerät maximal lieferbaren Spannung, da die Spannung bei dem vorgesehenen Druck die vom Steuergerät vorgegebene Grenze übersteigt, weshalb es hierfür einer Lösung bedarf. Die Vorzugsvariante zur Reduzierung der benötigten Schaltkraft stellt die in dieser Arbeit behandelte Lösung der Reduzierung des Sitzdurchmessers des im Injektor vorhandenen Schaltventils dar. Hierzu wird im Zuge der vorliegenden Niederschrift zunächst mithilfe theoretischer Abschätzungen der Spannungsvorteil gegenüber bestehenden Schaltventilvarianten bestimmt und daraufhin mit vorhandenen Musterteilen zukünftiger Injektorgenerationen Versuche zur Bestimmung des vorhandenen Spannungsbedarfs durchgeführt. Darüber hinaus wurden außerdem die hydraulischen Eigenschaften verschiedener Schaltventildesigns vermessen und daraufhin verglichen. Weiter wurde innerhalb der Arbeit die Messung des hydraulischen Ventilsitzdurchmessers zur Überprüfung der Musterteile eingeführt. Abschließend erfolgten eine statistische Bewertung der ermittelten Ergebnisse und die Empfehlung einer Vorzugsvariante bezüglich des gesetzten Ziels der Spannungsreduzierung.
Simulation und Entwicklung passiver Radaufhängungsmodule für aktive Corner-Module. - 138 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein bestehendes Auslegungssystem für Radaufhängungskinematiken aktiver Corner-Module überarbeitet und erweitert. Dazu wird u. a. die Betrachtung des Bauraums intensiviert und eine genaue Untersuchung der Lenkachse in den Prozess integriert. Um das Wissen um die Zielkennlinien der Kinematikentwicklung auf eine breitere Basis zu stellen, werden unter Zuhilfenahme eines taktilen Vermessungssystems die Anlenkpunkte von Referenzkinematiken von modernen, auf dem Markt verfügbaren Fahrzeugen ermittelt. Durch Simulation dieser Aufhängungen in der Mehrkörpersimulationssoftware Adams® können die bestehenden Zielkennlinien des Auslegungssystems in ihren Tendenzen angepasst werden. Auf Basis dieses Systems werden entsprechende Vorbetrachtungen durchgeführt. Dabei kristallisieren sich gut geeignete Bereiche für die Lage der Lenkachse heraus. Aus dieser Kenntnis heraus wird eine umfangreiche Modellierung von geeigneten Kinematikmodellen in der Mehrkörpersimulationssoftware Adams® durchgeführt. Diese Modelle sind spezifisch auf detaillierte Szenarien von Maschinen- und Reibbremsgestaltung zugeschnitten und orientieren sich an aufbauseitigen Bauraummodellen. Es werden sowohl konventionelle Radaufhängungen als auch der Typ der linearen Radaufhängung betrachtet. Über eine Gesamtfahrzeugsimulation erfolgt eine funktionale Absicherung. Es folgt die beispielhafte konstruktive Umsetzung eines Teils der Modelle. In diesem Zusammenhang wird eine Belastungsanalyse für die Bauteile der Radaufhängung durchgeführt. Koppelelemente werden überschläglich dimensioniert. Die entworfenen Lenker werden einer Finite-Elemente-Simulation unterzogen. Weiter werden eine Sensibilitätsanalyse für die Verschiebung von radseitigen Anlenkpunkten geschaffen und Möglichkeiten eines Baukastens für Radaufhängungskinematiken angedacht.
Konzeption eines schaltbaren Stellglieds im Ventitrieb eines 4-Zylinder Ottomotors in Kombination mit einer schaltbaren Nockenwelle. - 74 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Diese vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Konzeption eines schaltbaren Stellglieds im Ventiltrieb eines 4-Zylinder Ottomotors in Verbindung mit einer schaltbaren Nockenwelle. Die Aufgabe dieses schaltbaren Stellglieds soll die Ermöglichung einer Zylinderabschaltung sein, welches gleichzeitig als schaltbares hydraulisches Ventilspielausgleichselement ausgeführt sein soll. Eine Problemstellung umfasst hierbei der geringe zur Verfügung stehende Bauraum. Für die Erarbeitung werden zunächst die relevanten Grundlagen im Bezug auf die Zylinderabschaltung und den Ventiltrieb gesetzt, woraufhin die Konzeptionierung des Stellgliedes folgt. Zu Beginn der Entwicklungsphase werden die für die Gesamtfunktion benötigten Teilfunktionen und deren Zusammenwirkung mit funktionsrelevanten Umgebungsparametern herausgearbeitet und in einer Anforderungsliste weiter präzisiert. Hierauf folgt eine Untersuchung des Bauraumes bei dem vorgegebenen Motor. Die Integration und Untersuchung zweier bereits entwickelter schaltbarer hydraulischer Ventilspielausgleichselemente in den angeführten Motor bilden den Abschluss der Ventilsteuerungsanalyse. Vor einer grafischen Darstellung werden mit Hilfe einer Kombinationstabelle alle möglichen Lösungen, der in der Gesamtfunktion erarbeiteten Teilfunktionen, aufgeführt und miteinander variiert. Aus der Kombinationstabelle ergibt sich eine mögliche Kombination, die wiederum durch unterschiedliche Anordnungen und Ausführungen in vier Lösungskonzepte mündet und daraufhin bewertet werden. In dem darauf folgenden Resultat wird die beste der dargestellten Lösungen herausgestellt und Aufgaben für eine Weiterentwicklung des Konzepts wiedergegeben.
Erstellung eines Motormodells zur Simulation des Motorprozesses eines Vierzylinder Dieselmotors. - 99 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die Motorprozess-Simulation ist heutzutage nicht mehr aus der Motorenentwicklung wegzudenken. Sie erweitert zum einen die Möglichkeiten im Entwicklungsprozess und kann zum anderen dessen Effizienz steigern. Durch den neuen Motorenprüfstand des frisch gegründeten Fachgebiets Energieeffiziente Fahrzeugantriebe bietet sich aktuell erstmalig der Einsatz der Motorprozess-Simulation an der TU Ilmenau an. Zur simulativen Begleitung der experimentellen Untersuchungen wird hierzu mithilfe des Programmpakets GT-SUITE im Rahmen dieser Arbeit ein Modell für den ersten Prüfstandsmotor erstellt. Es handelt sich dabei um einen direkteinspritzenden Vierzylinder Dieselmotor mit Abgasturboaufladung. Ausgehend von grundlegenden Erläuterungen der im Modell verwendeten Elemente werden die für die Modellerstellung benötigten Parameter gesammelt und entsprechende Werte ermittelt. Da hierbei nicht alle Größen vom realen Motor verfügbar sind, muss teilweise auf andere Quellen zurückgegriffen werden. Im Anschluss werden auf dieser Grundlage zwei Varianten des Modells erstellt, die sich hinsichtlich des Verbrennungsmodells und der Einspritzung unterscheiden. Sie bilden jeweils den Motor im Bereich von Verdichteraustritt bis Turbineneintritt ab und werden je nach Anforderung an die Simulation eingesetzt. Daraufhin werden einige Simulationen durchgeführt, anhand derer das Modell auf nachvollziehbares Verhalten überprüft wird. Dazu zählt zum einen der Einfluss der Steuerzeiten auf die Zylinderfüllung. Weiter wird der Einfluss von ausgewählten Parametern der Einspritzung und des Verbrennungsmodells auf die Verbrennung untersucht. Außerdem werden einige Ergebnisse beider Modellvarianten mit Messdaten verglichen und abschließend bewertet. Mit dieser Arbeit wurde eine Arbeitsgrundlage für die Motorprozess-Simulation, insbesondere mit GT-SUITE, geschaffen, anhand derer das dabei erstellte Modell erweitert oder ein anderes von Grund auf neu aufgebaut werden kann.
Thermische Gesamtfahrzeugsimulation mit OpenFOAM. - 97 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
In dieser Arbeit wird die Umsetzbarkeit der Strömungssimulation eines Gesamtfahrzeugs mit konvektivem Wärmeeintrag mit der frei verfügbaren Software OpenFOAM geprüft. Dazu wird ein Referenzmodell für verschiedene Lastfälle sowohl mit OpenFOAM, als auch mit dem etablierten CFD-Löser VECTIS simuliert und ein Vergleich der Ergebnisse durchgeführt. Das Tool wird anschließend unter dem Aspekt der Abbildung der Strömungsphysik sowie der Performance und Handhabung bewertet. Es zeigt sich, dass OpenFOAM grundsätzlich für die thermische Gesamtfahrzeugsimulation geeignet ist und die Verwendung hinsichtlich des Zeitaufwandes Vorteile mit sich bringt. Vor einem produktiven Einsatz ist jedoch eine umfangreiche Validierung notwendig.
Entwicklung und Implementierung eines alternativen Bediensystems für die Längsbeschleunigungen von Kraftfahrzeugen. - 142 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Durch die zunehmende Elektrifizierung des Antriebsstrangs im Kraftfahrzeug sowie die gesteigerten Anstrengungen, Energie durch Rekuperation zurückzugewinnen, etablieren sich Brake-By-Wire-Systeme immer weiter als Basisstruktur. Für das Fahrpedal hat sich bereits zu großen Teilen die elektronische Signalübertragung durchgesetzt. Hierbei ergeben sich neue Möglichkeiten hinsichtlich der Abstimmung und Auslegung der einzelnen Bediencharakteristika. Aufgrund der mechanischen Entkopplung muss jedoch das Pedalgefühl, vor allem für die Bremse, simuliert werden. Dies ist ein kostenintensiver und entwicklungstechnisch aufwändiger Prozess, welcher bei kraftgesteuerten Bedienelementen eliminiert werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Masterarbeit wird ein solches kraftgesteuertes Bediensystem zur Regulierung der Längsbeschleunigung von Kraftfahrzeugen entwickelt und in Form eines Prototyps umgesetzt. Genutzt wird ein Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe, bei dem die Fahrer die Möglichkeit haben, für Brems- und Fahrpedal jeweils individuelle Pedalkennlinien zu konfigurieren. Um fundierte Grundlagen zu erhalten, nach denen das alternative Bediensystem entwickelt werden kann, ist eine Definition der Randbedingungen nötig. Zu diesen Randbedingungen gehört die Dosierbarkeit des menschlichen Fußes hinsichtlich Kraft und Weg sowie die detaillierte Vermessung herkömmlicher Bedienelemente. Das aufgebaute alternative Bediensystem wird abschließend durch Probandenversuche verifiziert. Darüber hinaus wird ein alternatives Pedalsystem in Form einer geteilten Trittplatte entwickelt, konstruiert und schließlich im Fahrzeug verbaut.