Entwicklung eines Konzeptes zur Reibkraftmessung an Scheibenbremsen. - 91 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von Konzepten zur Erfassung von Reibkräften an Scheibenbremsen. Dafür werden zunächst die Grundlagen des Systems Scheibenbremse und zweier Prinzipien der Kraftmessung erläutert, sowie vorhandene Konzepte untersucht. Aus den dargestellten Vor- und Nachteilen, sowie den definierten Anforderungen, werden anschließend neue Konzepte für die Messung der Reibkraft erarbeitet, welche im Verlauf dieser Arbeit praktisch untersucht werden. Nach der Kalibrierung dieser Konzepte, nach ISO 376:2011, erfolgt die Validierung der Konzepte am nicht rotierendem Bremssystem. Anschließend erfolgen Untersuchungen am Bremsenprüfstand um zu ermitteln, wie sich die Konzepte unter realen Betriebsbedingungen mit rotierender Scheibe verhalten. Dabei wird auf den Verlauf der Reibkraft, bezogen auf das Bremsmoment, sowie auf die Reibkraftamplitude bei Anregung des Bremssystems eingegangen. Im letzten Teil der Arbeit wird eine Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse durchgeführt, die zusammen mit den vorangegangenen Versuchen klärt, welches Konzept für die Reibkraftmessung am geeignetsten ist. Dabei wird vor allem auf die Frequenz- und Temperaturabhängigkeit der Konzepte eingegangen.
Modellentwicklung eines elektrischen Antriebsstrangs zur Energieverbrauchsanalyse und dessen Implementierung in die Software eines Bbw-Forschungsfahrzeugs. - 104 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Es soll mit Hilfe des Programms LabVIEW der Firma National Instruments ein parametrierbares Modell eines elektrischen Antriebsstrangs entwickelt werden, welches die energetische Berücksichtigung von Antriebs- und Bremsvorgängen beinhaltet. Dieses soll in die Software eines Forschungsfahrzeugs implementiert werden, wobei Hardware-in-the-Loop-ähnlich in diesem Fahrzeug ein Elektroantrieb simuliert wird. Ein inhaltlicher Schwerpunkt der Bearbeitung ist, wie man mit regenerativen, entkoppelten Bremssystemen kinetische Energie, die bei Bremsungen mit konventionellen Bremsanlagen verloren geht, in elektrische Energie umwandeln und damit dem Antrieb des Fahrzeugs wieder zuführen kann. Dabei ist insbesondere von Bedeutung, in welchem Umfang Energie zurückgewonnen werden kann. Mit dem Fahrzeug wurden zur Modellentwicklung sowie zur Validierung des entstandenen Programms Versuchsfahrten durchgeführt. Die daraus gewonnenen Messdaten werden ausgewertet, sodass Aussagen zur Eignung des Programms, Energieverbräuche zu ermitteln, ermöglicht werden.
Entwicklung und experimentelle Validierung von Baugruppen und Komponenten einer Perimeter-Scheibenbremse. - 97 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Mit der vorangetriebenen Elektrifizierung des Automobils gewinnen neuartige Konzepte des Viertelfahrzeuges, so genannte aktive Corner-Module, zunehmend an Bedeutung. Sie beinhalten die Funktionen Antrieb, Bremse, Lenkung und Radaufhängung in einer kompakten, radnahen Baugruppe und ermöglichen dadurch neue Fahrzeugarchitekturen und -konzepte. In diesem Zusammenhang stellen elektrische Radnabenantriebe einen interressanten Ansatz zur Gestaltung der Antriebsfunktion dar. Diese machen durch einen hohen Grad der Bauraumintegration eine Umgestaltung des konventionellen Reibbremskonzepts notwendig. Eine mögliche Lösung dafür stellt die innenumgriffene Perimeterbremse dar. Im Gegensatz zur konventionellen Scheibenbremse umgreift der Bremssattel den hier radial außen angebundenen Reibring am inneren Umfang. Dies führt zu entsprechend veränderten Geometrien von Bremsscheibe und Sattel, welche die Gestaltung einzelner Funktionsgruppen aber auch das grundsätzliche Betriebsverhalten entscheidend beeinflussen. Die vorliegende Arbeit befasst sich vor diesem Hintergrund mit der Untersuchung von Komponenten und charakteristischen Eigenschaften der Perimeterbremse und soll auf dieser Basis Empfehlungen für die Auslegung geben. Im Fokus stehen dabei auch Skalierungseffekte, welche das Konzept Perimeterbremse kennzeichnen. Für diesen Zweck wurde ein modularer Experimentalprototyp entwickelt, welcher eine zielgerichtete Untersuchung ermöglichen soll.
Vergleichende Simulationen von Betriebspunkten im Kennfeld eines Turboladerverdichters. - 184 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit drei verschiedenen Simulationsmodellen zur Strömungssimulation eines Turbokompressors und enthält einen Best practise Guide für den Umgang mit CFturbo. CFturbo dient der Auslegung von Strömungsmaschinen und wird genutzt, um das in dieser Arbeit zu rekonstruierende Turbosystem, eines in Serie befindlichen Turbokompressors, über eine 1D Stromfadensimulation zu bewerten. Zwei weitere Modelle bewerten den gleichen Turbokompressor anhand dreidimensionaler Strömungssimulationen, mit dem Programm Ansys CFX. Aufgrund dieser Simulationen werden dann Kennlinien bezüglich Druckverhältnis über Massestrom und Wirkungsgrad über Massestrom erstellt und mit dem bereits in Serie befindlichen Modell verglichen. Als Validierungsgrundlage dienen dazu Kennlinien aus Prüfstandversuchen. In der Auswertung wird auf die Unterschiede zwischen Experiment, 1D- und 3D Strömungssimulation eingegangen. Es wird erarbeitet in wie weit CFturbo für die Neuauslegung von Strömungsmaschinen geeignet ist und ob es mit seinem eindi-mensionalen Leistungsvorhersagemodell in Genauigkeit, Aufwand und Umfang der dreidimensionalen Strömungssimulation aus Ansys CFX unterliegt.
Gezielte Erzeugung von Oberflächenstrukturen und Nutzung von Modulationsprinzipien zur Optimierung des Laufverhaltens geschliffener Kegelradgetriebe. - XXII, 180 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die Entwicklung von Personenwagen fokussiert heutzutage auf Effizienz, Kosten und Qualität. Qualität bedeutet auch die Abwesenheit von ungewollten Geräuschen. Geschliffene Radsätze haben viele Vorteile, sind aber meist benachteiligt im Vergleich zu geläppten Radsätzen, speziell bei geringer Last. Dieser Effekt tritt noch deutlicher hervor durch die zunehmende Hybridisierung der Antriebsstränge und die Anwendung von geschliffenen Kegelradgetrieben in gehobenen Fahrzeugklassen. Die Entwicklung von geschliffenen Kegelradgetrieben ist weit vorangeschritten und um weitere Potentiale zu heben, gilt es auch die Psychoakustik mit in die Entwicklung einzubeziehen, um den Geräuschproblemen entgegenzutreten. Die heutigen Maschineneigenschaften erlauben sehr gute Kontrollmöglichkeiten des Schleifprozesses und diese werden in der vorliegenden Arbeit genutzt um Modulationsprinzipien anzuwenden, die sich nicht nur auf die Makrogeometrie, sondern auch auf die Mikrotopologie beziehen, um die vorhanden Geräuscheffekte objektiv aber auch subjektiv akzeptabler zu machen. Mehrere Herangehensweisen, ausgehend von der Einbringung gezielter Teilungsfehler, über gezielte Oberflächenstrukturen mittels MicroPulse -Prozess, bis hin zur gezielten Beeinflussung des Ease-Off werden untersucht, wobei immer die Nutzung von Modulationsprinzipien Anwendung findet. Eine Literaturrecherche geht der Simulation und praktischen Anwendung voraus. Die gefundenen Potentiale werden beurteilt und Wege aufgezeigt, diese modifizierten Schleifprozesse in einem Produktionsumfeld umzusetzen.
Entwicklung einer Methodik zur Beschreibung der Filtrationskinetik offener Dieselpartikelfilter. - XIV, 100 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung numerischer Methoden zur Modellierung der zeitabhängigen Effekte von Faserfiltern basierend auf bestehenden stationären Methoden. Die Einzelfasereffektivität wird unter Berücksichtigung von Diffusion, Interzeption und Impaktion in einem neu entwickelten CUDA-Programm anhand der Trajektorien innerhalb der Kuwabara-Zelle berechnet. In einer CFD-Simulation werden die Ergebnisse verwendet, um die lokale Beladung und folglich die Porosität und den Gegendruck des Filters berechnen.
Akustische Analyse von Motorsteuertrieben mit Steuerkette. - III, 178 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
In der vorliegenden Arbeit werden die Zusammenhänge zwischen Reibleistung und akustischen Verhalten von Steuerkettentrieben untersucht. Im für das menschliche Ohr hörbaren Bereich, sowie im Ultraschallbereich werden Phänomene analysiert und Lösungsansätze zur Pegelzuordnung und Quantisierung erarbeitet. Ausgehend von den modalen akustischen Eigenschaften d.h. Eigenformen und Dämpfung der einzelnen Komponenten des Systemverbundes, wurden die wichtigsten Schall- und Schalltransferpfade identifiziert, sowie die wichtigsten Einflussparameter systematisch analysiert. Dabei wird die für die Schallabstrahlung im hörbaren Bereich von 20Hz bis 16kHz und im Ultraschallbereich größer 25kHz, mit spezieller Messtechnik an Komponentenprüfstanden untersucht. Die modellhafte Abbildung der Transferpfade und die bewusste Trennung von Kopplungswegen, macht die wichtigsten Ursachen und Kopplungswege analysierbar. Besonderes wird auf die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Reibleistung und Schallemissionen im Ultraschallbereich fokussiert. Der grundsätzliche Nachweis zur möglichen Quantifizierung von Reibung am Kontakt Kette zur Führungsschiene, ist wesentliche Voraussetzung für die Bewertung von Kettentrieben im realen Betrieb. Auch wird geprüft, ob die Messung der Schallemissionen im Luft- oder Körperschallbereich ein Verfahren zur Diagnose an Motoren in der Entwicklung und im Feld ermöglicht. Die dämpfenden Eigenschaft der eingesetzten Schienenmaterialien ist zu berücksichtigen. Kunststoffe besitzen bekanntlich eine hohe Dämpfung. Dies ist bei der Messanordnung d.h. der Wahl der Messpunkte bzw. bei der Anbringung der Sensoren zu berücksichtigen. Erste Messungen und Korrelationsversuche geben Aufschluss über die Größenordnung des Einflusses auf das Messsignal. Auch wird untersucht, ob eine Luftschallmessung im Ultraschallbereich in der Einsatzumgebung zielführend bzw. möglich ist. Eine Änderung der Spannkräfte der Führungsschiene am Komponentenprüfstand wird verwendet, um die Schallpegeln im Bereich des Ultraschalls mit der Reibleistung in Verbindung zu bringen. So ist es gelungen den Nachweis zu erbringen, dass signifikante Pegel im Bereich des Ultraschalls vorhanden sind. Diese scheinen ausreichend, um Reibleistung zu quantifizieren. Die Zusammenhänge müssen jedoch noch weiter untersucht und u.a. die entsprechenden mathematischen Verfahren zur Signalanalyse entwickelt werden. Die gefundenen Zusammenhänge der emittierten Schallleistung im hörbaren und Ultraschallbereich, kann nach den vorliegenden Erkenntnissen zukünftig zur Systemanalyse oder Diagnose z.B. in der Fertigung oder Motorenwerkstatt Verwendung finden. Auch werden die Übertragungseigenschaften der Bauteile bei hochfrequenten Anregungspegeln untersucht, da dies für die Bewertung der möglichen Diagnoseverfahren notwendig scheint. Untersuchungen zum modalen Verhalten der Kette und der Kettenführung, sowie die Kenntnis der Kopplungspfade in den Motorblock lassen eine Vorhersage des akustischen Verhaltens bereits in der frühen Prototypenphase eines Motors zu. Die durchgeführten Untersuchungen an Ketten und Führungen aus Feldrückläufern ergeben Erkenntnisse, die Rückschlüsse auf das akustische Verhalten von Ketten und Führungsbauteilen auch bei hohen Motorlebensdauern erlauben. Es wird aufgezeigt, dass der an vielen Dieselmotoren und fast allen Ottomotoren verbaute Klopfsensor grundsätzlich in der Lage scheint, Schallpegel die durch den Kettentrieb eingeleitet werden zu detektieren. Dies könnte bei entsprechender Signalverarbeitung und ggfs. Mustererkennung auch zu onboard Diagnosezwecken Verwendung finden.
Methodikentwicklung für eine effektive Vorgehensweise bei Reengineering-Aufgaben im Bereich von CAN-Botschaften von Kraftfahrzeugen. - VIII, 68 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Heutzutage setzen wissenschaftliche Untersuchungen an Fahrzeugen in den meisten Fällen die exakte Kenntnis über den Datenfluss von Informationen verschiedener elektronischer Komponenten voraus. Da der Kommunikationsumfang durch den steigenden Einsatz von Regel-, Steuerungs- und Komfortsystemen zunimmt, ist dessen Übersetzung mittels einer spezifischen Datenbasis der Fahrzeughersteller von großer Bedeutung. Im Rahmen der Arbeit wird eine Methodik vorgestellt, welche es über eine gezielt angefertigte Versuchsprozedur ermöglicht, wichtige Signale und Botschaften aus der Fahrzeug CAN-Kommunikation aufzunehmen und anschließend zu interpretieren. Die Vorgehensweise beinhaltet sowohl bereits vorhandene Messwerte, als auch eigene mit der dargestellten Messanordnung aufgenommene Informationen zu analysieren. Als Versuchsfahrzeug dient dabei ein mit Messtechnik ausgestatteter Mitsubishi i-MiEV. Die erstellte Messwertdatenbank wird im Anschluss softwaregestützt ausgewertet.
Entwicklung einer Systematik zur Beschreibung von Einflussfaktoren auf numerische WärmeübertragungssimuIationen am Beispiel eines Thermoelements. - 119 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
In der vorliegenden Arbeit wird eine Systematik entwickelt, welche den Einfluss verschiedener Parameter auf das Ergebnis numerischer Wärmeübertragungssimulationen darstellt und vergleicht. Dies erfolgt am Beispiel der Aufheizphase eines Hochtemperaturthermoelements in einem Heißgasprüfstand. Dabei werden Randbedingungen zu Grunde gelegt, welche in einem aufgeladenen Otto-Motor zwischen Zylinderauslass und Turbolader auftreten können. Zur Berechnung wird das CFD-Programm ANSYS CFX genutzt. Ausgehend von einer definierten Standard-Simulation wird der Einfluss der Modellierung von temperaturabhängigen Materialdaten, von Wandrauigkeiten, von Wandwärmeverlusten am Prüfstand und von der Berücksichtigung der Wärmestrahlung auf die Sprungantwort des Sensors untersucht. Die durchgeführten Simulationen werden mit Messergebnissen des realen Prüfstands validiert. Dabei zeigt sich, dass eine temperaturabhängige Hinterlegung der Materialdaten unnötig ist. Ebenso zeigt die Modellierung der Wandrauigkeit bei den üblicherweise auftretenden Rauheiten praktisch keinen Einfluss auf die Sprungantwort des Sensors. Die Annahme eines adiabaten Prüfstandsmodells, also die Vernachlässigung aller Wandwärmeverluste, ist selbst bei schlechter realer Wärmedämmung des Prüfstandes zulässig. Dagegen ist die Modellierung der Wärmestrahlung aufgrund der hohen auftretenden Differenztemperaturen unumgänglich, wobei durch die geringe optische Dicke des Prüfstandsgases dessen Absorptionseigenschaften vernachlässigt werden können. Ebenso ist eine spektrale Untersuchung unnötig. Die durchgeführten Simulationen sind auf möglichst geringen Rechenzeit- und Speicherbedarf optimiert.
Entwicklung von Softwarearchitektur und Prüfprogrammen für einen Bremsroboter zur Analyse der MMS Bremspedal. - 52 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Inhalt dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung eines bereits im Fachgebiet Kraftfahrzeugtechnik entwickelten Bremsroboters, der es ermöglicht, im mobilen Einsatz automatisierte und reproduzierbare Messungen an der Mensch-Maschine-Schnittstelle Bremspedal durchzuführen. Dieser wurde mit einem neuen Echtzeitrechner ausgestattet, welcher mit einem FPGA-Chip ausgestattet ist. Die bereits vorhandene Bremsrobotersoftware wird auf diesen neuen Rechner angepasst. Die Regelung sowie die Konditionierung der Messwerte werden auf den FPGA ausgelagert und dessen Programmstruktur optimiert. Danach werden ein nach der DIN 70028 standardisiertes Prüfprogramm zur Bremswegmessung und ein dazugehöriges Auswerteprogramm implementiert. Zum Schluss erfolgen die Inbetriebnahme und der Nachweis der Funktion. Dazu wird der Roboter in ein Fahrzeug eingebaut und ein Vergleich der Regeleigenschaften des alten Softwarestandes im Vergleich zum neuen durchgeführt. Zudem werden Messungen mit dem umgesetzten Prüfprogramm durchgeführt und dessen Ergebnisse validiert.