Studentische Abschlussarbeiten

Elektrofahrzeuge bieten hohes Potential, unabhängig von fossilen Rohstoffen die Mobilität in der Zukunft zu sichern. Derzeit bleiben die Verkaufszahlen jedoch hinter den Erwartungen zurück, was vor allem durch den hohen Anschaffungspreis und die geringe Reichweite begründet wird. Neben der Verringerung dieser Nachteile muss aber auch die Steigerung der generellen Attraktivität von Elektrofahrzeugen für den Kunden im Fokus der Entwicklung stehen. Eine Chance dafür, die sich durch die Nutzung von E-Maschinen als Antriebseinheit ergibt, ist die Verwendung von Radnabenmotoren anstelle eines zentralen Antriebsaggregats. Dies resultiert jedoch in Einschränkungen oder großen Veränderungen für Radträger, Reibbremse und Radaufhängung. Aktive Fahrwerksysteme und Fahrdynamikregelsysteme können ein Schlüssel zur Lösung des Auslegungskonfliktes sein. Funktionen wie radselektive Antriebs- und Bremseingriffe oder Einzelradlenkungen, Sturzverstellungen und aktive Vertikaldynamiksysteme können den Erfüllungsgrad der Auslegungsschwerpunkte Fahrdynamik und -sicherheit, Fahrkomfort und Mehrwertfunktionen für den Nutzer erhöhen. Dabei ist jedoch auch die Energieeffizienz zu berücksichtigen, damit die Reichweite durch zusätzliche Funktionalität nicht deutlich eingeschränkt wird. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich im Rahmen eines Forschungsprojektes über aktive Corner-Systeme mit einem Entwicklungsansatz für aktive Fahrwerksysteme auf Basis der genannten Auslegungsschwerpunkte. Dafür werden nach einem Überblick über den Stand der Technik die Potentiale der aktiven Subsysteme untersucht und Regelungsalgorithmen für überaktuierte Fahrdynamikregelsysteme vorgestellt. Ziel ist die Entwicklung eines Auslegungstools, das mittels einer Co-Simulation zwischen IPG CarMaker® und Matlab/Simulink® die Simulation und Bewertung aktiver Fahrwerksysteme ermöglicht. Die Funktionsfähigkeit des Tools wird anhand eines Auslegungsbeispiels mit verschiedenen Subsystemkonfigurationen und -parametrisierungen demonstriert. Abschließend werden die Qualität der Vorgehensweise, der Regelungsansätze und der Simulationsmodelle diskutiert.

Elektrofahrzeuge erfahren derzeit eine große Aufmerksamkeit in Forschung und Entwicklung von Automobilkonzernen und Universitäten sowie in der öffentlichen Diskussion. Ein wesentlicher Vorteil dieses Antriebskonzeptes gegenüber konventionellen Verbrennungsmotoren, stellt die Fähigkeit zur Energierückgewinnung bei Fahrzeugverzögerungen dar. Die Entwicklung eines geeigneten Regelalgorithmus der Kombibremse zur optimalen Bremskraftverteilung, ist eine wesentliche Herausforderung. Zur Lösung der Optimierung in Bezug auf die Parameter Bremsweg, Energierückgewinnung und Bremskomfort wird ein Optimierungsmodell mit variabler Zielgewichtung in Abhängigkeit von der geforderten Verzögerungsrate vorgeschlagen. Als wesentlicher Einflussfaktor auf den Bremskomfort im Rahmen der betrachteten Longitudinaldynamik, wird die Nickbeschleunigung des Fahrzeugs identifiziert. Durch Offline-Optimierung der Bremskraftverteilung mit Hilfe des Simulated Annealing Algorithmus kann eine Erhöhung der Energierekuperation und Verbesserung der Nickbewegung bei geradlinigen Bremsmanövern mit unterschiedlichen Startgeschwindigkeiten und Straßenbedingungen erreicht werden. Gleichzeitig weicht der erzielte Bremsweg von dem mit idealer Bremskraftverteilung nur geringfügig ab. Die in der Simulation erreichten Verbesserungen, werden durch Hardware-in-the-Loop Versuche bestätigt.

Auf Grund der verschärften Emissionsanforderungen an Kraftfahrzeuge und des weltweit stark steigenden Ölpreises befindet sich die Automobilindustrie momentan in einem Umbruch. Infolge dessen ist die Entwicklung nachhaltiger Mobilitätskonzepte durch eine zunehmende Elektrifizierung des Antriebsstrangs gefragter denn je. Den Entwicklerteams bieten sich hier viele Spielräume, neue Komponenten oder Systeme zu entwerfen und diese in Kraftfahrzeuge zu integrieren. Aus diesen oft komplett neu konstruierten Fahrzeugarchitekturen folgen auch neue Tests und Abnahmeregularien. Im Rahmen der Arbeit wurde ein generischer Testkatalog erstellt, der sich aus konventionellen, neu entwickelten, sowie vom Gesetzgeber geforderten Testfällen zusammensetzt. Neben den herkömmlichen Anforderungen an z.B. Komfort und Fahrdynamik, sind vor allem die verschärften Umweltregularien ein wichtiger Punkt. Besondere Aufmerksamkeit galt der Neukonzipierung von Tests für die Fahrzeugklassen Elektround Hybridfahrzeuge, da diese auch verstärkt im Fokus der aktuellen Forschung und Entwicklung stehen. Im praktischen Teil der Arbeit wurden bestimmte Testszenarien aus dem oben genannten Katalog mit dem Hybridfahrzeug Opel Ampera durchgeführt und ausgewertet. Der Fokus wurde hierbei auf die verschiedenen Leistungsflüsse innerhalb des Antriebsstrangs, sowie das Energiemanagement des Wagens gerichtet.

Mit immer höheren Anforderungen an Dieselpartikelfilter aufgrund strengerer Abgasnormen erhöht sich auch das Interesse an neuen Technologien zur Abgasnachbehandlung. Die neuesten EURO-Normen verlangen eine Rußbegrenzung mit Partikelgrößen im Nanometerbereich. Deswegen wird ein altbekanntes Verfahren für diesen neuen Anspruch für den KFZ-Bereich weiter erforscht. Die Rede ist von einem Partikelfilter auf Basis der Elektrostatik. In dieser Arbeit sollen einige in der Literatur befindliche Berechnungsansätze auf Machbarkeit und Umsetzung in einer Simulationsumgebung überprüft werden. Dabei werden physikalische und strömungstechnische Grundlagengleichungen als Basis für den erweiterten Berechnungsansatz dienen. Mithilfe von CFD werden dann Gesetze der Partikelkinetik und der Elektrostatik in verschiedene Testgeometrien implementiert. In einer Fallstudie wird getestet wie sich verschiedene Parameter zu den verschiedenen Testobjekten innerhalb der Simulationsumgebung verhalten.

In einer laufenden Fahrzeugentwicklung wird bei diversen Fahrbeurteilungen ein Störgeräusch in einem Fahrzeug mit adaptivem Dämpfersystem beanstandet. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung und Beseitigung dieses Störgeräusches. Aufgrund der fortgeschrittenen Phase der Fahrzeugentwicklung können keine grundlegenden Änderungen an den Fahrzeugteilen vorgenommen werden. In diesem Zusammenhang soll die technisch und terminlich bestmögliche Gegenmaßnahme zur Reduzierung des Störgeräusches gefunden werden. Einleitend werden die Rahmenbedingungen des Fahrzeugprojektes und die Grundlagen von adaptiven Fahrwerken erklärt. Anschließend wird erläutert, wie Störgeräusche in einem Fahrzeug entstehen und welche physikalischen Zusammenhänge hierfür verantwortlich sind. Außerdem werden sowohl die Grundlagen zur Analyse, als auch zur Reduzierung von Störgeräuschen dargestellt. Mit Hilfe eines Fahrversuchs soll das Störgeräusch gemessen und anschließend analysiert werden. Auf Basis der Ergebnisse des Fahrversuchs erfolgt die Definition eines Komponentenversuchs. Mit diesem Komponentenversuch soll eine Vorauswahl von Gegenmaßnahmen zur Verminderung des Störgeräusches auf ihre Wirkung untersucht werden. Diese Gegenmaßnahmen werden unter Berücksichtigung der Grundlagen zur Störgeräuschprävention und der Analyse des Fahrversuches ausgewählt. Die Ergebnisse aus dem Komponentenversuch dienen dazu, die bestmögliche Gegenmaßnahme herauszufinden, die in der Lage ist, das Störgeräusch so zu vermindern, dass es für die Fahrzeuginsassen nicht mehr als Beeinträchtigung wahrzunehmen ist.