Bücher der Reihe Wissenschaftliche Reihe Fahrzeugtechnik Universitat Stuttgar

Die Motorbetriebstemperatur hat einen wesentlichen Einfluss auf die Brennraumwandtemperatur, auf das Brennverfahren und damit auch auf die Entstehung der Stickstoffmonoxidemissionen. Massimiliano Sosio veranschaulicht, wie die NO-Emissionsmodelle diesen Temperatureinfluss beachten müssen, um die instationären NO-Emissionen während hochdynamischer Lastwechsel korrekt darstellen zu können. Er führt dies mithilfe von Emissionsmessungen mit sehr schnellen Abgasemissionsmessgeräten am Motorprüfstand während instationärer Vorgänge an einem PKW-Dieselmotor durch. Diese Betrachtung ist von hohem Wert für die heutige Auslegung von Motorbetriebsstrategien im Hybridverbund: Daher werden auch Trade-Off-Performance vs. Rohemissionen und SOI vs. Rohemissionen dargestellt.¿Der Autor:Massimiliano Sosio ist Entwicklungsingenieur bei einem mittelständischen Automobilzulieferer. Er promovierte am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart.

Tobias Miunske stellt einen neuartigen Bewegungsalgorithmus vor, der sich zur Laufzeit adaptiv an verschiedenartige fahrdynamische Szenarien anpasst. Der vorgestellte Algorithmus wird durch eine flachheitsbasierte prädiktive Vorsteuerung erweitert und so in seiner Parametrierung optimal ausgereizt. Dadurch wird bezüglich der längsdynamischen Bewegungswahrnehmung dem Fahrer eine äußerst realitätsnahe Fahrsimulation bereitgestellt.Der Autor:Tobias Miunske hat am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart promoviert. Er ist im Bereich Motion Control für vollbewegliche Fahrsimulatoren tätig. Außerdem beschäftigt sich seine Forschungsthematik mit der Trajektoriengenerierung für das automatisierte Fahren und dessen Analyse am Stuttgarter Fahrsimulator.

Der Fahrsimulator stellt ein entscheidendes Entwicklungswerkzeug dar, um in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses Kenntnisse über das System- und das Fahrzeugverhalten zu gewinnen. Mithilfe der Subjektivbewertung im virtuellen Fahrversuch testet Minh-Tri Nguyen einzelne Systeme und bewertet sie auf Gesamtfahrzeugebene. Der Autor realisiert Versuche der menschlichen Wahrnehmung im Fahrsimulator. Darauf aufbauend erarbeitet er eine Herangehensweise zur Verbesserung des Fahrkomforts. Konkret handelt es sich hierbei um die gekoppelte Gier- und Wankbewegung des Fahrzeugs, die bei höheren Geschwindigkeiten durch Straßenunebenheiten hervorgerufen wird.¿Der Autor:Minh-Tri Nguyen arbeitet derzeit als Systemingenieur im Bereich des autonomen Fahrens bei einem deutschen Automobilzulieferer. Er hat am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart promoviert.

Simon Malcher untersucht den durchgängigen Einsatz von Modellen im Entwicklungsprozess von Motorsport-Motoren. Dabei werden die Entwicklungsphasen tiefergehend analysiert, um die Modellanforderungen abzuleiten und eine übergreifende Modellarchitektur zu entwickeln. Mit beispielhaften Modellanwendungen aus den Entwicklungsphasen wird der Modelleinsatz verifiziert und die Durchgängigkeit validiert. Die 0D/1D-Motormodellierung wird detailliert vorgestellt, mit besonderem Fokus auf der Verbrennungsmodellierung. Darüber hinaus wird ein Ansatz zur Rundenzeitsimulation mit detaillierten Motormodellen aufgezeigt. Zudem wird die Modellentwicklung für die Echtzeitanwendungen ¿Driver-in-the-Loop Simulation¿ sowie ¿Hardware-in-the-Loop Simulation¿ zur modellbasierten Applikation ausführlich erläutert.Der Autor:Simon Malcher promovierte am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart in enger Zusammenarbeit mit der Motorsport-Motorenentwicklung eines deutschen Automobilherstellers. Heute ist er weiterhin in diesem Bereich tätig.

Alexander Ahlert präsentiert ein erweitertes, modellbasiertes Regelungskonzept für einen Gesamtfahrzeug-Dynamikprüfstand. Dieser Prüfstand ermöglicht es erstmals, die Längs-, Quer- und Vertikaldynamik von Fahrzeugen unter Laborbedingungen ganzheitlich zu untersuchen. Der Autor befasst sich hierbei mit einer ausführlichen Analyse der Übereinstimmung zwischen der Fahrzeugdynamik auf dem Prüfstand und auf der Straße. Das im Rahmen der Arbeit entwickelte Regelungskonzept versetzt den Prüfstand theoretisch in die Lage, die Fahrzeugdynamik mit höchster Übereinstimmung zum dynamischen Verhalten auf der Straße zu analysieren.¿Der Autor:Alexander Ahlert war wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart im Bereich Fahrzeugtechnik und Fahrdynamik. Seine Forschungsschwerpunkte lagen auf der systemdynamischen Analyse und Regelung des Fahrzeugdynamikprüfstands sowie der Modellierung und Simulation der dazugehörigen Systeme. Derzeit ist er in der Automobilindustrie im Bereich der Software- und Funktionsentwicklung für Fahrerassistenzsysteme und hochautomatisiertes Fahren tätig.

Thomas Landwehr beschreibt die Weiterentwicklung des Prozesses zur Quantifizierung und Untersuchung der Sichtfreihaltung von Fahrzeugscheiben im Windkanal und zeigt Verschmutzungsmechanismen auf. Hierzu untersucht er zunächst, wie Wasseransammlungen die Sicht des Fahrers beeinträchtigen können. Die Erkenntnisse aus diesen Untersuchungen dienen dem Autor als Grundlage für eine neue Methode zur Quantifizierung der Fahrzeugverschmutzung. Mit Hilfe dieser Methode stellt er einzelne Verschmutzungsmechanismen nach, erläutert sie und veranschaulicht, wo die Verschmutzung ihren Ursprung hat. Des Weiteren zeigt er, dass die Anströmgeschwindigkeit und das Benetzungsverhalten einen entscheidenden Einfluss auf die Sichtbeeinträchtigung haben.Der Autor:Thomas Landwehr wurde am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen am Lehrstuhl für Kraftfahrwesen im Bereich Fahrzeugaerodynamik und Thermomanagement promoviert. Er arbeitet als Entwicklungsingenieur bei einem namhaften deutschen Automobilhersteller im Bereich Aerodynamik.

Lea Schwarz untersucht die lebenszyklusbezogene Nachhaltigkeit des Motorsports und insbesondere der Antriebstechnik mit Fokus auf dem Langstreckenrennsport. Die identifizierten, geeigneten Technologien werden hierfür (umwelt-)technischen Analysen unterzogen. Hierzu gehören verbrennungsmotorische Hybridkonzepte mit flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen, der batterieelektrische Antrieb und das Brennstoffzellen-Konzept. Die technische Untersuchung beinhaltet die Konzeptauslegung mit anschließendem Vergleich der Rundenzeitperformance. Die ökologische Bewertung erfolgt mit einer ganzheitlichen, lebenszyklusorientierten Umweltbilanzierung, die sowohl die Treibhausgasemissionen als auch weitere ökologische und soziale Umweltauswirkungen berücksichtigt. Ein Übertrag der ökologischen Analysen auf weitere Rennserien stützt die Definition von Nachhaltigkeitskriterien zur Integration in ein Reglement.¿Die Autorin:Lea Schwarz promovierte am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart in enger Kooperation mit der Motorsport-Antriebsentwicklung eines deutschen Automobilherstellers. Heute ist sie dort im Bereich der Antriebsstrategie tätig.

Jing Cheng untersucht simulativ den Magerbetrieb im P2-Hybridantriebsstrang. Dafür erstellt die Autorin ein Gesamtsystemmodell für genauere Simulationsergebnisse und entwickelt ein Verfahren zur Parametrisierung des Gesamtsystemmodells. Der Schwerpunkt ihrer Untersuchung liegt auf dem Verbrauchseinfluss. Eine regelbasierte und eine optimierte Hybridbetriebsstrategie (Equivalent Consumption Minimization Strategy, ECMS) werden in der Simulation eingesetzt. Die Autorin zeigt, dass sich der Optimierungsalgorithmus ECMS auch auf die Rohemissionen erweitern lässt.¿Die Autorin:Jing Cheng hat am Lehrstuhl für Fahrzeugantriebe des IVK an der Universität Stuttgart promoviert und ist aktuell Berechnungsingenieurin mit Schwerpunkt Gesamtsystemsimulation für die konventionellen und Hybridantriebsstränge bei einem deutschen Automobilkonzern.

Hans Römisch analysiert erstmals vollständig die Übertragbarkeit von Strahlkraftmessungen auf Aufnahmen im Mie-Streulicht- und Schlieren-Verfahren sowie auf hydraulische Mengen- und Ratenmessungen. Er definiert Voraussetzungen für die hydraulische Anbindung des Injektors und seiner Ansteuerung. Neben der Etablierung neuer Auswerteroutinen kann der Autor zeigen, dass die Verwendung herkömmlicher Prallelemente zu einem größeren Messfehler führt, als bislang angenommen. Dies wird durch eine neuartige Geometrie der Prallelemente vermieden.¿Der Autor:Hans Römisch hat am Lehrstuhl für Fahrzeugantriebe des IVK an der Universität Stuttgart promoviert und arbeitet zurzeit als Applikationsingenieur im Bereich On-Board-Diagnose bei einem Automobilzulieferer.

Frank Brosi beschreibt eine Methode zur Ermittlung eines erweiterten Konformitätstests für Kommunikationssysteme. Die Methode unterteilt sich in eine systematische Analyse des Fehlerraums zur Bestimmung des Testumfangs und eine automatisierte Stimuli-Modellierung sowie die Generierung der Tests. Der Autor demonstriert die Praxistauglichkeit der Methode am Beispiel der Ladekommunikation nach ISO 15118 und validiert diese.Der Autor:Frank Brosi hat am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) an der Universität Stuttgart promoviert. Er ist als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am FKFS in Projekten zur Lade- und Kommunikationstechnik im Fahrzeug tätig.

Nick Trümmel greift aktuelle Herausforderungen im Bereich elektrischer Lenkantriebe, wie die Substitution von Hydraulik, die Realisierung und Absicherung von (teil-)automatisierten Fahrzuständen sowie die Hochintegration mechatronischer Systeme, auf und thematisiert drei Aspekte zur Steigerung ihrer Verlässlichkeit. Fahrversuche, eine Probandenstudie und analytische Methoden ermöglichen dem Autor die Definition einer zulässigen Degradation elektrischer Antriebe. Aus der Anforderungsanalyse leitet er eine fehlertolerierende Antriebsarchitektur ab und verifiziert diese mittels versuchs- und simulationsgestützter Fehlerbildanalysen. Den dritten Aspekt seiner Untersuchungen stellt die Auseinandersetzung mit geeigneten Betriebsstrategien für fehlerbehaftete Antriebe dar.Der Autor:Nick Trümmel hat am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart promoviert. Aktuell ist er als Produktlinienkoordinator in der Entwicklung von elektrischen Antrieben für Lenksysteme bei einem großen Automobilzulieferer tätig.

Michael Spitznagel beschreibt eine systematische, auf dem V-Modell basierende Vorgehensweise zur Erstellung eines validierten Simulationsmodells von einem Benzin-Direkteinspritzungssystem. Ein wichtiger Aspekt ist die messtechnische Untersuchung von Konfigurationen eines aktuellen BDE-Systems. Basierend auf einer Systemstrukturierung werden insgesamt elf Komponentenmodelle gezielt weiterentwickelt, wobei der Schwerpunkt auf dem Niederdruckbereich des Systems liegt. Es kann gezeigt werden, dass die Modellqualität im gesamten Bereich an für Ottomotoren relevanten Betriebspunkten signifikant verbessert wird. Die erstellten Modelle werden bei der Entwicklung neuer Systeme eingesetzt und ermöglichen eine zielgerichtete Auslegung im Sinne aller am Simultaneous Engineering beteiligten Disziplinen.Der Autor:Michael Spitznagel ist Entwicklungsingenieur bei einem großen deutschen Automobilzulieferer und promovierte am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart.

Nicolai Stegmaier arbeitet den Stand der Technik auf und fasst ihn systematisch und strukturiert zusammen. Anschließend leitet er verschiedene Modelle der Regelstrecke, die insbesondere das Prüflingsverhalten detailliert nachbilden, ab und validiert diese auf Grundlage des Vergleichs von Ergebnissen aus Simulationen mit denen aus Prüfstandsversuchen. Zur Verbesserung der Regelgüte der radseitigen Drehzahlregelungen ergänzt der Autor die bestehenden PI-Regelgesetze durch Erweiterungen mit vorsteuernder und störgrößenaufschaltender respektive entkoppelnder Wirkung. Sie zeichnen sich gegenüber bekannten Verfahren im Wesentlichen durch die detaillierte Berücksichtigung des Prüflingsverhaltens aus, wozu insbesondere sein dynamisches Übertragungsverhalten zählt. Abschließend wird die erzielbare Verbesserung der Regelgüte mithilfe von Simulationen sowie Prüfstandsversuchen quantifiziert und damit die Wirksamkeit der neuen regelungstechnischen Ansätze nachgewiesen.Der AutorNicolai Stegmaier promovierte am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart und ist dort Projektleiter des Antriebsstrangprüfstandes.

David Bauer befasst sich mit der Verlustanalyse und -berechnung sowie der resultierenden Schnittstelle zu thermischen Netzwerkmodellen bei permanentmagneterregten Synchronmaschinen, welche in Elektro- und Hybridfahrzeugen eingesetzt werden. Die einzelnen Verlustarten untersucht der Autor hierbei hinsichtlich relevanter Verlusteffekte und analysiert die räumliche Verlustverteilung sowie das temperaturabhängige Verhalten der Verluste. Darauf aufbauend entwickelt er sowohl entsprechende Methoden zur Verlustübergabe an die thermische Domäne als auch Skalierungsvorschriften und -formeln zur Abbildung der Temperaturabhängigkeit.Der AutorDavid Bauer promovierte an der Universität Stuttgart und ist heute im Bereich der Auslegung elektrischer Maschinen für Elektro- und Hybridantriebe tätig.

Infolge der auftretenden Verlustleistungen in elektrischen Antriebsmaschinen erwärmen sich die Bauteile. Überschreiten die Bauteiltemperaturen gegebene Grenzwerte, ist eine irreversible Schädigung die Folge. Um die Antriebe zielgerichtet und effizient auslegen zu können, sind Berechnungsmodelle zur Vorausberechnung erforderlich. Stefan Oechslen untersucht die thermische Modellierung. Er stellt Methoden zur Modellierung der Wärmeleitfähigkeit der Wicklung und Wickelköpfe sowie zur Analyse des Diskretisierungseinflusses vor und leitet zusätzlich zu einem hochaufgelösten Modell auch ein schnellrechnendes Modell ab. Darüber hinaus wendet der Autor den vorgestellten Modellierungsprozess auf ein zukunftsweisendes Kühlkonzept an.Der Autor Stefan Oechslen arbeitet als Ingenieur in der Antriebsvorentwicklung bei einem deutschen Automobilhersteller im Bereich Triebstrang und Elektrifizierung. Er hat am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart am Lehrstuhl für Kraftfahrzeugmechatronik promoviert.

Alexander Link untersucht den Ventilationswiderstand von Pkw-Rädern. Im Fokus liegt die Entwicklung einer Messmethode zur Bestimmung dieses aerodynamischen Widerstands im 1:1-Windkanal für Gesamtfahrzeuge. Die Messmethode entwickelt der Autor basierend auf Voruntersuchungen im Modellwindkanal und Studien in einem 1:1-Windkanal mit 5-Band-System. Die Messmethode wird in weiteren 1:1-Windkanälen validiert. Der Autor untersucht in einer Sensitivitätsanalyse den Einfluss unterschiedlicher geometrischer Variationen auf den Ventilationswiderstand sowie auf den aerodynamischen Gesamtwiderstand.Der Autor Alexander Link wurde am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen am Lehrstuhl für Kraftfahrwesen im Bereich Fahrzeugaerodynamik und Thermomanagement promoviert. Er arbeitet als Entwicklungsingenieur bei einem deutschen Sportwagenhersteller im Bereich Aerodynamik.