Bücher veröffentlicht von Karlsruher Institut Fur Technologie

Der Quasi-n-Level Betrieb des Flying Capacitor Umrichters (FlCs) ist eine optimierte Betriebsweise eines Multilevel-Umrichters. Der Quasi-n-Level Betrieb eines Multilevel-Umrichters wurde mit einer Analyse der Vor- und Nachteile vorgestellt. Für den Q2LB des FlCs wird die Theorie sowie die Regelung, die Modulation und die Symmetrierungsalgorithmen vorgestellt. Zur Validierung der Theorie wurde ein Mittelspannungsprototyp aufgebaut. The quasi-n-level operation of the flying capacitor converter (FCCs) is an optimized operation mode of a multilevel converter. The quasi-n-level operation of a multilevel converter was presented with an analysis of its advantages and disadvantages. For the Q2LB of the FCC, the theory as well as the control, modulation and balancing algorithms are presented. A medium voltage prototype was built to validate the theory.

This work is about the inverse dynamics of underactuated flexible mechanical systems governed by quasi-linear hyperbolic partial differential equations subjected to time-varying Dirichlet boundary conditions that are enforced by unknown, spatially disjunct, hence non-collocated Neumann boundary conditions.

Fahrassistenzsysteme sind aus dem automobilen Alltag kaum wegzudenken, wohingegen Versprechungen autonomen Fahrens noch immer kontrovers debattiert werden. Beidem liegen Vorstellungen von Vereinfachungen und Automatisierungen des Fahrens zugrunde, die eine lange Geschichte haben. Die interdisziplinäre Studie zeigt, wie frühe Automobile Ende des 19. Jhs. durch Assistenzeinrichtungen zu dem Auto wurden, das wir heute kennen und erklärt, welche Rolle diese im Lauf der Geschichte des Autos spielten. Driving assistance systems are automotive basic equipment whilst promises of autonomous driving are still subject of dispute. Both are based on ideas of simplifying and automating the driving process that have a long history. The interdisciplinary study shows how the early automobiles of the late 19th century became the car we know today by means of assistance systems only. This volume reveals the role they played throughout the history of the automobile.

Accompanied with the development of the wireless communication technologies, the high data traffic is more necessary for civil and industrial applications than ever The concept of an intelligent reflective surface (IRS) has attracted considerable attention recently as a low-cost solution. As the main contribution, the dissertation creates new state-of-the-art and formulates a solid milestone for the IRS research field.

Interaktion mit dynamischen Bildinhalten ist für Systemnutzer herausfordernd bezüglich Wahrnehmung, Kognition und Motorik. Die vorliegende Arbeit identifiziert geeignete blickbasierte Interaktionstechniken zur Selektion bewegter Objekte in Bildfolgen mithilfe mehrerer Querschnitt- und einer Längsschnittstudie. Sie untersucht, wie blickbasierte Interaktion und automatische Verfahren bei der Videobildauswertung unterstützen und ob blickbasierte Klassifikation der Benutzertätigkeit möglich ist. Interaction with dynamic image content is challenging for user perception, cognition and motor action. This dissertation identifies appropriate gaze-based interaction techniques for moving object selection in image sequences using multiple cross-sectional and one longitudinal user study. Further investigations evaluate how gaze-based interaction and automated image exploitation algorithms support human video exploitation as well as whether gaze-based user task classification is feasible.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden Methoden entwickelt, welche die statistische Prognose funktionaler Eigenschaften für beliebige Dimensionskombinationen von Rad und Reifen ermöglichen. Hierbei werden Messdaten aus den Eigenschaftsbereichen Energieeffizienz, Fahrdynamik und Komfort statistisch ausgewertet, die Wirkzusammenhänge quantifiziert sowie hinsichtlich ihrer physikalischen Ursachen interpretiert. In the context of the present work methods are developed, which allow the statistical estimation of feasible ranges of functional tyre characteristics for any combination of rim and tyre dimension under different operating conditions. Therefore, measurement data regarding energy efficiency, driving dynamics and comfort are statistically analyzed and interpreted with regard to their physical root causes.

Eine grundlegende Anforderung an künftige automatisierte Fahrzeuge besteht darin, dass Absätze und andere Fahrbahnunebenheiten sicher, zuverlässig und präzise überfahren werden. In dieser Arbeit wird ein Konzept für eine modellbasierte, prädiktive Längsdynamikregelung entwickelt und in der Praxis demonstriert, wie die Kenntnis über das vorausliegende Fahrbahnprofil genutzt werden kann, um sowohl die Regelgüte zu steigern als auch die für den Fahrkomfort bedeutsamen Größen zu verbessern. A fundamental requirement for future automated vehicles is that curbs and other bumps in the road can be driven over safely, reliably and accurately. This work presents a concept for a model-based, predictive longitudinal vehicle dynamics control. It demonstrates in practice how the knowledge of the road profile ahead can be used to both increase the control performance and improve the driving comfort.

In dieser Arbeit wird eine Systemarchitektur zur sicheren und robusten Verhaltensentscheidung für automatisierte Fahrzeuge vorgeschlagen. Diese setzt grundlegende Verhaltensoptionen in einem hierarchischen Arbitrationsgraphen zusammen und sichert dabei die Stellgrößen mittels Verifikation und diversen Rückfallebenen ab. Die vorgestellte Methode führt zu einer transparenten und nachvollziehbaren Entscheidungsfindung und erzeugt auch bei hohen Ausfallraten ein sicheres und stabiles Fahrverhalten. This work proposes a system architecture for secure and robust behavioral decision-making for automated vehicles. It assembles basic behavior blocks in a hierarchical arbitration graph and ensures safety through verification and diverse levels of fallback. The presented method contributes to a transparent and comprehensible decision-making process and produces safe and stable driving behavior even at high failure rates.

Diese Arbeit präsentiert ein physikalisch motiviertes Modell zur Vorhersage des Strom-/Spannungsverhaltens von PEM-Brennstoffzellen. Durch umfangreiche Impedanzmessungen und DRT-Analysen wurden alle Verlustprozesse identifiziert und quantifiziert. Das entwickelte Modell wurde erfolgreich validiert und bietet Einblicke in die internen Vorgänge der Brennstoffzelle. Es ermöglicht eine gezielte Optimierung und zeigt großes Potenzial für die Leistungssteigerung von PEM-Brennstoffzellen. This work presents a physically motivated model for predicting the current/voltage behavior of PEM fuel cells. Extensive impedance measurements and DRT analyses were used to identify and quantify all loss processes. The developed model was successfully validated and provides insights into the internal processes of the fuel cell. It enables targeted optimization and shows great potential for increasing the performance of PEM fuel cells.

Die vorliegende Arbeit stellt nun Verfahren zur Nutzung der Keramikglühkerze als Sensorelement vor. Das bedeutet, dass die Keramikglühkerze nicht nur ihrer konventionellen Aufgabe als Heizelement nachgeht, sondern auch als Sensor Informationen aus dem Brennraum (wie die Motordrehzahl) liefert. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf der Widerstandsänderung, insbesondere unter dem Einfluss von Temperaturänderungen im Brennraum, in unmittelbarer Umgebung der Keramikglühkerze. This work presents methods for using the ceramic glow plug as a sensor element. This means that the ceramic glow plug will not only perform its conventional task as a heating element but will also provide information, such as motor speed, from the combustion chamber as a sensor. The main focus will be on the change in resistance, particularly under the influence of a temperature change, in the immediate vicinity of the ceramic glow plug.

Im Rahmen der Arbeit werden umfangreiche experimentelle und numerische Untersuchungen zum Rissfortschrittsverhalten in Stahlblechen unter zyklischer Beanspruchung, welche mit aufgeklebten CFK-Lamellen verstärkt wurden, sowie zum Trag- und Versagensverhalten geklebter CFK-Stahl-Überlappverbindungen durchgeführt. Anhand der Untersuchungsergebnisse wird ein ingenieurmäßiges bruchmechanisches Verfahren zur Abschätzung der Restlebensdauer CFK-verstärkter Stahlbleche abgeleitet und validiert. Within the scope of the present work, extensive experimental and numerical investigations are carried out on the crack propagation behaviour in steel plates under cyclic loading, which have been reinforced with adhesively bonded CFRP lamellas, as well as on the load-bearing and failure behaviour of CFRP-steel double-lap joints. Based on the results, a fracture mechanics engineering procedure for estimating the remaining service life of CFRP-reinforced steel plates is developed and validated.

Ihrer Arbeit in der Originalsprache: This work aims at identifying relevant road surface characteristics to mitigate tire-road noise of free-rolling tires using a systematic approach. As using open porous roads is already known as an efficient measure to reduce tire rolling noise, this study will focus on compact road surfaces which have a low acoustic absorption. Measurements on standardized ISO 10844 test tracks and on public roads are used to study the norm's representativity and its completeness.

Im Rahmen von IPA-Projekten versuchen die Projektbeteiligten im Allgemeinen ein System zu schaffen, das die individuellen Interessen der Beteiligten so aufeinander ausrichtet, dass ein opportunistisches Verhalten der Beteiligten keine negativen Folgen für das Projekt als Ganzes hat. Die vorliegende Arbeit systematisiert den aktuellen Kenntnisstand zur IPA und untersucht die Wirtschaftlichkeit dieser Ansätze. In the context of IPA projects, project participants generally try to create a system that aligns the individual interests of the participants in such a way that opportunistic behavior of the participants does not have negative consequences for the project as a whole. This paper systematizes the current state of knowledge on IPA and examines the economics of these approaches.

In this work, the first simulation model of oxygen depolarized cathodes (ODC), which are silver catalyst-based gas diffusion electrodes, is presented that considers the phase equilibrium of the gas-liquid interface and structure-related inhomogeneities in electrolyte distribution. By means of the model it has been identified that mass transport of water and ions in the liquid phase is a crucial factor for electrode performance and how it is influenced by the electrode structure.

Der Einsatz von aktuellen Robotertechnologien im Alltag wird zunehmend möglich. Doch es ergeben sich Herausforderungen: Sicherheit, rechtliche Rahmenbedingungen, Zuverlässigkeit und Geschäftsmodelle müssen unter speziellen Bedingungen betrachtet werden. Auch Akzeptanz und Interaktion zwischen Mensch und Roboter sind zentral für den Erfolg. Dieser Sammelband fasst 15 Studien aus der BMBF Förderlinie ¿Roboter für Assistenzfunktionen: Interaktion in der Praxis¿ zusammen. The performance and flexibility of robot technologies make it possible to bring robots to everyday life. This creates many challenges: safety, legal regulations, reliability, reusability, and business models must be considered under special conditions. The acceptance and interaction of humans and robots are of central importance for the success of the applications. This collection summarises 15 studies from the BMBF-funded program ¿Robots for Assistance: Interaction in the Field.¿

This work focuses on the Limited Information Shared Control and its controller design using potential games. Through the developed systematic controller design, the experiments demonstrate the effectiveness and superiority of this concept compared to traditional manual and non-cooperative control approaches in the application of large vehicle manipulators.

Die Forschung im Bereich der Mikro-Energiegewinnungssysteme wurde durch den Bedarf an autarken, stabilen Energiequellen für vernetzte drahtlose Sensoren vorangetrieben. Abwärme, insbesondere bei Temperaturen unter 200 °C, stellt eine vielversprechende, aber mit den derzeitigen Umwandlungstechnologien schwer zu gewinnende Energiequelle dar. Research into micro energy harvesting systems has been driven by the need for self-sustaining, stable power sources for interconnected wireless sensors. Waste heat, particularly at temperatures below 200 °C, presents a promising but challenging energy source to recover using current conversion technology.

The work represents a toolbox for the design of a highly efficient photocatalytic process for solar-driven synthesis. The focus is the optimization of photoreactors and photocatalysts. The described photoreactor design strategy is based on numerical methods mapping radiation transport and additive manufacturing delivering prototypes. The photocatalyst engineering is based on suitable photocatalyst support strategies and a method for the determination of the quantum yield in photoreactions.

Um Stabilität und Variabilität mobilitätsbezogener Alltagshandlungen zu verstehen, wird in diesem Buch die Bedeutung sozialer Beziehungen im Leben der Menschen analysiert, die diese zu Freunden oder Familienmitgliedern, aber auch zum Arbeitsplatz oder zum Sportverein haben. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die damit zusammenhängenden Zielwahlentscheidungen gelegt. Die Ergebnisse fließen in ein konzeptionelles Modell der Zielwahl ein, welches für die Verkehrsmodellierung genutzt werden kann. In order to understand the potential for change and persistence in everyday mobility-related practices, this book highlights the importance of social relationships in people's lives, such as with friends and family members, but also with work, sports clubs or shopping centres. Particular emphasis is placed on destination choices. The findings contribute to a conceptual model of destination choice that can be used in future transport demand models.

During the evolvement of autonomous driving technology, obtaining reliable 3-D environmental information is an indispensable task in approaching safe driving. The operational behavior of automotive radars can be precisely evaluated in a virtual test environment by modeling its surrounding, specifically vulnerable road users (VRUs). Such a realistic model can be generated based on the radar cross section (RCS) and Doppler signatures of a VRU. Therefore, this work proposes a high-resolution RCS measurement technique to determine the relevant scattering points of different VRUs.

Dieser Tagungsband enthält die Beiträge des 33. Workshops ¿Computational Intelligence¿ der vom 23.11. ¿ 24.11.2023 in Berlin stattfindet. Die Schwerpunkte sind Methoden, Anwendungen und Tools für Fuzzy-Systeme, Künstliche Neuronale Netze, Evolutionäre Algorithmen und Data-Mining-Verfahren sowie der Methodenvergleich anhand von industriellen und Benchmark-Problemen. The workshop proceedings contain the contributions of the 33rd workshop "Computational Intelligence" which will take place from 23.11. - 24.11.2023 in Berlin. The focus is on methods, applications and tools for Fuzzy systems, Artificial Neural Networks, Evolutionary algorithms and Data mining methods as well as the comparison of methods on the basis of industrial and benchmark problems.

Companies can be valuable partners in delivering essential goods but must be appropriately motivated to participate in humanitarian crisis management. This work provides valuable insights into the status of humanitarian crisis management from the perspective of different stakeholders. It shows the potential of collaborative approaches, addressing the strengths and incentives of stakeholders accordingly.

In this study the technical and economic feasibility of a 380 kV, 5 kA resistive type superconducting fault current limiter was investigated. Conceptual designs were developed with superconducting tapes cooled by liquid nitrogen and arranged in bifilar coils. A cryostat was designed using FEM simulations taking into account the non-linear voltage distribution. For the complete system including current limiting reactors and cooling system, the investment and operation costs were calculated.

Ein Gyrotron wird in magnetisch eingeschlossenen Plasmaexperimenten für Heizung, Stromtrieb, Plasmastabilisierung und Plasmadiagnostik verwendet. In dieser Arbeit wird der erste Entwurf und Bau eines Mehrfrequenz-/Mehrzweck Pre-Prototyp Gyrotrons in koaxialer Technologie vorgestellt, das bei (136)/170/204 GHz mit einer Ausgangsleistung von 2 MW arbeitet. Dies ist der erste Schritt zum Betrieb bei Frequenzen bis zu 240 GHz unter Verwendung der Koaxialhohlraum-Gyrotrontechnologie. A gyrotron is used in magnetically confined plasma experiments for heating, current drive, plasma stabilization and plasma diagnostics. This work presents the first design and construction of a multi-frequency / multi-purpose coaxial-cavity pre-prototype gyrotron operating at (136)/170/204 GHz with an output power of 2 MW. It is the first step towards operating frequencies up to 240 GHz using the coaxial-cavity gyrotron technology.

Although tremendous progress has been made in Artificial Intelligence (AI), it entails new challenges. The growing complexity of learning tasks requires more complex AI components, which increasingly exhibit unreliable behaviour. In this book, we present a model-driven approach to model architectural safeguards for AI components and analyse their effect on the overall system reliability.

This work develops a motion planner that compensates the deficiencies from perception modules by exploiting the reaction capabilities of a vehicle. The work analyzes present uncertainties and defines driving objectives together with constraints that ensure safety. The resulting problem is solved in real-time, in two distinct ways: first, with nonlinear optimization, and secondly, by framing it as a partially observable Markov decision process and approximating the solution with sampling.

The understanding and interpretation of complex 3D environments is a key challenge of autonomous driving. Lidar sensors and their recorded point clouds are particularly interesting for this challenge since they provide accurate 3D information about the environment. This work presents a multimodal approach based on deep learning for panoptic segmentation of 3D point clouds. It builds upon and combines the three key aspects multi view architecture, temporal feature fusion, and deep sensor fusion.

Es wurde ein zweistufiges Entscheidungsunterstützungssystem (EUS) für die Auswahl von Instandsetzungsverfahren für Einkammerschleusen unter laufendem Betrieb entwickelt. Die Tabellenmethode des Choosing by Advantages Decision Making System (CBA) wurde ausgewählt, um die Basis des EUS zu bilden. Für die Verifikation und Validierung wurde ein allgemeingültiger Entscheidungsprozess, ein Tool sowie ein Seminar entwickelt. A two-stage decision support system (DSS) was developed for the selection of maintenance procedures for single-chamber locks while they are in operation. The Choosing by Advantages Decision Making System (CBA) tabular method was selected to form the basis of the DSS. A generalized decision-making process, a tool, and a seminar were developed for verification and validation.

Optical measurement methods are becoming increasingly important for high-precision production of components and quality assurance. The increasing demand can be met by modern imaging systems with advanced optics, such as light field cameras. This work explores their use in the deflectometric measurement of specular surfaces. It presents improvements in phase unwrapping and calibration techniques, enabling high surface reconstruction accuracies using only a single monocular light field camera.

This work presents a single molecular motor driven by the current in an STM. Its chiral functional group is supposed to perform a rotation in a preferred direction, proven by Binomial tests to be statistically significant. The rotation is proposedly driven by the chiral-induced spin selectivity effect (CISS). However, the studies of the rotation on the dependence on the lateral tip position, voltage and current indicate that he CISS is unlikely to cause the preferred rotation direction.