Bei alternativen Antriebskonzepten entfällt zunehmend sowohl die Abwärme als auch die Geräuschmaskierung des Verbrennungsmotors. Dadurch sind einerseits Lüftungsgeräusche wahrnehmbarer und andererseits reduziert sich bei Elektrofahrzeugen die Reichweite infolge der Beheizung des Fahrzeuginnenraumes. In diesem Kontext besteht bei elektrischen Flächenheizungen aufgrund der körpernahen und geräuschlosen Wärmeemission ein vielversprechendes Entwicklungspotential, das bislang unzureichend erforscht ist.
Hierzu wird im Rahmen dieser Arbeit eine Methodik zur Auslegung elektrischer Flächenheizungen in Bezug zum konventionellen Klimatisierungssystem vorgestellt. Das Ziel der Untersuchungen ist die Komfortsteigerung hinsichtlich der Akustik und des Thermomanagements bei gleichzeitiger Energiereduktion während des Aufheizvorgangs. Neben der Ermittlung einer entsprechenden Datenbasis in einem neuartigen Temperier-Akustikraum erfolgt die Durchführung mehrerer Probandenstudien zum Nachweis eines verbesserten Aufheizprozesses. Hierbei werden die simulativ ausgelegten und prototypisch hergestellten, elektrischen Flächenheizungen inklusive einer betriebssicheren Regelung in den Referenzfahrzeugen angewendet und getestet.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Leichtbau in der Fahrzeugtechnik ist eine Schlüsseltechnologie zur Steigerung der Wett¬bewerbs-fähigkeit. Aufgrund der Vielzahl der Anforderungen an das Material rücken Hybrid¬materialien, also ein Zusammenschluss einzelner Werkstoffe, zunehm¬end in den Fokus der Leicht¬bau¬forschung. In dieser Arbeit werden Metall-Faser¬¬verbund-Sand¬wich¬materialien (MFS) mit Thermoplastkern motiviert durch die hohe Festigkeit, Biegesteifigkeit und Dauer¬festigkeit hinsichtlich ihres Leichtbaupotenzials in Fahrzeugkarosserien untersucht. Für die Unter¬suchungen wurden als Repräsen¬tanten Stahl-CFK-Stahl (SCS) und Magnesium-CFK-Magnesium (MCM) mit passen¬dem Haftvermittler zwischen Metall und FVK ausgewählt. Die Sand¬wich¬platten werden über ein Hei߬ver¬pressen der Materialien bei gleichzeitiger Konsoli¬dierung der Kern¬schicht hergestellt.
Ziele dieser Arbeit waren, ein geeignetes Kalibrierungs- und Validierungsverfahren für die Simulationsmodelle zu erforschen, um Crashbelastungen in guter Genauigkeit berechnen zu können sowie das Leichtbaupotenzial dieser Materialklasse beispielhaft zu untersuchen. Hierfür wurde basierend auf den Simula¬tions¬modellen je eine Bodenstruktur aus der jeweiligen Materialkonfiguration ausgelegt und in ein Referenz¬fahrzeug integriert. Auslegungslastfälle waren der Euro NCAP Pfahl¬auf¬prall, der Frontal¬aufprall ODB sowie vergleichbare Biege- und Torsions¬steifigkeiten der Roh¬karosserie.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Kurzfristige Unaufmerksamkeit hat einen starken Einfluss auf die Verkehrssicherheit. Fahrerassistenzsysteme besitzen ein großes Potential, die Anzahl dieser Unfälle zu verringern, jedoch wird im Absicherungsprozess dieser Systeme der kurzfristige Aufmerksamkeitszustand des Fahrers aktuell nicht berücksichtigt. Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Bestimmung des Einflusses des kurzfristigen Aufmerksamkeitszustands in der Kontrollierbarkeitsprüfung. Zu diesem Zweck wird ein Verfahren zur Fehlerabschätzung und Relevanzbewertung bei Vernachlässigung des Einflusses des kurzfristigen Aufmerksamkeitszustands in der Kontrollierbarkeitsprüfung entwickelt, angewendet und validiert. Das vorgestellte Verfahren beruht auf dem Ansatz, den Fehler und seine Relevanz für das Kontrollierbarkeitsergebnis abzuschätzen, der sich aus einer Vernachlässigung dieses Einflussfaktors ergibt. Es kann jedoch auch prinzipiell für andere Einflussfaktoren genutzt werden und liefert so einen Beitrag für eine robuste und effiziente Kontrollierbarkeitsbewertung.
Aktualisiert: 2021-12-30
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In der vorliegenden Arbeit wird der Frage nachgegangen, ob der Rollwiderstand von Nutzfahrzeugreifen durch äußeres Einwirken auf die Reifentemperatur reduziert werden kann. Durch eine theoretische Betrachtung der Wärmeflüsse im Betrieb einer Reifen-Felge-Kombination werden zwei Ansätze abgeleitet. Der erste Ansatz stellt dabei eine aktive Energiezufuhr dar, indem mithilfe einer Anströmung von warmer Luft auf die Reifenseitenwände eine Temperaturbeeinflussung erfolgt. Der zweite Ansatz kommt ohne Energiezufuhr aus, da hierbei lediglich eine Isolationsschicht auf dem Felgenbett aufgebracht wird. Das Potenzial dieser Konzepte wird zunächst simulativ mithilfe eines thermodynamischen Ersatzmodells in Matlab/Simulink® abgeschätzt. In den stationären und Fahrzyklus-Simulationen kann bereits eine signifikante Wirkung der beiden Ansätze aufgezeigt werden. Durch Rollwiderstandsmessungen wird im Anschluss die tatsächliche Wirkung der Konzepte an einer Auswahl von Nutzfahrzeugreifen nachgewiesen. So kann für beide Maßnahmen ein schnellerer Temperaturanstieg und eine höhere Beharrungstemperatur bestätigt werden. Die erzielbaren Rollwiderstandsreduzierungen im Beharrungszustand liegen im Labor zwischen 3,8 % und 9,3 %. Die Erprobung des Konzepts der isolierten Felge auf der Straße zeigt eine Reduzierung des Rollwiderstands um 3,3 %. Anschließend werden auch mögliche negative Effekte untersucht. Mithilfe des Simulationsmodells wird sichergestellt, dass auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen keine für die Reifenlebensdauer unzulässig hohen Temperaturen auftreten. Im Labor wird daraufhin das Kraftübertragungsverhalten unter den geänderten Verhältnissen überprüft.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Zur realitätsnahen Abbildung von Lastkollektiven an einem stationären vertikaldynamischen Prüfstand wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine Methodik entwickelt, welche quasi-rollende Prüfstandsanregungssignale für ein gekoppeltes Reifen-Fahrbahn-System generiert. Diese können unabhängig von einem zu untersuchenden Schwingungssystem erzeugt werden. Lediglich eine Kombination aus einem Testreifen und einem dreidimensionalen Fahrbahnunebenheitsprofil ist zur Generierung der Anregungssignale notwendig. Neben dem Abtastvermögen und der Schluckfähigkeit eines rollenden Reifens berücksichtigen diese ebenfalls die Differenzen des frequenzabhängigen vertikaldynamischen Schwingungsverhaltens eines rollenden Reifens im Vergleich zum stehenden Zustand. Somit stellt die Methodik einen vereinfachten Ansatz dar, mit dessen Hilfe realistische vertikaldynamische Untersuchungen, wie beispielsweise die Betriebsfestigkeitsanalyse, an Fahrwerkskomponenten bzw. -baugruppen an einem stationären Prüfstand durchgeführt werden können.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Aktuelle Anforderungen an ein modernes Reifenmodell beinhalten neben der präzisen Abbildung des stationären Handlingverhaltens auch die Berücksichtigung des Temperatureinflusses und der komplexen Reibprozesse zwischen Reifengummi und Fahrbahn im hoch-dynamischen Einsatz sowie die Abbildung hochdynamischer Effekte im globalen Reifenverhalten. Ferner soll ein Reifenmodell nur minimale Rechenressourcen beanspruchen und ein möglichst weites Feld möglicher Betriebsbedingungen bei minimalem Parametrierungsaufwand abdecken. Um konkrete Lösungsansätze hierfür abzuleiten, werden im Rahmen des Forschungsansatzes die Vor- und Nachteile verschiedener Modellierungsansätze hinsichtlich ihrer Eignung bewertet und verglichen. Im Zuge dieses Validierungsprozesses wird gezeigt, dass der Modellansatz eines „segmentierten Brushmodells“ prinzipiell in der Lage ist, diese Anforderungen zu erfüllen. Dieses Konzept wird im Rahmen der Entwicklung und Implementierung eines generischen Reifenmodells für die Fahrdynamiksimulation umgesetzt. Die internen Modellsignale sollen durch konkrete physikalische Größen dargestellt werden, um u. A. Parameteroptimierungen und Sensitivitätsanalysen am Reifen zu ermöglichen. Das Reifenmodell wird auf der Basis von Reifenprüfstandmessungen parametriert und validiert. Der Fokus der Entwicklungsarbeit liegt hierbei auf der Möglichkeit, aktuelle Erkenntnisse hinsichtlich des transienten Handlingverhaltens im hochdynamischen Einsatz bei der Modellbildung zu berücksichtigen. Zusätzlich sollen auch die internen und externen Einflüsse auf die Materialeigenschaften des Reifen-gummis Betrachtung finden. Dies drückt sich in der Anforderung aus, Fahrbahncharakteristiken und Fahrbahnzustände während der Simulationslaufzeit ändern zu können und ermöglicht hierdurch umfassende Funktionstests für Fahrwerkregelsysteme. Zur Parametrierung des Handlingverhaltens werden Messdaten auf einem Flachbahnprüfstand erhoben. Parallel können sogenannte „Reibkennfelder“ auf verschiedenen Fahrbahnoberflächen bzw. Prüfstandfahrbahnen ermittelt werden, um die entsprechenden Fahrbahncharakteristiken und Fahrbahnzustände zu identifizieren. Zur abschließenden Bewertung des neuen Modellansatzes wird das Modellkonzept mit den etablierten Reifenmodellen „Magic Formula“ und „FTire“ verglichen.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Das Ziel einer ständigen Verbesserung der Verkehrssicherheit und einer stetigen Absenkung der Unfallopferzahlen wird von der Europäischen Union vorangetrieben. Hierzu müssen neben der Verbesserung der Fahrzeugkonstruktion und der Verkehrsinfrastrukturen auch die Fahrzeuge und Ihre Assistenzsysteme miteinbezogen werden. Diese verfügen durch Ihr hohes Potential zur Unfallvermeidung über einen großen Hebel zur Erlangung des angestrebten Ziels. Im Rahmen der Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, anhand dessen verschiedene Verfahren zur Unfallvermeidung im Fahrbetrieb, bis hin zu einer realen Kollision, erprobt werden können. Neben der Testmethodik wird auch das zugehörige Testsystem, bestehend aus einem Zug- und dem eigentlichen Zieldarstellungsfahrzeug, vorgestellt, sein Aufbau erläutert und seine Funktionalität im Fahrversuch nachgewiesen.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Durch die Veränderung politischer und gesellschaftlicher Rahmenbedingungen sowie die stetige technologische Weiterentwicklung der Energiespeichersysteme wird in den kommenden Jahren ein deutlicher Anstieg des Marktanteils elektrisch angetriebener Fahrzeuge erwartet. Aufgrund des lokal emissionsfreien und geräuscharmen Antriebs eignen sich Elektrofahrzeuge in besonderem Maße für den Einsatz innerhalb urbaner Ballungszentren.
Der elektrische Radnabenantrieb bietet durch die Verlage¬rung der Antriebseinheit in das Rad zudem das Potenzial, die Raumeffizienz des Fahrzeugs zu verbessern. Hierdurch kann dem Kundenwunsch nach einem komfortablen Insassenraum und einem ausreichend dimensionierten Transportraum bei gleichzeitig möglichst kompakten Außenabmessungen des Fahrzeugs entsprochen, und ein Beitrag zur effizienteren Nutzung der begrenzten Verkehrsfläche in Städten geleistet werden. Eine Quantifi¬zierung der tatsächlich realisierbaren Raumeffizienzvorteile ist bisher jedoch nicht erfolgt. Ziel dieser Arbeit war daher die Analyse des Einflusses elektrischer Radnabenantriebe auf die Raumeffizienz von Personenkraftwagen.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrads von Getrieben wurde im Rahmen der Arbeit ein Wirkungsgradsimulationsmodell erstellt, welches bei der konzeptionellen Auslegung von Getriebearchitekturen unterstützt. Durch eine systematische Einzelfunktionsverschaltung können Strukturen unabhängig von deren Entwicklungsstadium simuliert werden. So entsteht die Möglichkeit den Getriebewirkungsgrad entlang des Entwicklungsprozesses kontinuierlich zu bestimmen, was bei der Konzeptauswahl, wie auch der Detaillierung von Konzepten unterstützt.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Prüfstandskonzept entwickelt und vorgestellt, welches in der Lage ist, Lkw-Reifen sowohl auf einer Labor-Trommel als auch auf realen Fahrbahnen zu untersuchen. Hierdurch entfällt der Bedarf an zwei separaten Messsystemen und dadurch die Unsicherheit bei der Bewertung eventuell gefundener Unterschiede, da immer exakt dieselbe Messtechnik und dieselbe Aktuatorik verwendet werden.
Eine in einen Lkw-Auflieger integrierte Radführungseinheit wird mit einer hochsensiblen Rollwiderstandsmessnabe ausgerüstet, sodass Messungen nach der in der ISO 28580 beschriebenen Kraftmethode auf realen Fahrbahnen ermöglicht werden. Am Beispiel von vier verschiedenen Lkw-Reifen werden zwei Messreihen ausgeführt. Dabei wird das Prüfstandskonzept zunächst anhand von stationären Labormessungen validiert und die Messtauglichkeit nachgewiesen. In einer zweiten Messreihe werden dieselben vier Reifen unter Anwendung derselben Einsatzbedingungen mit exakt demselben Prüfstand auf einer realen Fahrbahn (Ovalrundkurs auf dem ATP Prüfgelände in Papenburg) gemessen. Die ermittelten Ergebnisse der Messungen auf realer Fahrbahn sind dabei, nach Anwendung der in der Norm vorgesehen Korrekturen, deutlich von den Labormessungen abgewichen. Die Standardabweichung und Reproduzierbarkeit der Einzelmessungen lag im Bereich heute etablierter Pkw-Messsysteme. Die deutlichen Abweichungen der Fahrbahnmessungen zu den Labormessungen lassen sich grundsätzlich auf verschiedene Einflussfaktoren zurückführen, welche jeweils einzeln diskutiert werden. Maßgeblich werden hierbei die Fahrbahnsteifigkeit, Ebenheit und deren Textur sowie die unterschiedlichen Temperaturbedingungen angesehen. Eine quantitative Aufteilung oder Bewertung ist hierbei mit dem heutigen Wissensstand noch nicht möglich. Dies war jedoch auch nicht Ziel oder Anspruch dieser Arbeit. Vielmehr kann die entwickelte und vorgestellte Methode zukünftig zur gezielten Untersuchung zur Quantifizierung der genannten Einflussfaktoren auf realen Fahrbahnen oder z.B. zur Entwicklung neuer Normen für Messprozeduren oder Referenzfahrbahnen herangezogen werden. Es wäre ebenfalls denkbar, eine geeignete Skalierungsformel zu identifizieren, mit der es möglich ist, Laborergebnisse an reale Fahrbahnbedingungen anzupassen. Wie gezeigt werden konnte, reichen die Ansätze in den heutigen Normen hierfür nicht aus.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Zur Reduktion des Flächenbedarfs von Pkw, insbesondere im ruhenden Verkehr, ist die Manövrierfähigkeit der Fahrzeuge zu verbessern. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein Lenkungskonzept vorgestellt, das mit minimalem technischem Aufwand bei gleichzeitiger Weiterverwendung konventioneller Fahrzeug- und Fahrwerkkonzepte Radlenkwinkel bis zu 90° ermöglicht. Um dies zu erreichen wird die Spurstange der gelenkten Achse durch ein Koppelgetriebe ersetzt. Die Systemeigenschaften und die erforderlichen Auslegungskompromisse sowie technische Grenzen werden aufgezeigt. Das entworfene System zeigt bei minimalem technischem Aufwand eine signifikante Verbesserung der Wendigkeit des Fahrzeugs, ohne dass hinsichtlich Fahrdynamik und Komfort Nachteile in Kauf genommen werden müssen.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Steigende Emissionen und die Verknappung fossiler Ressourcen erfordern neue hocheffiziente Energieversorgungskonzepte. Der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) wird hierbei derzeit ein hohes Potential zugesprochen. Hochelektrifizierte Hybridfahrzeuge weisen bereits die wesentlichen technischen Komponenten auf, um als KWK Anlage operieren zu können. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Versorgung eines Energieverbunds aus einem Einfamilienhaus und einem Range Extender Fahrzeug untersucht, bei der die Abwärme des Range Extenders für die Gebäudeheizung und zur Temperierung der Fahrzeugkomponenten eingesetzt wird. Der erzeugte Strom wird im Fahrzeug genutzt und zudem für die Bedarfsdeckung im Gebäude verwendet. Als Forschungsschwerpunkte werden die technischen Realisierbarkeit und der Einfluss auf die Energieeffizienz adressiert.“
Aktualisiert: 2021-12-30
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"Das wachsende Interesse der Öffentlickeit an Elektrofahrzeugen begründet sich vorrangig durch die mögliche lokale Emissionsfreiheit des Antriebs. Die Elektrifizierung beeinflusst dabei jedoch alle Bereiche des Kraftfahrzeugs. So ermöglicht der Einsatz von Elektromotoren neue Triebstrangkonfigurationen wie z.B. einen elektrischen Einzelradantrieb. Die in der Dissertation vorgestellten Ansätze aus der Literatur bestätigen das große Potential elektrischer Einzelradantriebe für die Fahrdynamikregelung. Es wird jedoch deutlich, dass bisher kein Konzept existiert, das die Potentiale des elektrischen Einzelradantriebs für die beiden relevanten Fahrdynamikregelsysteme ASR und Torque Vectoring gemeinsam umsetzt und dessen Funktionen vollständig in einem realen Fahrzeug erprobt wurden. Vor diesem Hintergrund wird in dieser Dissertation ein Fahrdynamikregler für Fahrzeuge mit elektrischem Einzelradantrieb konzipiert. Dazu wird zunächst eine geeignete Gesamtarchitektur entwickelt, die ein effizientes Zusammenspiel der Funktionen ermöglicht. Darauf aufbauend werden die einzelnen Funktionen konzipiert und mit Hilfe eines Fahrzeugsimulationsmodells überprüft. Als Simulationsumgebung wird ein Fahrzeugmodell eines Audi R8 e-tron eingesetzt. Nach der Konzeption des Fahrdynamikreglers und des Funktionsnachweises in der Simulation erfolgt eine umfassende Validierung im Fahrversuch im realen Fahrzeug. Die Versuche werden mit einem Audi R8 e-tron u.a. auf trockenem Asphalt, Schnee und poliertem Eis durchgeführt. Dabei können die Simulationsergebnisse bestätigt werden und zudem noch weitere Funktionsnachweise erbracht werden, die in der Simulation nicht durchgeführt wurden. Im Fall der ASR ist dies z.B. das Befahren einer 26%-Steigung mit m-split Bedingungen. Alle entwickelten Funktionen greifen nur auf die elektrischen Antriebsmotoren zu. Auf Bremseneingriffe und den Einsatz spezieller Achsdifferentiale wird verzichtet. Neben den gezeigten funktionalen Vorteilen ist dies energieeffizienter, was insbesondere bei Elektrofahrzeugen mit prinzipbedingt geringer Reichweite sehr wichtig ist. Mit dem im Rahmen der Dissertation entwickelten Fahrdynamikregler ist es erstmalig gelungen, die Potentiale des elektrischen Einzelradantriebes für die Fahrdynamikregelung vollständig in einem Regler umzusetzen und umfassend in einem realen Fahrzeug zu erproben."
Aktualisiert: 2021-12-30
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Der Schwingungs- und Geräuschkomfort von Kraftfahrzeugen wird heutzutage hauptsächlich mit passiven Maßnahmen verbessert. Fahrzeugstrukturen werden dazu meist mit zusätzlichen Massen und dämpfenden Werkstoffen versehen, um Strukturschwingungen auf ein für den Kunden akzeptables Niveau zu reduzieren. Dabei entsteht oft ein Zielkonflikt bei der Entwicklung gewichtsoptimierter Bauteile, die zudem im Fall von Fußgängerkollisionen mit einer reduzierten Steifigkeit auszulegen sind. In dieser Arbeit wird daher für die Lösung dieses Zielkonflikts ein aktives Schwingungsdämpfungssystem entwickelt, das hinsichtlich der Aktorik auf vergleichsweise leichten und hochdynamischen, elektroaktiven Polymeraktoren basiert. Um den vorhandenen Bauraum optimal zu nutzen und das Package durch die Aktorik nicht negativ zu beeinflussen, werden mehrere Polymeraktoren dezentral über eine Fahrzeugstruktur platziert und zu einer Gesamtregelung zusammengeführt. Die verschiedenen Krafteinleitungspunkte der Stör- und Stellgrößen werden schließlich mit einer modellbasierten Mehrgrößenregelung berücksichtigt, sodass eine bedarfsgerechte destruktive Interferenz im Bauteil erzeugt werden kann.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Im Rahmen dieser Arbeit wurde methodisch untersucht, wie sich allein mittels Modifikation der Felgenmaulweite das Fahrverhalten von Kraftfahrzeugen beeinflussen und abstimmen lässt.
Dazu wurde zunächst mit einer Reihe von Prüfstandsmessungen die Beeinflussung der Komponente Reifen durch den Parameter Maulweite untersucht. Die hier gewonnenen Erkenntnisse flossen dann in eine Reihe von Gesamtfahrzeugsimulationen ein, mit denen gezeigt werden konnte, dass nicht nur der Reifen, sondern das querdynamische Fahrverhalten des gesamten Fahrzeugs überzeugend durch eine Änderung der Felgenmaulweite beeinflusst werden konnte.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine methodische Vorgehensweise zu entwickeln, die aus Sicht des Lkw-Herstellers für unterschiedliche Anspannungsgrade der Gesetzgebung sowie unterschiedliche
Prämissen eine unter wirtschaftlichen Aspekten möglichst optimale Erfüllung der gesetzlichen Vorgaben aufzeigt. Auf dem Weg zu einem solchen Verfahren werden in der Arbeit zunächst der Zusammenhang zwischen den Treibhausgasemissionen und dem Kraftstoffverbrauch des Transportsektors aufgezeigt, die Einflussfaktoren auf den Kraftstoffverbrauch von Nutzfahrzeugen dargestellt und die bisher bekannten gesetzlichen Vorgaben zur Eindämmung des CO2-Ausstoßes in knapper Form vorgestellt. Hierauf basierend werden die wichtigsten heute verfolgten technologischen Ansätze zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes aufgeführt. In der Arbeit wird weiter aufgezeigt, dass die optimale Auswahl und Verteilung von Maßnahmen zur Erfüllung der CO2-Gesetzgebung auf ein Nutzfahrzeugportfolio eine spezielle Form des Rucksackproblems darstellt, das sich aufgrund seiner Spezifika aus heutiger Sicht einer Lösung durch ein analytisches Lösungsverfahren entzieht. Vor diesem Hintergrund wurde ein mehrstufiges heuristisches Verfahren entwickelt und in einem Tool umgesetzt, das im Rahmen eines integrierten Ansatzes sowohl die Maßnahmen- als auch die Fahrzeugtypebene im Blick behält.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Ein Kernthema der globalen Verkehrssicherheit ist der Schutz von Fußgängern. Bei einer Fahrzeug-Fußgänger-Kollision ist die Frontscheibe die häufigste Anprallregion des Kopfes und verursacht schwere Verletzungen. Dennoch wird in gesetzlichen Regelungen zum Fußgängerschutz (vgl. EGVerordnung Nr. 78/2009, ECE R127 sowie GTR Nr. 9) die Frontscheibe derzeit nicht betrachtet. Ursache hierfür sind Streuungen in Ergebnissen bei Kopfanprallversuchen, die die Windschutzscheibe als nicht vorhersagbar und nicht beeinflussbar charakterisiert. Methoden oder Ansätze zur Entwicklung passiver Schutzmaßnahmen für Frontscheiben sind derzeit ebenfalls nicht bekannt. Haupteinflussfaktor auf das Verletzungsrisiko beim Kopfanprall im Scheibenbereich ist der Bruchzeitpunkt der Frontscheibe. Die vorliegende Arbeit legt dar, dass die Ursache für die Streuungen in den Versuchsergebnissen das stochastische Bruchverhalten von Glas ist. Unter Berücksichtigung des stochastischen Bruchverhaltens von Glas wird in der vorliegenden Arbeit eine Methode zur Bewertung des Verletzungsrisikos beim Kopfanprall im Scheibenbereich entwickelt. Diese Methode wird darüber hinaus angewendet, um die Frontscheibengeometrie zu optimieren und das Verletzungsrisiko signifikant zu reduzieren. Die entwickelte Bewertungsmethodik besteht aus zwei Schritten. Zunächst werden charakteristische Bruchzeitpunkte für unterschiedliche Verletzungsschweren mit Hilfe von Anprallsimulationen bestimmt. Für diese Anprallsimulationen kommt ein entwickeltes Scheibenmodell zum Einsatz, welches die Steifigkeit von Verbundsicherheitsglas bei unterschiedlichen Bruchzeitpunkten abbildet. Im zweiten Schritt wird der zeitliche Bruchwahrscheinlichkeitsverlauf für die zu bewertende Frontscheibe und Anprallposition ermittelt. Mit diesem Verlauf wird die Wahrscheinlichkeit für die charakteristischen Bruchzeitpunkte sowie für die Verletzungsschwere bestimmt. Zur Bestimmung dieses Verlaufs wird das Weibull-Modell erweitert, um nicht nur quasistatische, sondern auch dynamische Lastfälle anzunähern und bspw. die dynamische Festigkeitssteigerung sowie die Größe der belasteten Fläche zu berücksichtigen. Mit einer “Design-of-Experiment”-Untersuchung wird der Einfluss der Frontscheibengeometrie auf das Verletzungsrisiko untersucht. Eine hohe Wahrscheinlichkeit für einen frühen Bruchzeitpunkt ergibt sich bspw. bei einer großen Scheibenhöhe, einer geringen Scheibenbreite oder einer hohen oberen Längsbiegung. Unter Berücksichtigung dieser Einflussfaktoren konnte die Frontscheibe eines Fahrzeugs optimiert und die Wahrscheinlichkeit für geringe Verletzungen von 46 % auf 75 % erhöht werden.
Aktualisiert: 2021-12-30
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In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode namens MANTIK entwickelt, welche es erlaubt, zu gegebenen In-Depth-Unfalldaten von Pkw-Pkw-Kreuzungsunfällen die Einlauftrajektorien der Beteiligten zu schätzen. Die so ermittelten Trajektorien können z.B. im Rahmen der Effektivitätsbewertung eines Fahrerassistenzsystems mittels Pre-Crash-Simulation als Vorunfallszenario dienen. Die Methode ist algorithmisch in der objektorientierten Programmiersprache C++ umgesetzt und wird am Beispiel von GIDAS im Vergleich mit der Pre-Crash-Matrix getestet. Die Validität der geschätzten Trajektorien wird mit Hilfe von Fahrsimulatoraufzeichnungen untersucht. Die Pfade der ermittelten Trajektorien sind -stetig, stückweise aus Klothoiden beliebiger Anzahl zusammengesetzt und erfüllen diverse Randbedingungen, wie z.B. Kraftschluss, realistische Querbeschleunigung, realistische Lenkradwinkelrate und maximaler Lenkwinkel. Zur Erhöhung der Anwendbarkeit wird außerdem eine Heuristik zur Schätzung von Stoßpunkten und Impulswinkel auf Basis der Collision Deformation Classification entworfen. Die Berechnung der Trajektorien wird über ein nichtlineares Optimierungsproblem mit Gleichungs- und Ungleichungsnebenbedingungen mit Hilfe eines modifizierten Penalty-Verfahrens durchgeführt. Als Löser dient ein Newton-Raphson-Verfahren mit optimaler Schrittweitensteuerung. Der Startvektor wird über ein vereinfachtes, ebenfalls nichtlineares Optimierungsproblem ermittelt. Zur Bestimmung der benötigten Gradienten und Jacobimatrizen wird ein algorithmisch differenzierender Datentyp verwendet. Weiterhin wird die Machbarkeit der Nutzung von Geo‑ und Navigationsdaten zur automatisierten Lokalisation und Erstellung von digitalen Unfallstellen untersucht. In dieser Arbeit werden Grundlagen geschaffen, welche auf lange Sicht weltweite In-Depth-Unfalldaten zu simulationsfähigen Trajektorien umwandeln können. Dieser Prozess ist hoch‑ bis vollkommen automatisierbar, reproduzierbar, objektiv und kostengünstig. Die ermittelten Trajektorien können als Simulationsbasis bei der Entwicklung, Auslegung und Optimierung von Sicherheitssystemen beitragen.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Verfahren entwickelt, welches durch die Verwendung von gleichen elektrischen Antriebsmodulen über mehreren Fahrzeugklassen eines Herstellers einen möglichst geringen Entwicklungsaufwand erreicht und Stückzahleneffekte nutzbar macht. Ausgangspunkt dieser Arbeit ist die systematische Aufstellung des Lösungsraumes für Elektrofahrzeugantriebe. Das Antriebssystem kann sich dabei aus mehreren elektrischen Maschinen unterschiedlicher Typen, Leistungsklassen und Anordnungen, sowie ein- oder mehrstufigen Getrieben zusammensetzen und an einer oder zwei Achsen angeordnet sein. Im zweiten Schritt wird ein Bewertungsverfahren entwickelt, welches mittels Nutzenfunktionen Zielerreichungsgrade der Anforderungen für alle Antriebsmorphologien bestimmt. Die Kosten für die Herstellung des Antriebs werden mit Hilfe eines integrierten, stückzahlenbasierten Kostenmodells für die Antriebssysteme ermittelt. Die Antriebsmorphologie, die unter Einhaltung eines Kostenziels für den Antrieb den höchsten Nutzwert erreicht, stellt in der jeweiligen Fahrzeugklasse den optimalen Antrieb dar. Die Auswahl eines, für die jeweilige Fahrzeugklasse, optimierten Antriebskonzeptes führt jedoch dazu, dass mehrere verschiedene Antriebssysteme entwickelt werden müssen. Daher wird das Bewertungsverfahren auf zwei virtuell definierte Fahrzeughersteller angepasst, mit dem Ziel eine möglichst geringe Anzahl an Antriebsmodulen auszuwählen, die in allen Fahrzeugklassen die jeweiligen Kostenziele erreichen und darüber hinaus keine oder möglichst geringe Verschlechterungen der Zielerreichungsgrade der Anforderungen bedingen.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Die Trajektorienplanung stellt einen zentralen Bestandteil in der Wirkkette des hochautomatisierten Fahrens dar. Sie realisiert das Bindeglied zwischen der Bewegungsplanung und dem Fahrdynamikregler und sorgt idealerweise zum einen für eine klare Aufgabentrennung, zum anderen für eine Kompläxitätsreduktion der angrenzenden Funktionsmodule. Bei entsprechender Umsetzung gibt die Bewegungsplanung das übergeordnete Verhalten vor und kann in weiten Teilen unabhängig von konkreten Fahrzeugspezifika implementiert werden, während sich die Aufgabe des Fahrdynamikreglers ausschließlich darauf konzentriert, das Fahrzeug mithilfe der verfügbaren Aktuaktorik in den angeforderten Zustand zu überführen. Die Transformation des Verhaltens, das in Form von Referenzkurven und zusätzlichen einschränkenden Bedingungen übergeben wird, in einem konkreten, zeitlichen Ablauf von Zuständen, formuliert schließlich die Problemstellung der Trajektorienplanung.
Aktualisiert: 2021-12-30
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