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Die Verkürzung der Entwicklungszeit und Reduzierung der Gesamtkosten durch die Vermeidung von späten Designänderungen wird in der Produktentwicklung immer relevanter. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wird ein Ansatz zur Unterstützung des Frontloading aufgezeigt und an einem Beispielsystem aus einem Akkubohrschrauber angewandt. An drei Untersuchungsbeispielen werden die Einsatzmöglichkeiten des Ansatzes zu skalierten Untersuchungen in der Produktentwicklung aufgezeigt und evaluiert. Durch die Kopplung von unterschiedlichen Teilsystemen und dem zeitgleichen Betrieb in einem Antriebsstrangprüfstand (scaled-Components-in-the-Loop-Prüfstand) wird eine vorgezogene Absicherung unterstützt. Vorteile bietet eine vorgezogene Absicherung insbesondere für die Vorentwicklungsphasen, in denen noch keine vollständig funktionsfähigen Versuchs- bzw. Technologieträger zur Verfügung stehen, gleichzeitig jedoch eine frühe funktionale Absicherung mit Hardwarekomponenten gewünscht ist. Das Frontloading in der Produktentwicklung wird damit unterstützt und gefördert. Die skalierten Untersuchungen werden in drei Experimenten am scaled-Componentsin-the-Loop-Prüfstand für einen Akkubohrschrauber durch exemplarische Anwendungen veranschaulicht. Es erfolgt die beispielhafte Umsetzung der Skalierung der Leistungsgrößen in einem XiL-Prüfstand zur Anpassung des Systemverhaltens an veränderte Prototypen. Anhand von Experimenten an einem Antriebsstrangprüfstand werden Skalierungsfaktoren für die Anpassung der rotatorischen Leistungsgrößen zwischen miteinander verbundenen Systemen abgeleitet und verifiziert. Die Integration der skalierten Komponenten erfolgt auf einem XiL-Prüfstand über Koppelsysteme in das Gesamtsystem. Dadurch wird eine skalierte Komponentenprüfung unter Berücksichtigung des restlichen Systems ermöglicht. Basierend auf den abgeleiteten Skalierungsmodellen wird der Einfluss von Geometrievarianten auf das dynamische Verhalten einer Überlastkupplung eines Akkubohrschraubers untersucht. Durch den Einsatz des scaled-Components-in-the-Loop-Prüfstands und der abgeleiteten Skalierungsfaktoren können Gestaltvariationen bereits durch Einsatz eines Referenzsystems bewertet werden. Durch die Einbindung von physischen Komponenten und Teilsystemen aus Referenzprodukten und die Ableitung von Skalierungsfaktoren können frühe Untersuchungen skalierter Komponenten unter Berücksichtigung des Gesamtsystems durchgeführt werden. Die Forschungsarbeit beschreibt basierend auf den gezeigten Untersuchungen eine Validierungsmethode und stellt Möglichkeiten zur Integration der Methode in den Produktentwicklungsprozess vor.

In der Luftfahrt ist es notwendig, Situationen zu beherrschen, die in einem stationären Betrieb eines Antriebstrangs eine untergeordnete Rolle spielen. Dazu gehört die Betrachtung systematischer Störursachen, aber auch die Betrachtung von Fehlerfällen und deren Auswirkung. Dieser Beitrag erläutert angesichts der absehbaren Elektrifizierung der Luftfahrt, wie das elektromagnetische Störpotenzial eines elektrischen Antriebsstrangs entsteht und inwiefern es durch existierende Luftfahrtstandards [1] abgesichert ist. Er benennt die systematische Ursache von Störspannungen und die Auswirkung von Netzformen und Asymmetrien der Last. Die Auswahl der Umrichtertopologie, die Wahl der Netzform, und im mehrphasigen Antriebsstrang die Betrachtung von Asymmetrien und damit auch seltene Fehlerfällen, die elektrisch tolerierbar sein können, beeinflussen das Maß der zu beherrschenden Störwirkung. Das Störpotenzial ist eine Folge von Architekturentscheidungen, die früh im Entwicklungsprozess getroffen werden sollten.

Additive manufacturing gives new freedom to part design by enabling the manufacturing of complex structures. Mastering this degree of freedom poses challenges for product developers with experience from conventional manufacturing. In order to meet this challenge in a structured manner, a practical method is presented in which creative idea development is combined with software-based design optimization. First, optimization goals are defined. Then a baseline design is developed through a creative ideation process. Variants are derived from the baseline design, evaluated according to simulation results and selected. The method is illustrated by the development of a lightweight and function-integrated gear wheel.

Im Rahmen dieser Arbeit erhält der Lesende einen Einblick in den Entwicklungsprozess eines mechanischen Konzeptes für einen fußballspielenden Roboter. Dieses kann als Grundstein für eine Teilnahme an der Robo Cup Soccer Small Size League (Robo Cup SSL) betrachtet werden, welche einen internationalen Wettbewerb für Mannschaften darstellt, die großteils aus Studenten und angehenden Ingenieuren bestehen. Zu beachten ist, dass im weiteren Verlauf ausschließlich mechanische Aspekte behandelt werden und demnach Komponenten aus der Elektrotechnik und der Informatik nicht in den Inhalt miteinfließen. Dadurch wird der Fokus umso mehr auf die Entwicklung eines konkurrenzfähigen mechanischen Konzeptes gelegt, welches im Vergleich zu bereits bestehenden Konzepten vor allem hinsichtlich des Montageaufwandes verbessert werden soll. Da dieser Arbeit auch ein Konstruktionsprojekt zu Grunde liegt, wurde beim Designen einzelner Bauteile darauf geachtet, dass für eine potenzielle Fertigung Technologien aus dem Bereich des Rapid Prototyping verwendbar sind. Somit wurde die Forschungsfrage dieser Arbeit unter anderem der Verringerung des Montageaufwandes von bereits bestehenden mechanischen Konzepten sowie der Einbindung von additiven Fertigungsmethoden zur Herstellung der Bauteile des Roboters gewidmet. Im Vorfeld des Konstruktionsprojektes wurden mehrere wissenschaftliche Arbeiten zu diesem Thema gelesen und generell ein facheinschlägiges Wissen über Roboter der Robo Cup SSL aufgebaut. Außerdem fand eine Auseinandersetzung mit dem Regelwerk dieses Wettbewerbes statt, das hinsichtlich des mechanischen Konzeptes der Roboter einen wesentlichen Einfluss auf das Design und die einzelnen Bauteile hat. Anschließend sind in der Entwicklungsphase Möglichkeiten und Lösungen ausgearbeitet worden, die zur Beantwortung der Forschungsfrage führen sollen. Diese Ansätze werden im Verlauf der nachfolgenden Arbeit durch Wissen aus einer umfangreichen Literaturrecherche sowie durch Berechnungen untermauert. Es wurden Bauteile identifiziert, für die eine Herstellung mit additiven Fertigungsmethoden wirtschaftliche Vorteile und Begünstigungen hinsichtlich der Endmontage des mechanischen Konzeptes mit sich bringt. Bezüglich der eigenen CAD-Konstruktionen wird auf jede Realisierungen im Einzelnen eingegangen und deren Bilder zu visualisierenden Zwecken dargestellt. Abschließend sind Herstellungsangebote verschiedener Anbieter für jedes eigens konstruierte Bauteil verglichen und im letzten Kapitel die Erkenntnisse dieser Arbeit zusammengefasst worden. In this thesis, the reader gets an insight into the development process of a mechanical concept for a football-playing robot. This can be seen as the foundation for participation in the Robo Cup Soccer Small Size League (Robo Cup SSL), which is an international competition for teams consisting mainly of students and budding engineers. It should be noted that only mechanical aspects are dealt with in the further course and therefore components from electrical engineering and computer science are not included in the content. Thus, the research question of this thesis was dedicated to the reduction of the assembly effort of already existing mechanical concepts as well as the integration of additive manufacturing methods for the production of the robot's components. In the run-up to the design project, several scientific papers on this topic were read and generally relevant knowledge about Robo Cup SSL robots was built up. In addition, there was an examination of the rules and regulations of this competition, which have a significant influence on the design and the individual components with regard to the mechanical concept of the robots. Subsequently, possibilities and solutions were worked out in the development phase, which should lead to an answer to the research question. These approaches are supported in the course of the following work by knowledge from an extensive literature research as well as by calculations. Components were identified for which manufacturing with additive manufacturing methods brings economic advantages and benefits. With regard to the own CAD constructions, each realisation is dealt with in detail and their images are presented for visualisation purposes. Finally, manufacturing offers from different suppliers are compared for each specially designed component and the findings of this thesis are summarised in the last chapter.

In der Produktentwicklung geht der Trend zum Einsatz immer leistungsdichterer und schneller drehender Motoren mit der gleichzeitigen Forderung nach dem vermehrten Einsatz von Leichtbau. Dies führt zu geänderten Schwingungscharakteristiken in Systemen, welche die Beanspruchung von Menschen und Bauteilen negativ beeinflussen können. Viele Gestaltparameter in Antriebssträngen beeinflussen deren Schwingungscharakteristik. Eine Bewertung der Effektstärken der Gestaltparameter relativ zueinander ist basierend auf dem Stand der Forschung nur eingeschränkt möglich. Dass das Material eines Lagersitzes das Schwingungsverhalten eines Antriebsstrangs mit Kegelradgetriebe beeinflussen kann wurde im Stand der Forschung gezeigt. Wie Gestaltmerkmale des Gehäuses, dessen radiale Steifigkeit und radiale Schwingungen zusammenhängen wurde jedoch im untersuchten System noch nicht expliziert. Wissenschaftliches Ziel dieser Arbeit ist die Unterstützung der Analyse der Zusammenhänge zwischen Gestaltparametern in Polymergehäusen gelagerter Antriebsstränge. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen wiederum die gezielte Beeinflussung radialer Schwingungen unterstützen. Zur Erreichung des Ziels wird zunächst eine virtuelle Versuchsumgebung zur Identifikation und Eingrenzung von Gestaltparametern mit Potential radiale Schwingungen des untersuchten Systems zu beeinflussen entwickelt. Zur Identifikation wird eine simulative Parameterstudie mit einem teilfaktoriellen Versuchsplan und statistischer Auswertung durchgeführt. Darauf aufbauend wird ein Entwicklungsprüfstand mit variablem Steifigkeitselement zur Quantifizierung der Zusammenhänge zwischen Gestaltparametern und radialen Schwingungen entwickelt und genutzt. Im letzten Teilschritt werden die quantifizierten Zusammenhänge eingesetzt, um eine Gehäusegestalt abzuleiten und damit radiale Schwingungen zu beeinflussen. Ergebnis dieser Arbeit ist eine methodische Vorgehensweise, welche bei der Identifikation und Quantifizierung der Zusammenhänge zwischen Gestaltparametern und radialen Schwingungen unterstützt. Ein weiteres Ergebnis ist ein Entwicklungsprüfstand mit einstellbarem Lagersitz-Steifigkeits-Element mit dessen Hilfe Zusammenhänge zwischen Gestaltparametern und radialen Schwingungen quantifiziert werden können. Dies ermöglichte die Quantifizierung der Zusammenhänge zwischen Lagerabstand, radialer Lagersitzsteifigkeit, Drehzahl und radialen Schwingungen sowohl im Hochlauf als auch bei konstanter Drehzahl im untersuchten System. Mit Hilfe der entwickelten Unterstützungen konnten beispielhaft die Zusammenhänge zwischen einzelnen Gestaltparametern und Radialschwingungen eines in einem Polymergehäuse gelagerten Antriebsstrangs analysiert sowie beispielhaft Gehäusegestalten abgeleitet und untersucht werden.

Elektrofahrzeuge gelten als Baustein einer nachhaltigen Mobilität, da sie einen emissionsfreien Betrieb und die Nutzung regenerativer Energiequellen ermöglichen. Die begrenzte Reichweite von Elektrofahrzeugen gilt jedoch als größtes Hindernis bei der Verbreitung der Technologie. In der vorliegenden Arbeit wird diese Problematik durch die Entwicklung eines Fahrtenmanagement-Systems adressiert. Es ermöglicht die Berechnung einer effizienten Fahrweise und eine verlässliche Prognose des Ladezustands am Zielort. Um dies zu erreichen werden drei Kernaufgaben fokussiert. Zum Ersten werden auf Basis von Kartendaten Informationen über die vorausliegende Route gesammelt, um die Planung des Fahrtverlaufs vom Start zum Ziel zu ermöglichen. Durch Analyse zur Verfügung stehender Online-Daten wird die gesamte vorausliegende Fahrt planbar unter Berücksichtigung von Geschwindigkeitsbegrenzungen, Streckenverlauf und auftretender Verkehrssituationen. Zum Zweiten werden die erzeugten Daten genutzt, um eine Optimierung des Geschwindigkeitsverlaufs in dynamischer Programmierung nach dem Optimalitätsprinzip von Bellman umzusetzen. Da sich Energieeffizienz und Fahrzeit als Zielgrößen der Optimierung gegenüberstehen, werden unterschiedlich gewichtete Lösungen erzeugt. Zum Dritten wird die Berechnung des Energiebedarfs durch ein rechenzeitoptimiertes Fahrzeugmodell fokussiert, welches anhand aufgezeichneter Realdaten verifiziert wird. In einer Gesamtfahrzeugsimulation wird der realitätsnahe Einsatz des Fahrtenmanagers gezeigt. Dabei findet eine laufende Korrektur der Fahrstrategie statt, um unvorhergesehene Einflüsse auf den Fahrtverlauf zu kompensieren und die Abweichung zu einem prognostizierten Zielwert zu minimieren. Die Neuheit der Arbeit liegt in der Kombination der Routenprädiktion und der Erzeugung pareto-optimaler Geschwindigkeitsverläufe durch die multikriterielle Optimierung. So wird die Berechnung verschiedener Fahrstrategien und die Umsetzung einer Strategie-Korrektur während der Fahrt ermöglicht. Auf diese Weise ist nicht nur eine Energieersparnis aufgrund der effizienten Fahrweise möglich, sondern auch eine verbesserte Vorhersage der Fahrzeit, respektive des Ladezustands am Zielort., Electric vehicles are regarded as a key technology for sustainable mobility. They offer emission free driving and the possibility to use renewable energy sources. The most relevant obstacle for the market acceptance of electric vehicles is the limited range in comparison to combustion engine vehicles. In this thesis a driving manager is presented to improve the driving efficiency and accuracy in range estimation. The system calculates the optimal course of velocity for the upcoming route in terms of energy consumption and driving time. In order to achieve this, three core topics are addressed. The knowledge about the upcoming route and driving maneuvers is required to plan the optimal driving strategies. For that reason, route information is acquired using online data via map and routing services. By analyzing these data, the course of the road as well as driving maneuvers can be predicted. Based on this knowledge an optimal velocity is calculated, using dynamic programming following bellman's principle of optimality. Since travel time and low energy demand are concurrent objectives in finding the optimal strategy, differently weighted pareto-optimal solutions are calculated simultaneously. The precise calculation of energy demand in every driving situation is achieved by the implementation of a vehicle model with optimized computation time. The model is verified through a comparison with recorded vehicle data in real driving cycles. A simulation is performed to validate the concept and to illustrate the functionality of the system. Here, unpredictable influences on the driving situation or energy demand are simulated. The driving-manager compensates occurring deviations to predicted travel time or energy demand by adapting the optimal driving strategy during the journey. As a result, the deviation of the predicted target value, e.g. the state of charge at the destination, can be minimized. The novelty of the approach is the combination of route prediction and optimization of velocity with multiple optimization parameters. This enables utilization of varying driving strategies in an assistance system, which is able to adapt to unforeseen events and influences through a live-correction of the driving strategy. By this, the overall driving effciency can be increased and the prediction of remaining vehicle range at the destination is improved.

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021; Aachen : RWTH University Aachen 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme (2022). = Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021, Today, the wind turbine drivetrain concept decision in an early design phase is made based on incomplete information. In addition, it is influenced by the subjective experience of the deciding development engineers. Furthermore, some product lifecycle phases as well as the entire system’s perspective are sometimes neglected. However, the prevailing cost pressure as the strongest driver in wind turbine technology calls for holistic and objectified drivetrain concept decisions in an early design stage.The main objective of this thesis is to develop and apply a holistic assessment framework to conduct structured and comprehensive drivetrain concept comparisons in an early design stage. In order to objectify the decision and to reduce complexity, an additive target system is derived in a systematic way. It takes technical, economic and ecological aspects as well as the preferences of the deciding engineers into account. Parameterizable, physically and empirically based model approaches are developed and validated to allow the quantification of the concept’s performance with respect to different targets. An ideal level of detail is identified and implemented for every drivetrain component and lifecycle phase. The developed method is subsequently applied to derive statements about a concept’s future viability. It is furthermore utilized to give recommendations about design goals and places for improvement of currently available drivetrain concepts. Beyond that, the assessment of innovative drivetrain concepts is assured. The utilization of this newly developed approach in the industry will objectify the design decision and thereby lead to improved drivetrain designs., Published by RWTH University Aachen, Aachen

Bei schweren Arbeitsmaschinen, treten regelmäßig Antriebsverspannungen auf. Diese resultieren insbesondere daraus, dass herkömmliche Antriebsstränge mit Längs- und Querdifferenzialen systembedingt die auftretenden Drehzahlunterschiede im Gelände nicht ausgleichen können. Aktuell werden diesen Gegebenheiten durch Überdimensionierung der mechanischen Antriebsstränge kompensiert. Ziel des Projektes war, die straßen- und geländeseitig verursachten Antriebsverspannungen aktiv an den angetriebenen Rädern zu kompensieren, bevor sie in das Gesamtsystem eintreten können. Zentrales Element ist hierbei ein Planetengetriebe, dessen Hohlrad über eine hydraulische Einheit mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist. Über eine Ventilsteuerung der hydraulischen Einheit, lässt sich ein gezielter Freiheitsgrad in das Gesamtsystem einbringen. Durch die Entwicklung einer realen Antriebseinheit und Integration in eine Simulation eines schweren 8 × 8 Geländefahrzeugs konnte nachgewiesen werden, dass es möglich ist, diese Antriebsverspannungen im besten Fall komplett zu verhindern. Extern eingeprägte Drehmomentspitzen werden direkt am Rad gestoppt bevor Verspannungen entstehen können.

Gekoppelte Umlaufrädergetriebe bilden den Antriebsstrang von Orbital- Bearbeitungsmaschinen (OBM). Aufgrund der Variantenzahl einsetzbarer Umlaufrädergetriebekombinationen ist die konstruktive Auslegung dieser Antriebsstränge anspruchsvoll. Der Vortrag liefert unter Verwendung der Mehrkörpersimulation (Software: SIMULATION X) einen Beitrag einer systematischen Herangehensweise zur Ermittlung wesentlicher Eingangsgrößen der komplexen Getriebedimensionierung. Aussagen über wirksame Drehmomente, Drehzahlen, Verzahnungskräfte und Verlagerungen des TCP unter spezieller Betrachtung des dynamischen Systemverhaltens der Antriebsstränge werden getroffen. Variantenrechnungen ermöglichen zudem den Vergleich verschiedener Getriebe- und Maschinenelementkonfigurationen. Vertiefend wird auf die erweiterte Modellierung der Besonderheiten der Getriebearchitektur mit spielbehafteten, gekoppelten Umlaufrädergetriebe und diverser Maschinenelemente, z.B. Hauptspindellagerung oder Wälzschraubtriebe, eingegangen. Maßnahmen der Modellvereinfachung mit dem Ziel reduzierter Rechenzeiten bei erhöhter Modellrobustheit werden dargestellt. Richtlinien der Modellverifikation sowie Konstruktionsvorgaben für den getriebebasierten Nebenantriebsstrang werden abschließend geschlussfolgert.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Erstellen eines Konzeptes für einen kostengünstigen elektrischen Antriebsstrangprüfstand. Dieser Prüfstand soll dazu dienen den Aufbau von Know-How, für einen Formula Student Electric Antriebsstrang, zu ermöglichen. Großer Wert wird dabei auf die Reduktion der erforderlichen Investitionskosten gelegt. Dazu werden verschiedene Wege zur Kostenreduktion berücksichtigt. Ausgehend vom aktuellen Verbrennungsmotor des Os.Car Racing Teams, dem Formula Student Teams der FH Campus Wien, wird außerdem analysiert, wie sich diese beiden Antriebsstrangtechnologien in einem Prüfstand kombinieren lassen. This thesis deals with developing a concept for a cheap testbed for an electric powertrain. This testbed should be used to build up the competence for electric powertrains of formula student electric race cars. Special care is taken on the reduction of required financial investments. Therefore different approaches for cost reduction are considered. Based on the current internal combustion engine (ICE) used by the Os.Car Racing Team, the formula student team of the UAS Campus Vienna, the combination of an ICE and an electric motor in a testbed is analysed. vorgelegt von: Mario Vukits Wien, FH Campus Wien, Masterarb., 2018

[no abstract]

Ein Ansatz zur Reproduktion reibungserregter Schwingungen in Schaltgetrieben im hörbaren Frequenzbereich wird präsentiert. Im Vordergrund stehen Folgelasten, die aus den Kontaktreaktionen in der Verzahnung und Reibung zwischen den Kupplungsscheiben resultieren. Zunächst wird ein MKS-Modell mit wenigen Freiheitsgraden vorgestellt, welches sukzessive erweitert wird. Neben der Stabilitätsuntersuchung des stationären Verhaltens werden dynamische Lösungen präsentiert und analysiert.

Elektrische Maschinen welche die Reluktanzkraft ausnutzen um elektrische in mechanische Arbeit umzuwandeln, haben den Vorteil, dass sie ohne magnetische Permanenterregung ausgeführt werden können. Dies bringt Vorteile mit sich, welche insbesondere bei Fahrzeugantrieben eine Rolle spielen. So ermöglichen geringere Ummagnetisierungsverluste im Teillastbereich und damit ein geringeres Schleppmoment größere Reichweiten bei Elektrofahrzeugen. Bürstenlose Reluktanzmaschinen gemäß Stand der Technik haben jedoch eine um den Faktor 3 geringere Drehmomentdichte. Diese kann durch den Einsatz eines neuartigen Maschinenkonzeptes, des geschalteten Reluktanzmotors in Sternschaltung (SRS) um bis zu 50% gesteigert werden, sodass sich der Abstand von 1:3 auf 1:2 verringert. In diesem Vortrag wird der aktuelle Stand bei Auslegung und Entwicklung der SRS dargestellt.

Bei der Entwicklung von Fahrzeugantriebssträngen müssen neben Lebensdauer- und Haltbarkeitsaspekten zunehmend auch Wirkungsgrad- und NVH- (Geräusch, Vibration, Rauheit) Anforderungen erfüllt werden. In den letzten Jahren sind die Kundenansprüche im Bereich der Fahrzeugakustik dabei weiter gestiegen. Daher versuchen Ingenieure unter anderem als störend empfundene Geräusche, wie zum Beispiel Getriebeheulen, soweit zu verringern, dass sie vom Kunden im Fahrzeug nicht wahrgenommen werden. In Kooperation mit dem Fraunhofer IWU wurde bei Volkswagen eine Methode entwickelt, die es erlaubt, an einem nichtrotierenden Getriebe Eigenfrequenzen und Schwingformen des Gesamtsystems zu erfassen, um eine neuartige Form der Validierung von Simulationsmodellen zu erreichen.

Es wird der Einfluss der Antriebsstrangtopologie auf Energieverbrauch und Fahrleistungen eines elektrischen Sportwagens untersucht. Einfluss von Antriebstopologie und Komponenteneigenschaften wird simultan untersucht, um ein Systemoptimum anstelle eines Komponentenoptimums zu finden. Es wird das Konzept der Design Space Exploration eingesetzt. Der Designraum wird für mehrere Fahrzeuge und Bewertungszyklen untersucht, um Wechselwirkungen zw. Topologie und Komponenteneigenschaften zu analysieren.

Der Tagungsband "Hybride und energieeffiziente Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen" enthält die gesammelten Beiträge zu den Vorträgen der 5. Fachtagung am 25. Februar 2015. In 13 Artikeln wird über den Stand der Forschung und neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Antriebstechnik für mobile Arbeitsmaschinen berichtet. Dabei werden erstmalig sowohl hybride als auch nicht-hybride energieeffiziente Antriebskonzepte betrachtet.

Als Reaktion auf die gesetzliche Reglementierung der CO2 Fahrzeugemissionen werden aktuell verschiedenste Technologieans��tze in der automobilen Forschung und Entwicklung verfolgt, um die geforderten Grenzwerte einzuhalten und die bei ��berschreitung drohenden Strafzahlungen zu umgehen. Seitens der Hersteller wurde unter anderem das CO2 Einsparpotenzial durch die Reduktion des Fahrzeuggewichts erkannt. Weiterhin werden zunehmend hybride Antriebsl��sungen in die Serienproduktion ��berf��hrt, welche durch einen intelligenten Betrieb von Verbrennungsmotor und Elektromaschine die Triebstrangeffizienz steigern. Neben komplexen und kostenintensiven Hochvoltsystemen werden dar��ber hinaus Hybridans��tze im Niederspannungsbereich bis 60 Volt untersucht. Deren Komplexit��t ist durch die Vermeidung von zus��tzlichen Spannungsschutzma��nahmen deutlich geringer. Vorrangig sollen diese Systeme den steigenden Bedarf an elektrischer Energie im Bordnetz decken, dar��ber hinaus wird das im Vergleich zum konventionellen 12 Volt System gesteigerte Rekuperationspotenzial nachhaltig zur Verbrauchsreduktion eingesetzt. Die Nutzung der Elektromaschine als Antriebsmotor und damit die Darstellung eines vollwertigen Hybridfahrzeugs bleibt vor allem in Serienfahrzeugen auf Grund des h��heren Fahrzeuggewichts und der dennoch limitierten Leistung dieser Niederspannungssysteme eher begrenzt. Die vorliegende Arbeit widmet sich einer Kombination der zuvor erw��hnten Technologietrends und untersucht im Speziellen einen Hybridantrieb im Niederspannungsbereich im Kontext eines ultraleichten Fahrzeugkonzepts (A-Segment) mit einem Leergewicht unter 700 kg. Betrachtet werden Riemen-Starter-Generatoren mit einem Spannungsniveau von 12 Volt und 48 Volt im Vergleich zu in diesem Segment ��blichen Konfigurationen bestehend aus konventioneller Lichtmaschine und Ritzelstarter. Besonderer Fokus wird dabei auf die Antriebsarchitektur, d.h. die Positionierung des Riemen-Starter-Generators in den bestehenden Triebstrang, gelegt. Verbrauchs- und komfortrelevante Faktoren werden mittels Simulationen und Messungen am realen Antriebsstrang untersucht und die Besonderheiten der einzelnen Topologien hervorgehoben. Die intelligente Anbindung des Riemen-Starter-Generators in Kombination mit einer fundierten Betriebsstrategie generiert trotz einem Spannungsniveau von lediglich 48 Volt somit die Funktionalit��ten eines Full-Hybrid Fahrzeugs mit Verbrauchsvorteilen von -23,2 % (NEFZ) und -16,1 % (WLTP) gegen��ber dem konventionellen 12 Volt Antriebssystem., Due to the legal limitation of the CO2 vehicle emissions, different technologies were actual focused in the automotive research and development to achieve the requested targets and avoid financial penalties. The car manufacturer recognised the CO2 saving potential by a reduced vehicle weight. In addition, hybrid powertrain solutions, which increase the fuel efficiency by an intelligent combination of the internal combustion engine with the electric motor, were more and more introduced in the series production. Next to complex and cost intensive high voltage systems, hybrid approaches with a voltage level below 60 Volt were analysed as well. As additional voltage protection demands can be avoided, these installations are less complex. As a priority target, the increasing energy demand of the electrical on-board system should be covered and, in addition, the higher recuperation potential in comparison to a conventional 12 Volt system is used for a sustainable fuel reduction. The use of the electric machine as a traction motor and, therefore, to represent a hybrid vehicle with all common driving functions, is limited especially for series vehicles due the higher curb weight and the limited power of the low voltage system. This thesis deals with the combination of the prior mentioned technology trends and analyses in detail a low voltage hybrid approach in the context of an ultra-light vehicle concept (A-segment) with a curb weight below 700 kg. Belt-Starter-Generators with a voltage level of 12 Volt and 48 Volt were considered and compared to a powertrain configuration with a conventional alternator plus starter structure as this would be common in such vehicle class. Especially the powertrain architecture, which means the positioning of the Belt-Starter-Generator in the existing powertrain, is focused. Simulations as well as test bench measurements at the real powertrain investigate the different topologies regarding fuel efficiency and comfort criteria. Despite the 48 Volt level, an intelligent adaption of the Belt-Starter-Generator in combination with an established hybrid operating strategy generates hybrid functions as they are common for Full-Hybrid vehicles and lead to a fuel reduction up to -23,2 % (NEDC) and -16,1 % (WLTP) compared to a conventional 12 Volt configuration.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung einer neuartigen Prüfstandsumgebung zur Validierung von Antriebssystemen mit physischen Kupplungs- und Dämpfersystemen, die eine detaillierte Simulation der restlichen Antriebssystemkomponenten ermöglicht. Über eine schnelle Kommunikation und hochdynamische Prüfstandsantriebe kann der Einfluss von Kupplungs- und Dämpfersystemen auf Schwingungsphänomene im gesamten Antriebssystem realistisch abgebildet werden.

Elektrofahrzeuge gewinnen vor dem Hintergrund der schwindenden Erdölreserven und den damit verbundenen steigenden Primärenergiepreisen zunehmend an Bedeutung [Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU): Leitstudie 2008. Weiterentwicklung der "Ausbaustrategie Erneuerbare Energien" vor dem Hintergrund der aktuellen Klimaschutzziele Deutschlands und Europas, Berlin, Oktober 2008]. Neben dem Fahrkomfort stellen sich auch hohe Funktionalitätsanforderungen an Multimediasysteme (z.B. Navigationssysteme, Fahrerassistenzsysteme, Audio- und Videoanwendungen). Alle Systeme müssen im Fahrzeug nebeneinander und miteinander einwandfrei funktionieren. Die Hochvoltebene (Antriebsstrang, Ladekreis) ist im Fahrzeug als geschirmtes System ausgeführt. Hierdurch wird ein IT Netz realisiert, welches die Funktion eines Berührschutzes übernimmt. Des Weiteren findet die Schirmung Verwendung um ein Hochfrequenzübersprechen eventueller Störungen im HV System in die 12 V-Niedervoltebene zu minimieren. Produktionsbedingte Schirmdefekte (Löcher in Leitungsschirmen, schlecht geschirmte Leitungen) reduzieren die Schirmwirkung und können somit den Fahrkomfort erheblich reduzieren bzw. auch die Fahrsicherheit beeinträchtigen (z.B. gestörte Sensorik von Fahrerassistenzsystemen oder Busleitungen) [Hans A. Wolfsperger: Elektromagnetische Schirmung, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2008]. Neben produktionsbedingten Schirminhomogenitäten können auch durch den alltäglichen Fahrzeugbetrieb Schirmdefekte durch Umwelteinflüsse entstehen [Günter Vogel: Umweltsimulation für Produkte, Zuverlässigkeit steigern, Qualität sichern, Würzburg, Vogel Verlag 1999]. (Reibung der Leitungen an Kanten hervorgerufen durch Vibrationen). Fahrzeug- und Steckverbinderhersteller stellen im Allgemeinen einen störungsfreien Betrieb von Antriebssystemen und Niedervoltkomponenten durch vordefinierte Schirmkonzepte sicher. Im Rahmen dieser Messreihe wird ein vertikales Triaxialverfahren und Speisedrahtverfahren bezüglich der Detektion von Schirminhomogenitäten und künstlich erzeugten Aperturen verglichen und bewertet. Nach ersten Erkenntnissen sind Aperturen und herstellungsbedingte Inhomogenitäten im Kabelaufbau mit dem Paralleldrahtverfahren einfacher zu detektieren.

Für elektrische Anwendungen im Automobileinsatz gilt es, die Anforderungen der CISPR25 Norm hinsichtlich der Störemission einzuhalten. Werden IGBT Pulswechselrichter mit DC-Zwischenkreisspannungen von 300 V bis 400 V betrieben so stellen die höheren Spannungs- und Stromsteilheiten dv/dt und di/dt für die Einhaltung der Grenzwerte eine höhere Herausforderung dar, als dies bei 12 V Systemen der Fall ist. Dieser Beitrag untersucht die leitungsgebundene Störemission im Automobil, hervorgerufen durch Pulswechselrichter für den Antriebsstrang. Es werden die Einflussgrößen der Störemission hinsichtlich Quellen und Ausbreitungswege aufgezeigt und im Frequenzspektrum eingeordnet. Überlegungen zu Maßnahmen hinsichtlich einer Reduzierung der Störemission werden diskutiert und mit Messergebnissen der leitungs-gebundenen Funkstörspannung unterlegt.

Die in Elektrofahrzeugen eingesetzten Antriebskomponenten stellen im Fahrzeug besonders im Bezug auf die EMV Anforderungen eine enorme Herausforderung dar. Speziell die eingesetzten elektrischen Antriebssysteme mit Leistungen im 100kW Bereich stellen im Betrieb eine Storquelle in Fahrzeugen dar, die im Bezug auf die Storaussendung intensiver Gegenmasnahmen bedarf. Das elektrische Antriebssystem solcher Fahrzeuge besteht im Wesentlichen aus einem Antriebsumrichter, welcher aus einer Hochvoltbatterie mit Spannungen von bis zu 800V gespeist wird und damit eine elektrische Antriebsmaschine betreibt. Zudem kommen meistens noch ein Gleichspannungswandler als Schnittstelle zwischen dem 12V-Bordnetz und dem HV Bordnetz sowie ein Batterieladegerat zu Einsatz. Zur Abschirmung sowie zur Gewahrleistung der elektrischen Sicherheit wird das gesamte Hochvoltbordnetz als IT-Netz, also isoliert vom restlichen Fahrzeug aufgebaut und vollstandig geschirmt. Im Bezug auf die EMV Anforderungen ist die Qualitat der Schirmung also der Kabelschirme, der Gehause und der Steckverbinder entscheidend. Speziell im Bereich des Elektroantriebs entstehen aufgrund der hohen Antriebsleistungen auch hohe Storaussendungen. Der Antriebsumrichter erzeugt an seinem Ausgang ein Frequenzvariables Drehstromsystem, indem er die volle Batteriespannung auf die Standerwicklungen des Antriebs schaltet. Die IGBTs, die in den meisten Umrichtern zum Einsatz kommen sind in der Lage sehr steile Schaltflanken von ca. 4kV/mikrosekunde bis 6kV/mikrosekunde zu realisieren. Durch diese PWM Spannungen auf den Antriebsleitungen und den angeschlossenen Standerwicklungen entstehen breitbandige Storaussendungen, die z.B. uber Streukapazitaten in andere Teile des Fahrzeugbordnetzes uberkoppeln und dort zu Funktionsbeeintrachtigungen fuhren konnen. Aktuell werden für die Antriebsleitungen im Wesentlichen zwei unterschiedliche Schirmkonzepte eingesetzt. Zum Einen werden drei Antriebsleitungen mit Einzelschirmung und zum Anderen drei ungeschirmte Leitungen mit einer Summenschirmung eingesetzt. Vorangegangene Untersuchungen hatten gezeigt, dass die Antriebsleitungen mit Summenschirmung tendenziell etwas geringere Storungen aufweisen, da die Leiterstrome durch den geringeren Schirmquerschnitt nach ausen hin nur teilweise kompensiert werden konnen. Im Folgenden sollen nun beide Schirmkonzepte kombiniert werden, um die Storaussendungen des Umrichter Motor Systems weiter zu reduzieren. Hierbei wird ein zusatzlicher Summenschirm um die einzeln geschirmten Antriebsleitungen angebracht. Die Untersuchung erfolgt sowohl anhand des verwendeten Simulationsmodells als auch anhand von Messungen an einem Antriebsstrang, wie er in Elektrofahrzeugeneingesetzt wird.

Mit dem steigenden Grad der Elektrifizierung des Antriebsstrangs moderner Kraftfahrzeuge und durch den Einsatz immer leistungsstärkerer Umrichter und Maschinen nimmt das elektrische Störpotential innerhalb des Gesamtsystems Kraftfahrzeug beständig zu. Insbesondere durch die vom Umrichter zu liefernden hohen Spannungen und Leistungen, mit PWM-Frequenzen von 20 kHz und mehr, sowie durch die Ein- und Ausschaltvorgänge steigt das Störpotential von transienten Vorgängen im Gesamtbordnetz deutlich an. Als besonders kritisch sind hierbei die Rückwirkungen auf das Hochvolt-DC-Bordnetz (HVDC) zu betrachten, da diese sich über den Koppelpfad der verschiedenen DC/DC-Wandler, beispielsweise, leicht auf das Niedervolt-DC-Bordnetz (LVDC) übertragen können. Dort können die hochenergetischen Transienten sowohl direkt - leitungs-gebunden - zu Störungen in der Elektronik führen, als auch indirekt über elektromagnetische Abstrahlung durch die nicht geschirmten Leitungen im LVDC-Bordnetz. Diese Störpotentiale müssen daher genau analysiert werden, um Gegenmaßnahmen entwickeln und bewerten zu können. Entsprechende standardisierte Messverfahren werden, zum Beispiel, durch die Normen ISO 7637 [ISO 7637 (Draft-Standard), "Road Vehicle - Electrical distiurbance by conducting and coupling", September 2012] und CISPR25 [CISPR25 (Technical Standard), Radio disturbance characteristics for the protection of receivers used on board vehicles, boats and on devices - Limits and methods of measurement, 3rd ed. Hrsg., 2009] definiert. Da diese Messungen oft sehr zeit- und kostenintensiv sind, besonders wenn sie wiederholt an Hardwareprototypen durchgeführt werden müssen, bietet es sich an Vorabanalysen simulationsgestützt durchzuführen, um neue Komponenten oder Maßnahmen schnell bewerten zu können. Hierfür werden hinreichend präzise Simulationsmodelle der beteiligten Komponenten und des Gesamtsystems benötigt.

This work presents an overall concept to perform powershifts with a prototype dual-clutch transmission for heavy-duty-trucks. The dynamic models for the powertrain and the clutches are presented and analyzed. Based on those models a cascaded control structure is developed, with the powertrain control (PC) in the outer loop and the clutch position controls (CC) in the inner loops. For the CC two degrees of freedom control structures are applied, which consist of a flatness based feedforward control and a stabilizing feedback control. Both the feedforward and the feedback controls are adapted online, without the need of any manual tuning. The PC consists of a time-discrete model-predictive control, in which the control series is approximated by a set of Laguerre-functions. The PC computes the trajectories for the CC during the powershifts. Due to the special structure of the PC, the prediction and the time-derivatives of those trajectories are directly the solution of the PC. The prediction of the trajectories is used for the compensation of the input time-delay by the CC. Based on measurements on a test rig, it is shown that the proposed control has a high accuracy during the powershifts. - e-ISBN 978-3-941543-11-9

Torsionsschwingungen im Antriebsstrang sind aus Komfort- und Festigkeitsgründen unerwünscht. Anhand Minimalmodelle werden Konzepte von Isolatoren und Tilgern zur Bekämpfung der Torsionsschwingungen untersucht. Eine semiaktive hydraulische nichtlineare Variante wird vorgeschlagen.Außerdem wird ein steuerbares Fliehkraftpendel untersucht. Das Schalten zwischen den Tilgerordnungen wird betrachtet und eine optimale Schaltstrategie vorgeschlagen.

Der Tagungsband \"Hybridantriebe für mobile Arbeitsmaschinen\" enthält die gesammelten Beiträge zu den Vorträgen der 4. Fachtagung am 20. Februar 2013. In 13 Artikeln wird über den Stand der Forschung und neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Hybridantriebe für mobile Arbeitsmaschinen berichtet. Die Themenschwerpunkte liegen auf Systemauslegung und Betriebsstrategien, der Potenzialabschätzung, der Simulation und Modellbildung, den elektrischen Antriebslösungen sowie Praxiserfahrungen.

Dynamisches Verkehrsrouting in Städten wird in den kommenden Jahren einen immer höheren und wichtigeren Stellenwert einnehmen. Um dem steigenden Verkehrsaufkommen mit der gegebenen Infrastruktur gerecht zu werden, bedarf es einer zentralen Navigation aller Verkehrsteilnehmer und einer Optimierung der Verkehrsrouten. Dies ermöglicht es, Verkehrsstaus zu reduzieren bzw. im Idealfall zu vermeiden und den dadurch verbundenen Anstieg der Fahrzeit und des Kraftstoffverbrauchs zu reduzieren. Hierbei ist es das Ziel, möglichst alle Fahrzeuge zeit- und energieeffizient zu routen und somit durch eine gezielte Verteilung der Verkehrsnachfrage auf verschiedene alternative Routen eine globale Optimierung des Verkehrsraumes zu erreichen. Hierzu wurde im Rahmen dieser Dissertation eine Verkehrssimulationssoftware entwickelt, welche eine detaillierte Analyse und Simulation unterschiedlichster Verkehrsszenarien ermöglicht und gleichzeitig durch eine submikroskopische Modellierung sämtlicher Fahrzeuge einen Zugriff auf alle Fahrzeugparameter erlaubt. Zentraler Punkt der hier vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Routingkonzeptes, welches die Optimierung des Verkehrsflusses unter Beachtung unterschiedlichster Fahrzeugtopologien ermöglicht. Der Fokus der Dissertation liegt darin, eine Aussage darüber treffen zu können, wie hoch das maximale Einsparpotenzial an Fahrzeit und Energieverbrauch bei einem völlig kontrollierten optimal geregelten Verkehrsfluss ist. Ausgehend von diesen Erkenntnissen wurde untersucht, wie viel Prozent der Verkehrsteilnehmer gezielt in ihrer Routenwahl beeinflusst werden müssen, um vergleichbare Ergebnisse des optimalen Zustandes zu erreichen. Abgerundet wird die Arbeit durch die Entwicklung einer Benutzerschnittstelle, welche demonstriert, wie die Kommunikation des zentralen Verkehrsnavigationskonzeptes für einen global optimierten Verkehrsfluss zwischen der Verkehrsleitzentrale und dem Endverbraucher realisiert werden könnte.

In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode zur Objektivierung der subjektiven Wahrnehmung von antriebsstrangerregten Fahrzeugschwingungen entwickelt. Auf Basis der Korrelation mit dem Subjektivurteil werden Auswertepunkte, Schwingungsrichtungen und Auswerte-Algorithmen analysiert und die Methode abgeleitet. Es erfolgt eine Verifizierung der zentralen Hypothese der Arbeit. Abschließend wird die Anwendbarkeit im Handlungssystem eines Fahrzeugherstellers beschrieben und diskutiert.

Um die Fahrdynamik von Pkws weiter zu verbessern, ist eine variable Momentenverteilung des Antriebsmoments gut geeignet. Die Arbeit weist nach, dass Torque Vectoring in Querrichtung einen wesentlich größeren Einfluss auf das Fahrverhalten hat als eine Momentenverlagerung zwischen den Achsen. Für detaillierte Untersuchungen wird ein um Überlagerungsstufen und Kupplungen erweitertes Differenzial modelliert und in ein MKS-Fahrzeug integriert. Zusätzlich werden wichtige Effekte erläutert, die bei der Auslegung als Achsdifferenzial zu berücksichtigen sind. Wichtigster Teil der Arbeit sind Simulationen hinsichtlich der Wirkung einer variablen Momentenverlagerung in Abhängigkeit des Antriebskonzepts sowie in Bezug auf die Verbesserung von Agilität und Stabilität. In order to further improve a vehicle’s handling, benefits were found by utilizing variable distribution of drive torque. This document demonstrates that the influence on improving driving behavior is more apparent when torque is vectored transversely as compared to varying torque between the axles. For this detailed analysis, a differential with additional gear sets and clutches was simulated, and integrated into a vehicle modelled for multi-body simulation. Real world considerations for the layout of the design as an automotive differential were also taken into account. The fundamental section of this work focuses on the simulations in regard to the effect of variable torque distribution as dependent on the driving axle (FWD, RWD or AWD) as well as the enhancement of agility and stability.

In der Antriebsstrangentwicklung wird vermehrt auf 1D-Simulations-Tools zurückgegriffen. Die übliche Modellierung des Fahrers in der Simulation als PIRegler zeigt in verschiedenen Punkten Schwächen. Im vorliegenden Beitrag wird eine alternative Modellierung des Fahrers vorgestellt und mit dem PI-Regler verglichen. Der wesentliche Unterschied besteht in der gleichzeitigen Berücksichtigung von Weg- und Geschwindigkeitsabweichungen gegenüber der reinen Geschwindigkeitsregelung. Es ergeben sich signifikante Vorteile durch den Einsatz des aufgezeigten Fahrermodells, die sich besonders bei Überlastanforderungen an das Fahrzeugmodell zeigen. Solche Belastungen können vermehrt bei der Simulation von Hybridantrieben auftreten, wenn diese mit Messdaten konventioneller Antriebsstränge beaufschlagt werden.

Bei der Auslegung von Werkzeugmaschinen ist die statische und dynamische Steifigkeit ein entscheidendes Bewertungskriterium, welches schon während des Konstruktionsprozesses Berücksichtigung finden muss. Die dynamische Steifigkeit wird dabei wesentlich von der Regelung bestimmt, da sich der 'mechatronische Steifigkeitspfad' über die Messsysteme und Antriebe mit Regelung schließt. Die statische Genauigkeit einer Maschinenachse wird dagegen hauptsächlich von der Auflösung der Messsysteme und der mechanischen Steifigkeit beeinflusst. Im Beitrag wird gezeigt, wie FEM (Finite-Elemente-Methode)-Modelle für die Berechnung der statischen Steifigkeit geregelter Vorschubachsen genutzt werden können und wie mechatronische Modelle für die verbesserte Ermittlung der statischen und dynamischen Steifigkeit eingesetzt werden. Ziel ist es, aufzuzeigen, wie der Einsatz beider Varianten zur Ermittlung der statischen Steifigkeit an Werkzeugmaschinen unter Beachtung der speziellen Eigenschaften geregelter Vorschubachsen dienen kann. Dem Anwender soll bewusst werden, dass eine ausschließliche Untersuchung der Mechanik nicht ausreicht.

In dieser Arbeit wird eine analytische Betriebsstrategie vorgestellt, die beim Vorhandensein von Zusatzinformationen über die zu fahrende Strecke diese in ihrer Bestimmung der Betriebspunkte der Antriebsaggregate mit einbeziehen kann. Hierzu wird eine kostenfunktionsbasierte Strategie für einen parallelen hybriden Antriebsstrang vorgestellt, die unter Berücksichtigung der gewünschten Geschwindigkeit, des Ladezustands, der Batterie und der Wirkungsgrade der beteiligten Antriebsstrangkomponenten eine Gang- und Betriebspunktwahl durchführt. Diese Betriebspunktbestimmung liefert auch ohne Zusatzinformationen bezüglich der Strecke gute Verbrauchsergebnisse. Dies wird anhand der Verbräuche für normierte und reale Fahrzyklen dargestellt. Zur Feststellung des Verbesserungspotenzials der analytischen Betriebsstrategie ist es notwendig, das globale Verbrauchsminimum für eine Fahrstrecke zu kennen. Hierfür wird ein leicht modifizierter Bellman-Djkstra Optimierungsalgorithmus verwendet. Bei gleicher Modellage und bei identischen Fahrzyklen ergeben sich abhängig vom gewählten Fahrzyklus zwischen 3 % und 5 % erhöhte Verbräuche der analytischen Strategie, bezogen auf das globale Minimum. Der Höhenverlauf und die Geschwindigkeitszonen einer Fahrstrecke können als realistisch zur Verfügung stehende Daten angesehen werden. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass es möglich ist, aus diesen Informationen eine Führungsgröße für den Ladezustand der Batterie zu bestimmen. Durch die streckenangepasste Führung des Ladezustandes kann das oben erwähnte Verbesserungspotenzial zu ca. 25 % ausgeschöpft werden. Dies wird nur an realen Fahrzyklen gezeigt, da es keine Normzyklen mit Höheninformationen gibt.