07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik
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Item Open Access Driving profiles of light commercial vehicles of craftsmen and the potential of battery electric vehicles when charging on company premises(2024) Heilmann, Oliver; Bocho, Britta; Frieß, Alexander; Cortès, Sven; Schrade, Ulrich; Casal Kulzer, André; Schlick, MichaelThis paper examines the extent to which it is possible to replace conventional light commercial vehicles in the heating, ventilation and air conditioning and plumbing trade with battery electric vehicles with an unchanged usage profile. GPS trackers are used to record the position data of 22 craft vehicles with combustion engines from eleven companies over the duration of one working week. Within this paper, various assumptions (battery capacity and average consumption) are made for battery electric vehicles and the charging power on the company premises. The potential of battery electric vehicles is evaluated based on the assumption that they are charged only on company premises. Using the collected data and the assumptions made, theoretical state of charge curves are calculated for the vehicles. The driving profiles of the individual vehicles differ greatly, and the suitability of battery electric vehicles should be considered individually. Battery capacity, vehicle energy consumption and charging power at the company have a substantial influence on the suitability of battery electric vehicles. Furthermore, there are differences between vehicles that can charge on the company premises at night and those that cannot or can only do so on some days.Item Open Access Neuronale Netzwerke für transiente Vorgänge im Antriebsstrang(2023) Cimniak, Valerian; Bargende, Michael (Prof. Dr.-Ing.)Zukünftige Antriebssysteme werden immer komplexer. Beispielsweise ergeben sich durch die Hybridisierung von Verbrennungsmotoren umfangreiche Möglichkeiten für die Leistungsaufteilung im Triebstrang, welche in Kombination mit der Auslegung eines darauf angepassten Brennverfahrens zahlreiche Abstimmparameter enthält. Zudem sind alternative Kraftstoffe für das Erreichen einer CO2-Neutralität im Mobilitätsbereich unerlässlich, was weitere Herausforderungen mit sich bringt, da sich die Verbrennungseigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Benzin- oder Dieselkraftstoffen unterscheiden. Computermodelle können zum einen dabei helfen die Kosten während der Vorentwicklung zu reduzieren, indem sie notwendige Messkampagnen am Prüfstand eingrenzen, zum anderen lassen sich damit Serienprodukte überwachen und auf korrekte Funktionsweise überprüfen. In dieser Arbeit werden Methoden für die Generierung und Zusammenstellung großer Datenmengen von unterschiedlichen Antriebssystemen und -komponenten untersucht, sowie datenbasierte und echtzeitfähige Modelle, basierend auf künstlichen neuronalen Netzwerken, für die genannten Einsatzzwecke aufgebaut und analysiert.Item Open Access Design of zonal E/E architectures in vehicles using a coupled approach of k-means clustering and Dijkstra’s algorithm(2023) Maier, Jonas; Reuss, Hans-ChristianElectromobility and autonomous driving has started a transformation in the automotive industry, resulting in new requirements for vehicle systems. Due to its functions, the electrical/electronic (E/E) architecture is one of the essential systems. Zonal E/E architecture is a promising approach to tackle this issue. The research presented in this paper describes a methodology for determining the optimal number of zones, the position of the zone control units (ZCU), and the assignment of electric components to these zones and ZCUs. Therefore, the design of the power supply and the wiring harness is essential. This approach aims to identify the most suitable system architecture for a given vehicle geometry and a set of electric components. For this purpose, the assignment of electric components is accomplished by k-means clustering, and Dijkstra’s algorithm is used to optimize the cable routing. As ZCUs will be the hubs for the in-vehicle data and information transport in zonal architectures, their position and their number are crucial for the architecture and wiring harness development. Simulations show a suitable zonal architecture reduces wiring harness length as well as weight and brings functional benefits. However, the number of zones must be chosen with care, as there may also be functional limitations.Item Open Access Investigation on synthetic oxygenate fuels in future SI-engines using 0D/1D-simulation(2023) Wagner, Martin Cornelius; Bargende, Michael (Prof. Dr.-Ing)In dieser Arbeit werden der Kraftstoff C65F35 und ein Benzin-Mischkraftstoff G85F15 untersucht. C65F35 (ein Gemisch aus 65 % Dimethylcarbonat und 35 % Methylformiat, das sich hauptsächlich durch das Fehlen von C-C-Bindungen und einen hohen Sauerstoffgehalt auszeichnet) bietet Vorteile hinsichtlich hoher Verdampfungsenthalpie und damit einhergehendem Kühleffekt, geringerem Sauerstoffbedarf und hoher Klopffestigkeit. Außerdem ist die Verbrennung nahezu partikelfrei. G85F15 (ein Gemisch aus 85 % Benzin und 15 % MeFo) bietet aufgrund seines MeFo-Gehalts Vorteile beim Klopfverhalten.Item Open Access Comparison of driver models for powertrain test benches using a digital twin(2023) Schilling, Jannes; Wilmsen, Jan-Michael; Nitschke, Paul; Reuss, Hans-ChristianItem Open Access Simulative Betrachtung der Kolbenbolzenlagerung(2023) Liebmann, Dennis; Bargende, Michael (Prof. Dr.-Ing.)Aufgrund fallender Zahlen an Versuchsträgern des heutigen Verbrennungsmotors gewinnt die digitale Bewertung dynamisch belasteter Gleitlager wie der Kolbenbolzenlagerung zunehmend an Bedeutung. Notwendig sind Berechnungsmodelle, die hinsichtlich des Verhaltens bei hohen Lasten, geringen Schmierfilmdicken, unterschiedlicher Ölzufuhr, hohen Temperaturen, etc. aussagefähig sind. Ein Komponenten-Prüfstand zur Reibungsmessung der Kolbenbolzenlagerung wird eingesetzt, um eine Validierung der Berechnungsergebnisse zu gewährleisten. Dies geschieht durch Extraktion der in Verbindung stehenden Bauteile (Kolben, Kolbenbolzen und Pleuelstange). Eine neuartig entwickelte hydrostatische Lagerung am Prüfstand ermöglicht eine größere elastische Deformation des Kolbens und damit eine brennraumnahe Verformung der Bauteile. Es werden Messungen mit Bauteilen eines Otto- und eines Dieselmotors, welche sich durch verschiedene Materialpaarung und Geometrien der Bauteile unterscheiden. Für die Berechnung wird eine Mehrkörpersimulation mit Schmierfilmkopplung eingesetzt, welche nichtlineare Effekte dynamisch hochbelasteter Gleitlager abbilden kann. Mithilfe der Simulation können die Haupteffekte einer Parameterstudie und ein zeitkontinuierlicher Drehmomentverlauf der Messungen der Diesel-Motorteile nachvollzogen werden. Die Otto-Motorteile zeigen unter Verwendung des Kavitationsalgorithmus nach Kumar und Booker eine bevorzugte Beölungsrichtung der Lagerung. Durch geeignete Schmierstoffzufuhr an den Rändern der Lagerung können früh eintretende Fressereignisse während der Messungen vermieden werden. Auf dem Prüfstand entstandene Laufspuren innerhalb der Kolbennabe und des kleinen Pleuelauges korrelieren örtlich mit den berechneten Druckmaxima der Simulation. Es werden verschiedene Nabenformen innerhalb der Kolbennabe der Otto-Motorteile auf dem Prüfstand getestet. Austrocknungsversuche zeigen die Reibung der Kolbenbolzenlagerung bei sich stetig reduzierender zugeführter Beölungsmenge. Durch die Simulation kann das ermittelte Verhalten auf dem Prüfstand nachgestellt werden. Zudem werden mit dem entstandenen validierten Berechnungsmodell weiterführende Untersuchungen durchgeführt. Somit kann die Kolbenbolzenrotation innerhalb zweier Betriebspunkte eines Einzylinderaggregates mit Saphirglas-Fenster optisch analysiert und rechnerisch korreliert werden. Abschließend bestätigt die Simulation die Reibungsuntersuchungen am Vollmotor aus der Literatur, welche einen Zusammenhang zwischen der Gestaltung der Kolbenbolzenlagerung und dem gemessenen Reibmitteldruck des Motors herstellt.Item Open Access Phenomenological modeling of pre-ignition in gas engines(2023) Wißmann, Lukas; Bargende, Michael (Prof. Dr.-Ing.)Beim Betrieb von Zweitakt-Dual-Fuel-Motoren kann es zu ungewollten Vorentflammungen kommen, welche zu hohen Druckanstiegen führen und im schlimmsten Fall Bauteile beschädigen. Dieses Phänomen in den Griff zu bekommen ist ein essentieller Bestandteil in der Entwicklung dieser Motoren. Auch ist die Ursache und der Mechanismus dieser Vorentflammungen nicht mit solchen im PKW-Bereich vergleichbar, weshalb eine Übertragbarkeit der Erkenntnisse nicht gegeben ist. Umfangreiche Vollmotorversuche sind bei großen Schiffsmotoren sehr teuer und auch 3D-CFD-Simulationen sind bei den geometrischen Gegebenheiten sehr ressourcenintensiv. In dieser Arbeit wird deshalb ein schnelles QD-Modell entwickelt, um Vorentflammungen vorhersagen zu können. Mit umfangreichen reaktionskinetischen Untersuchungen wird gezeigt, dass Vorentflammungen ohne im Brennraum vorhandene Schmieröltropfen bei dem betrachteten Motorkonzept nicht möglich sind. Das in dieser Arbeit entwickelte phänomenologische Vorentflammungsmodell ist eine Kombination aus Schmieröltropfenverdampfung und Reaktionskinetik. Das Modell ist in der Lage, bei unterschiedlichsten motorrelevanten Randbedingungen den Beginn der Vorentflammung korrekt vorherzusagen. Für die Tropfenverdampfung erfolgte die Validierung gegen eine große Auswahl an Messungen aus der Literatur. Das Gesamtmodell ist gegen eine umfangreiche Messkampagne an einem optisch zugänglichen Prüfstand sowie an Messungen eines realen Schiffsmotors validiert.Item Open Access Klopfmodellierung bei Ottomotoren(2023) Hess, Marco; Bargende, Michael (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Influence of lithium-ion-battery equivalent circuit model parameter dependencies and architectures on the predicted heat generation in real-life drive cycles(2023) Auch, Marcus; Kuthada, Timo; Giese, Sascha; Wagner, AndreasThis study investigates the influence of the considered Electric Equivalent Circuit Model (ECM) parameter dependencies and architectures on the predicted heat generation rate by using the Bernardi equation. For this purpose, the whole workflow, from the cell characterization tests to the cell parameter identification and finally validation studies, is examined on a cylindrical 5 Ah LG217000 Lithium-Ion-Battery (LIB) with a nickel manganese cobalt chemistry. Additionally, different test procedures are compared with respect to their result quality. For the parameter identification, a Matlab tool is developed enabling the user to generate all necessary ECMs in one run. The accuracy of the developed ECMs is evaluated by comparing voltage prediction of the experimental and simulation results for the highly dynamic World harmonized Light vehicle Test Cycle (WLTC) at different states of charges (SOCs) and ambient temperatures. The results show that parameter dependencies such as hysteresis and current are neglectable, if only the voltage results are compared. Considering the heat generation prediction, however, the neglection can result in mispredictions of up to 9% (current) or 22% (hysteresis) and hence should not be neglected. Concluding the voltage and heat generation results, this study recommends using a Dual Polarization (DP) or Thevenin ECM considering all parameter dependencies except for the charge/discharge current dependency for thermal modeling of LIBs.Item Open Access 0D/1D investigations on SI-engines for optimal engine and system efficiency(2023) Negüs, Cihat Feyyaz; Bargende, Michael (Prof. Dr.-Ing.)