620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
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Die Arbeit befasst sich mit der Inbetriebnahme eines Batteriemanagementsystems des asiatischen Herstellers „LLT Power“ zur Verwendung im batterieelektrisch betriebenen Hocheffizienzfahrzeug der Hochschule Offenburg (Schluckspecht S6). Zudem wird eine Adapterplatine entwickelt, gefertigt und getestet, die per Schalter wahlweise einen Bluetooth- oder USB-Zugriff auf die UART-Schnittstelle des BMS ermöglicht. Gleiches gilt für die im Fahrzeug eingesetzte Spannungsversorgungsplatine die sowohl die Hupe als auch die Leistungselektronik versorgt. Darüber hinaus wird im Rahmen dieser Arbeit auf diverse Programme und Arbeitsschritte eingegangen, die für den Entwicklungsprozess benötigt wurden. Exemplarisch wird das Vorgehen bei der Auswahl der Komponenten sowie der Bestellprozess der Platine aufgezeigt. Auf den Entwurf der zugehörigen 3D-Modelle, die für die Konstruktion der Gehäuse herangezogen werdenkönnen wird ebenso wie auf die Fertigung der Platine eingegangen. Abschließend wird der Projektverlauf resümiert und ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungsmöglichkeiten gegeben
Das Team Schluckspecht der Hochschule Offenburg fährt seit 1998 bei dem Wettbewerb Shell-Eco-Marathon beachtliche Erfolge mit Leichtbaufahrzeugen ein. Seit der ersten Teilnahme an diesem Wettbewerb, werden die Fahrzeuge kontinuierlich weiterentwickelt und den von der Rennleitung vorausgesetzten Bedingungen an-gepasst. Im Jahr 2020 soll der mittlerweile schon 17 Jahre alte Schluckspecht 3 durch den neu entwickelten Schluckspecht 6 ersetzten werden.
Zu Beginn dieser Bachelorthesis liegt bereits eine gefertigte Negativform des Monocoques aus glasfaserverstärktem Kunststoff vor. Das Ziel der Bachelorthesis ist die Fertigung des Monocoques aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Nach der Recherche zu den theoretischen Grundlagen erfolgen das Planen und Durchführen von Versuchen. Die Versuche dienen zur Lösungsfindung der zuvor festgelegten Aufgabenstellungen für die Fertigung des Monocoques. Es werden Versuche zu den im Fahrzeug zu platzierenden Inlays, der Fensterbefestigung, den Ab-schusskanten und Übergängen am Fahrzeug und dem Kabelkanal durchgeführt. Anhand der Versuchsergebnisse wird die Zielvariante für das zu fertigende Monocoque festgelegt. Alle relevanten festgelegten Maßnahmen müssen mit den im Projekt beteiligten Bauteilverantwortlichen abgeklärt werden. Die Bearbeitung der Negativform beinhaltet das Versteifen mit Holzstreben und eine Wärmebehandlung. Daraufhin werden zwei Backvorgänge zum Aushärten des Fahrzeugs durchgeführt. Abgeschlossen wird die Fertigung mit dem Finishing des Monocoques. Die Herausforderung dieses Projekts besteht darin, das angeeignete Wissen zunächst auf die Versuche und schlussendliche auf die Fertigung des gesamte Monocoque zu übertragen.
Druckluft ist verdichtete atmosphärische Luft und wird in der Industrie sowie im Handwerk als Energieträger genutzt. Den vielfältigen Vorteilen stehen aber auch einige Nachteile gegenüber, wobei der wichtigste der Preis ist. Druckluft gilt als eine der teuersten Energieformen und die Energiekosten stellen den größten Kostenfaktor bei der Produktion dar. In der vorliegenden Arbeit soll eine modellprädiktive Regelung eines Druckluftsystems entworfen und implementiert werden. Das ökonomische Regelziel besteht darin, die Energiekosten bei der Erzeugung von Druckluft zu senken. Die Implementierung umfasst unterschiedliche Varianten eines Druckluftsystems. Dazu zählen folgende Auslegungsvarianten:
• Ein Druckluftsystem mit frequenzgeregeltem Kompressor
o Mit einem Schraubenkompressor
o Mit zwei Schraubenkompressoren
• Ein Druckluftsystem mit binärgeregeltem Kompressor
o Schraubenkompressor
o Kolbenkompressor
Basierend auf den erstellten Modellen wird ein modellprädiktiver Regler entworfen und implementiert. Die modellprädiktive Regelung leistet einen entscheidenden Beitrag zur Prozessoptimierung. Der Optimierungsalgorithmus erhöht bei niedrigen Strompreisen das Druckniveau im Behälter und profitiert bei hohen Preisen vom gespeicherten Luftvolumen. Die Flexibilität des Systems ist begrenzt. Mit zunehmender Behältergröße konvergieren die Kosten der Drucklufterzeugung gegen einen parameterabhängigen Wert des Systems. Außerdem bestimmen die Systemparameter die Lösbarkeit des Optimierungsproblems. Im Vergleich zu den frequenzgeregelten Kompressoren sind die binärgeregelten Kompressoren nur unter modifizierten Annahmen einsetzbar, ansonsten kann das Optimierungsproblem nicht gelöst werden.
Der aktuell verbaute Hatz-Dieselmotors des Schluckspecht V soll durch einen leichten und effizienten Ottomotor ersetzt werden. Dieser Ottomotor wird zukünftig mit dem Alkohol Ethanol betrieben. Hierfür müssen, auch hinsichtlich des Wettbewerb-Einsatzes beim Shell Eco-marathon, einige Optimierungen durchgeführt werden.
Die hier vorliegende Master-Thesis behandelt den Aufbau und die Optimierung des Ver-suchsprüfstands, welcher für Testzwecke für den neuen Ottomotor entwickelt wurde. Im speziellen wird auf das Thema Kraftstoffsystem, welches für den Betrieb mit Ethanol aus-gelegt wird, eingegangen. Des Weiteren erfolgt die Konstruktion einer optimierten Ansaugstrecke, welche auf den Verbrennungsmotor appliziert werden soll. Hierfür werden mehrere Varianten strömungstechnisch untersucht und am Objekt getestet. Zudem soll die Verdichtung des Verbrennungsmotors durch einen optimierten Kolben erhöht und die Ventilsteuerzeiten durch eine optimierte Nockenkontur perfektioniert werden. Hierbei besteht die Aufgabe darin diese Bauteile zu besorgen und die Fertigung zu koordinieren. Eine weitere Tätigkeit ist die Aufnahme und Beseitigung von Fehlern des Versuchsprüfstands, welche einen reibungslosen Versuchsalltag verhindern bzw. erschweren. Die letzte Tätigkeit umfasst das Durchführen von experimentellen Untersuchungen des Verbrennungsmotors und das Anlegen von Kennfeldern, welche einen effizienten Motorlauf gewährleisten.
Analysis of Amplitude and Phase Errors in Digital-Beamforming Radars for Automotive Applications
(2020)
Fundamentally, automotive radar sensors with Digital-Beamforming (DBF) use several transmitter and receiver antennas to measure the direction of the target. However, hardware imperfections, tolerances in the feeding lines of the antennas, coupling effects as well as temperature changes and ageing will cause amplitude and phase errors. These errors can lead to misinterpretation of the data and result in hazardous actions of the autonomous system. First, the impact of amplitude and phase errors on angular estimation is discussed and analyzed by simulations. The results are compared with the measured errors of a real radar sensor. Further, a calibration method is implemented and evaluated by measurements.
In this work a method for the estimation of current slopes induced by inverters operating interior permanent magnet synchronous machines is presented. After the derivation of the estimation algorithm, the requirements for a suitable sensor setup in terms of accuracy, dynamic and electromagnetic interference are discussed. The boundary conditions for the estimation algorithm are presented with respect to application within high power traction systems. The estimation algorithm is implemented on a field programmable gateway array. This moving least-square algorithm offers the advantage that it is not dependent on vectors and therefore not every measured value has to be stored. The summation of all measured values leads to a significant reduction of the required storage units and thus decreases the hardware requirements. The algorithm is designed to be calculated within the dead time of the inverter. Appropriate countermeasures for disturbances and hardware restrictions are implemented. The results are discussed afterwards.
Das Messstellenbetriebsgesetz sieht bis 2032 einen Pflichteinbau von modernen Messeinrichtungen bzw. intelligenten Messsystemen bei allen Verbrauchern und Erzeugern vor. Des Weiteren ist die Anbindung von regenerativen Erzeugungsanlagen und steuerbaren Verbrauchern sowie die netzdienliche Steuerung dieser Einrichtungen über das Smart Meter Gateway durch das Messstellenbetriebsgesetz vorgeschrieben. Diese netzdienliche Steuerung wird unter dem Begriff CLS-Management zusammengefasst und muss von allen Netzbetreibern und Messstellenbetreibern künftig umgesetzt werden. Im Rahmen der Bachelorarbeit wurde ein Testaufbau mit einem intelligenten Messsystem inklusive entsprechender Steuereinrichtung aufgebaut, um das CLS-Management an einfachen Schalthandlungen zu erproben. Die daraus gewonnenen Erfahrungen sollen dem Messstellenbetreiber dabei helfen, das Thema in der Wirkumgebung platzieren zu können. Ziel dieses Aufbaus ist es, über die Kommunikationsart LTE eine Schalthandlung an einer Steuerbox in der Rolle des externen Marktteilnehmers vornehmen zu können. Für die Umsetzung wird eine entsprechende Software des Gateway Herstellers zur Verfügung gestellt, um die Versuche außerhalb des zertifizierten Bereiches durch-führen zu können.
Als konkreten Anwendungsfall wird im Rahmen der Thesis die Ablösung der Funkrundsteuertechnik durch das CLS-Management betrachtet. Mit dem Rollout der intelligenten Messsystemen müssen künftig die steuerbaren Verbrauchseinrichtungen und regenerativen Erzeugungsanlagen über das Smart Meter Gateway gesteuert werden können. Dies hat gegenüber der Funkrundsteuertechnik den entscheidenden Vorteil, dass die Informationen über eine gesicherte TLS-Verbindungen übertragen werden und durch einen Rückkanal auch Informationen über das korrekte Ausführung der Schalthandlung beim externen Marktteilnehmer ankommen.
Als weiteren Anwendungsfall wird untersucht, wie über ein Smart Meter Gateway außer Steuersignale auch Energiedaten und Sollwerte von externen Marktteilnehmer an Smart Grid Infrastrukturen übertragen werden können, um diese optimal betreiben zu können. Als Grundlage dient hierfür das Micro Grid am INES der Hochschule Offenburg
In letzter Zeit sind einige neue, hochintegrierte Einchip-Radarsensoren auf den Markt gekommen. Die enormen Fortschritte im Bereich des autonomen Fahrens hat diese Sensoren hervorgebracht. Mit ihnen lassen sich diverse Anwendungen, wie zum Beispiel eine Abstandsmessung, Kollisionserkennung oder Geschwindigkeitserfassung realisieren.
Für die Nutzung eines solchen modernen Radarsensors spricht viel, jedoch besitzen alle eine differenzielle Ausgangsschnittstelle, die nicht mit den üblichen Mikrocontrollersystemen eingelesen werden kann. Darum war das Ziel der Arbeit, die Entwicklung eines Schnittstellenwandlers auf einem Low-Power-FPGA, zur Anbindung eines Radarchips an einen klassischen Mikrocontroller.
Der Lösungsweg war demnach schon vorgegeben, es folgte die konkrete Umsetzung mit der Modellierung der Hardware in VHDL. Der FPGA liest die differenzielle Schnittstelle ein, parallelisiert die Daten und speichert sie zwischen. Sobald die Messdaten vollständig sind, können sie über die serielle SPI-Schnittstelle angefordert werden. Als Gegenstelle kommt ein Mikrocontroller zum Einsatz, der die Messdaten wiederum gemäß eines definierten Protokolls zur Auswertung an einen Computer weiterleitet.
Die Machbarkeit dieser Anwendung wurde kontrolliert, indem die Messdaten vom Radarchip, übermittelt durch den FPGA und Mikrocontroller, auf dem Computer mithilfe eines Analyseprogramms bewertet wurden. Die Auswertung der Messergebnisse entspricht in vollem Umfang den Erwartungen. Der Ressourcenverbrauch im FPGA wurde hierbei ebenfalls als kritisch betrachtet, was sich im Nachhinein jedoch nicht bestätigte. Es ist sogar das Gegenteil der Fall, mit den übrigen freien Ressourcen steht einer möglichen Signalverarbeitung nichts im Wege.