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Fahrdynamiksimulation von einem Fahrrad mit Anhänger zur Lastenbeförderung in der Mikromobilität
(2023)
Diese Arbeit befasst sich mit der Modellierung und Validierung eines Simulationsmodells in MATLAB/SIMULINK. Es wird untersucht, ob Simulationsergebnisse ähnlich wie in der PKW-Simulation auch für die Mikromobilität (hier Fahrrad plus Anhänger) genutzt werden können. Dafür wurde im Voraus ein Pacjeka Reifen Modell mit der Magic For-mula auf Basis eines Fahrradreifens erstellt. Das Simulationsmodell wurde mit Hilfe eines Anhänger-Prototypen und Realfahrtests validiert. Für die Validierung war es wichtig ein Fahrer-Regler in das System zu integrieren und für die Fahrtests auszulegen. Dieser Fah-rer ist für die Längs- und Querregelung verantwortlich und wurde mit Referenzkurven aus den Messdaten versorgt.
Die Auswertung zeigt eine große Übereinstimmung der Fahrdynamik-Messwerte bei dem hier benutzten Einspurmodell. Um möglichst eindeutige Messergebnisse für den Ver-gleich zu erhalten, muss der Einfluss des Fahrers bei den Testfahrten so klein wie möglich gehalten werden. Es ist möglich ein solches Simulationsmodell mit der Realität zu ver-gleichen und dieses für Fahrdynamik-Regelungen zu nutzen.
Bicycle-drawn cargo trailers with an electric drive to enable the transportation of high cargo loads are used as part of the last-mile logistics. Depending on the load, the total mass of a trailer can vary between approx. 50 and 250 kg, potentially more than the mass of the towing bicycle. This can result in major changes in acceleration and braking behavior of the overall system. While existing systems are designed primarily to provide sufficient power, improvements are needed in the powertrain control system in terms of driver safety and comfort. Hence, we propose a novel prototype that allows measurement of the tensile force in the drawbar which can subsequently be used to design a superior control system. In this context, a sinusoidal force input from the cyclist to the trailer according to the cadence of the cyclist is observed. The novelty of this research is to analyze whether torque impulses of the cyclist can be reduced with the help of Model Predictive Control (MPC). In addition, the powertrain of the trailer is intended to support the braking process of the system with regenerative braking. In the context of this research, a first MPC controller design is carried out and analyzed with the help of a Hardware-in-the-Loop (HIL) approach where the microcontroller of the power electronics is included as hardware to ensure the vehicle dynamics control interacts properly with the lower-level field-oriented control. The battery and motor subsystems are simulated in a Typhoon HIL 604, which is supplemented by a vehicle dynamics model of the trailer that is integrated as a Functional Mock-Up Unit (FMU). First results indicate that the MPC longitudinal dynamics controller supports the driver during acceleration, attenuates the sinusoidal oscillations and reduces the force with which the trailer pushes the bicycle during braking.
Ergänzend zu bestehenden Mobilitätskonzepten entwickeln sich derzeit neue Mikromobilitätskonzepte, die eine Beförderung von Lasten ermöglichen. Hier bieten elektrisch unterstützte Anhänger eine Option, in kommerzieller und privater Nutzung, Waren oder Lasten zu transportieren. Bereits verfügbare elektrisch unterstützte Anhänger benötigen eine Steuerungsverbindung zum Zugfahrzeug. In der vorliegenden Schrift wird als Alternative eine intelligente Zugdeichsel zur Steuerung des Anhängerantriebs ohne Steuerverbindung zum Zugfahrzeug vorgestellt. Dabei werden insbesondere die Sicherheitsaspekte genauer betrachtet.
Robotic grasping has been a prevailing problem ever since humans began creating robots to execute human-like tasks. The problems are usually due to the involvement of moving parts and sensors. Inaccuracy in sensor data usually leads
to unexpected results. Researchers have used a variety of sensors for improving manipulation tasks in robots.
This thesis focuses specifically on grasping unknown objects using mobile service robots. An approach using convolutional neural networks to generate grasp points
in a scene using RGBD sensor data is proposed. Two neural networks that perform grasp detection in a top down scenario are evaluated, enhanced and compared in
a more general scenario. Experiments are performed in a simulated environmentas well as the real world.
The results are used to understand how difference in
sensor data can affect grasping and enhancements are made to overcome these effects and to optimize the solution.
This thesis is an improvement on the works of Douglas Morrison, Peter Corke and Jürgen Leitner in their work Closing the Loop for Robotic Grasping: A Real-time,
Generative Grasp Synthesis Approach and Fu-Jen Chu, Ruinian Xu and Patricio A. Vela in their work Real-world Multi-object, Multi-grasp Detection.
Battery electric vehicle (BEV) adoption and complex powertrains
pose new challenges to automotive industries, requiring
comprehensive testing and validation strategies for reliability and
safety. Hardware-in-the-loop (HIL) based real-time simulation is
important, with cooperative simulation (co-simulation) being an
effective way to verify system functionality across domains. Fault
injection testing (FIT) is crucial for standards like ISO 26262.
This study proposes a HIL-based real-time co-simulation
environment that enables fault injection tests in BEVs to allow
evaluation of their effects on the safety of the vehicle. A Typhoon
HIL system is used in combination with the IPG CarMaker
environment. A four-wheel drive BEV model is built, considering
high-fidelity electrical models of the powertrain components
(inverter, electric machine, traction battery) and the battery
management system (BMS). Additionally, it enables validation of
driving dynamics, routes and environmental influences and provides
a precise analysis of the effect of powertrain system faults on driving
behavior. A possible case for a fault injection is to introduce a shootthrough fault in the inverter. Through the co-simulation, it is possible
to analyze the effects on the powertrain and the vehicle dynamics in
different driving situations (e.g. snow). This work demonstrates that
co-simulation is a valuable tool for the development and validation of
BEVs, and presents specific fault cases introduced into the
powertrain and the resulting effects tested under different driving
conditions. In addition, the study discusses the system's limitations
and future possibilities such as controller hardware integration
(Controller-HIL) and autonomous driving system validation.
The requirement of air conditioning in modern passenger cars need to fullfill enviromental standards with respect to refrigerant concerning global warming potential and ozone depletion with flour chlor carbon hydrogen mixtures.
This leads to compromises with respect to energy onsumption and cost of components.
As an alternative to standard refrigeration cycles, an inexpensive direct air cooling process is presented and discussed with respect to performance.
The process is specially suited for electric vehicles or vehicles equipped with an electric boosting device (E-charger).
Es werden 1428 im Jahr 2013 verfügbare Neufahrzeugtypen hinsichtlich des
CO2-Ausstoßes und der Fahrzeugparameter analysiert.
Die gewonnenen Daten werden mit der CO2-Klassifizierung
nach der PKW-EnVKV sowie den
CO2-Flottenzielvorgaben nach EU-Verordnung 443/2009 verglichen.
Unter Verwendung dimensionsanalytischer Methoden wird der
Zusammenhang zwischen Kraftstoffverbrauch, Fahrzeugparametern
wie Fahrzeugmasse, Höchstgeschwindigkeit und Beschleunigung
aufgezeigt und physikalisch begründet.
Durch Analyse der Kennzahlen lassen sich Fahrzeugtypen
und Technologien mit hohem spezifischen Verbrauch identifizieren. Es
wird deutlich, welche Technologien zu geringen spezifischen Verbräuchen
führen.
Die dimensionslosen Kennzahlen werden verwendet, um eine Abschätzung
des Kraftstoffverbrauchs von Fahrzeugen nach heutigem Technologiestand
zu machen.
The vortex tube can separate a mass flow into a hot and cold mass flow. In this paper, the energy balance in the boundary layer of the vortex tube is analyzed with respect to a possible effect of temperature separation in the boundary layer by the viscous term of the enthalpy balance equation. A Large Eddy Simulation is used to generate the velocity profiles used for the computation of the viscous source terms. The dominant contributions of the source terms in the boundary layer of the vortex tube are identified and computed from the velocity fields. It is demonstrated how the strong velocity gradients in the boundary layer create a viscous flux of energy. An implementation of balance equations both with and without source term show the effect of energy separation in the boundary layer of the vortex tube.
Die Studie „Kulturen des Lehrens in der hochschulischen Erstausbildung von Hebammen in
Deutschland“ widmet sich der übergeordneten Frage, wie die Lehre in
Hebammenstudiengängen auf der institutionell-strukturellen und der personellen Ebene
gestaltet wird. Diese Frage wird im Rahmen einer qualitativ-rekonstruktiven Studie und über
eine between-method-triangulation bearbeitet. Dabei werden zwei Synopsen von
Strukturmerkmalen von Studiengängen (2019, 2021), eine Dokumentenanalyse der
Modulhandbücher (2019), Expert*innen-Interviews mit Studiengangsverantwortlichen (2019)
und berufsbiografisch-narrative Interviews mit Lehrenden durchgeführt (2019/2020).
Auf einer institutionell-strukturellen Ebene zeigen die Synopsen, die Dokumentenanalyse und
die Expert*innen-Interviews eine Studienlandschaft, welche sich im Hinblick auf verschiedene
Strukturmerkmale in einem Entwicklungsprozess befindet und personelle und zeitliche
Ressourcen erfordert. Anhand der dokumentarischen Interpretation der berufsbiografischnarrativ Interviews mit den Lehrenden in Hebammenstudiengängen lassen sich drei Lehrtypen rekonstruieren, welche sich in Bezug auf ihre habituellen Muster im berufsbiografischen Werdegang und der handlungsleitenden Orientierungen in Bezug auf die hochschulische Gestaltung von Lehre unterscheiden.
Die Studie beschreibt und rekonstruiert aus verschiedenen Perspektiven Kulturen des Lehrens
in der hochschulischen Erstausbildung von Hebammen und setzt einen Referenzpunkt für
weitere Entwicklungen. Die Ergebnisse betonen sowohl auf institutionell-struktureller Ebene
als auch auf der Ebene der Lehrenden die Relevanz personeller und zeitlicher Ressourcen für
die Implementierung einer kompetenzbasierten, wissenschaftsbasierten und
praxisintegrierenden hochschulischen Erstausbildung. Im Rahmen eines
professionstheoretischen Diskurses betonen die Ergebnisse die Bedeutsamkeit des
Strukturkerns hochschulischen Lehrhandelns für die Herausbildung eines professionellen,
wissenschaftsreflexiven Hochschullehrendenhabitus in Hebammenstudiengängen.
Die Notwendigkeit, Dringlichkeit und vor allem auch die Alternativlosigkeit der digitalen Transformation ist hinreichend bekannt. Mit der Customer Company Matrix existiert bereits ein Ansatz, welches den Einfluss digitaler Technologien holistisch erfasst und mittels der Dimensionen Kundennutzen (Customer) und Effizienz der Leistungserzeugung (Company) abbildet. Mit dem hier vorgestellten i4X-Framework erweitern wir diesen Ansatz und zeigen wie Organisationen im Durchlaufen der vier Phasen insight, ignite, innovate und implement digitale Transformation erfolgreich bewerkstelligen können.