Entwurf eines fehlertoleranten Lenkventils für Steer-by-Wire Anwendungen bei Traktoren

In der Arbeit wird ein hydrostatisches Steer-by-Wire Ventil mit unabhängigen Steuerkanten untersucht und bezüglich der Eignung für sicherheitskritische Anwendungen bewertet. Durch experimentelle Untersuchungen wird nachgewiesen, dass Ventilfehler inhärent kompensiert werden können und die Lenkbarkeit auch im Fehlerfall gewährleistet ist. Der Verzicht auf eine strikt zweikanalige Struktur mit unabhängigen Abschaltpfaden sorgt für eine niedrige Systemkomplexität

Experimentell-theoretische Untersuchungen zur Optimierung eines SOFC-Systems mit Anodengasrezirkulation

In Zeiten zunehmender Rohstoffknappheit und fortschreitendem Klimawandel zeigt sich ein starker Trend im mobilen Sektor hinsichtlich Alternativen in der Energiebereitstellung. [14, 52] Die Solid-Oxide-Fuel-Cell (SOFC)-Technologie kann mit einem elektrischen Wirkungsgrad von über 50 % eine unmittelbare wirtschaftliche Alternative zu handelsüblichen Dieselgeneratoren (< 40 % elektrischer Wirkungsgrad) darstellen. [51] Die Realisierung hocheffizienter Systeme durch Kombination eines SOFC-Systems mit der Reformierung höherer Kohlenwasserstoffe ist mit einigen technischen Herausforderungen verbunden, für die es Lösungen zu finden gilt. Das hohe Marktpotential und die Flexibilität des Systemdesigns wird in dieser Arbeit durch die Identifikation von verfahrenstechnischen Optimierungsmöglichkeiten mittels einer experimentell-theoretischen Analyse verdeutlicht. Einem Überblick über die Komponenten eines hocheffizienten SOFC-Systems mit Anodengasrezirkulation folgt die Darstellung der softwarebasierten Modellierung. Das Modell wird mit Hilfe vorliegender experimenteller Versuchsdaten aus dem Fördervorhaben „Schiffsintegration Brennstoffzelle“ (SchIBZ) im Rahmen des „Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie“ (NIP) validiert. Im Zuge des Vorhabens wurde ein skalierbarer 50 kW Versuchsträger entwickelt, der für die maritime Anwendung zugelassen ist und zu Demonstrationszwecken an Land betrieben wird. Als Energieträger dient schwefelarmer Diesel, welcher bei unter 600 °C in einem Reformer in ein Synthesegas umgesetzt und der Brennstoffzelle zugeführt wird. Auf der Modellierung des Versuchsträgers aufbauend werden unterschiedliche Betriebskonzepte in Abhängigkeit des Temperaturniveaus der Rezirkulation diskutiert. Die theoretische Analyse der Betriebskonzepte zeigt, dass im Zuge einer Temperatursteigerung der Rezirkulation von 120 °C auf 350 °C bereits eine Effizienzerhöhung um 14 % erreicht werden kann. Diese Optimierung resultiert insbesondere aus den maximierten Rezirkulationsraten (> 60 %) und der im Vergleich zur experimentellen Prozessführung hohen Brennstoffnutzung (> 50 %). Die Brennstoffflexibilität der SOFC ermöglicht zukünftig die Abkehr von fossilen Rohstoffen. Die Verwendung alternativer Energieträger kann neben der erhöhten Nachhaltigkeit des Systems auch prozessuale Vorteile darstellen. Vornehmlich werden in Anlehnung an die Trendanalysen in [14, 52, 77, 87] Liquified Natural Gas (LNG), Ammoniak und Isopropanol als Alternativen zum Diesel betrachtet. Abschließend werden in einer analytischen Herangehensweise Potentiale zur Steigerung der Leistungsfähigkeit aufgedeckt. Aus einer theoretischen Betrachtung der Degradationsmechanismen eines SOFC-Systems und durch Verknüpfung der Erkenntnisse mit den empirischen Erfahrungen, werden Rückschlüsse zur Erhöhung der Langlebigkeit eines Systemdesigns gezogen. Neben materialwissenschaftlichen Aspekten trägt die geschickte Abstimmung von Betriebsparametern zu einer Degradationshemmung bei. Als Beispiel seien hier der Einfluss der Partialdrücke auf die Nickeloxidation an der Anode sowie der Feuchtigkeit des Brenngases auf die Phasenübergänge des Chroms genannt. Die technischen Herausforderungen hinsichtlich der Leistungsbegrenzungen, die durch Experimente mit dem Versuchsträger identifiziert werden konnten, werden systematisch in Kapitel 4.2 dargelegt und Lösungsansätze zur optimalen Ausgestaltung eines langlebigen und effizienten Systems entwickelt. Schlüsselindikatoren sind die Wasserverdampfung, das Wärmekonzept sowie die Ausgestaltung der Rezirkulation. Abgeschlossen wird die Leistungsfähigkeitsanalyse durch die Konzeptionierung eines holistischen Fehlermanagements. Die ganzheitliche Betrachtung berücksichtigt sowohl Degradationsmechanismen als auch leistungshemmende Betriebsfaktoren sowie korrelierende Effekte. Das Konzept unterstützt die Definition von Steuerungs- und Überwachungsfunktionen in zukünftigen Systemdesigns und bereitet auf eine präemptiv gestaltete Automation vor

Entwicklung einer intuitiven Mensch-Maschine-Schnittstelle für die automatisierte Kleinserienmontage

Sinkende Losgrößen in der industriellen Montage erfordern neue Konzepte, um flexible Robotersysteme schnell, einfach und robust für neue Aufgaben einzurichten. Der Beitrag dieser Arbeit liegt in der Entwicklung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, mit der Nicht-Experten diese Systeme innerhalb weniger Stunden für komplexe, bildgeführte Applikationen in Betrieb nehmen. Die Robustheit wird durch eine autonome Störungsbehandlung mit selbstständiger Optimierung über einen POMDP erreicht

Beitrag zur Steigerung der Nutzenproduktivität von Ressourcen durch eine Life Cycle Unit

Durch Anpassung kann der Abnutzung von Produkten entgegengewirkt und damit eine Steigerung der Nutzenproduktivität von Ressourcen bei Senkung des Ressourcenverbrauchs erreicht werden. Zur effizienten und effektiven Durchführung der Anpassung wird in diesem Forschungsbericht das Konzept der Life Cycle Unit (LCU) entwickelt. Basis der Systementwicklung ist die Funktionsstruktur, der sich die Identifikation der Anpassungsinformationen anschließt. Nach der Beschreibung der Kopplung der Anpassungsinformationen mit Zuverlässigkeitsmodellen zwecks verbesserter Abnutzungsvorhersage wird die Systemstruktur der LCU entwickelt. Es folgt die Betrachtung der Kombinationsmöglichkeiten auf Untersystem- und Elementebene sowie der Teilsysteme der LCU. Neben der technischen wird auch die ökonomische Seite der LCU durch die Entwicklung einer allgemeinen Methode der Kalkulation einer beliebig ausgelegten LCU für ein Produkt in seinem Anwendungsfeld betrachtet und am Beispielprodukt Waschmaschine demonstriert. Für die konkrete Auslegung einer LCU wird eine Methode entwickelt und an einem Beispielprodukt evaluiert. Die Betrachtung potentieller Geschäftsfelder schließt die Systementwicklung ab. Durch erste Pilotrealisierungen auf Untersystem-, Produkt- und Anpassungssystem-Ebene wird die technische und ökonomische Machbarkeit des Konzepts der LCU gezeigt. Hierzu werden Softwareprogramme entwickelt sowie Hardwarekomponenten konstruiert und realisiert. Einige unterschiedlich ausgelegte LCUs integriert in Produkten gestatten bereits einen Blick auf die zukünftigen Märkte von eingebetteten Systemen in bekannten aber auch neuen Produkt- und Nutzenangeboten. Die LCU erweist sich als ein geeignetes Werkzeug für eine effizient und effektiv durchzuführende Anpassung. Zukünftige Forschungsbedarfe können vor allem im Bereich der Sensorik und Aktorik identifiziert werden. Einen weiteren Forschungsschwerpunkt bilden verbesserte und neue Zuverlässigkeitsmodelle von mechanischen und elektrischen Bauteilen. Detailliert untersuchte Anwendungen des Konzepts der LCU an Investitions- und Gebrauchsgütern werden die Entwicklung und Besetzung neuer Geschäftsfelder fördern

Neues Konzept zur Planung, Ausführung und Überwachung von Roboteraufgaben mit hierarchischen Petri-Netzen

Es wird gezeigt, wie die aufgabenausführungsrelevanten Komponenten einer hybriden Steuerungsarchitektur mit Hilfe von hierarchischen Petri-Netzen umgesetzt, integriert und mit Überwachungsmodulen verknüpft werden können. Hierzu wird zunächst ein Konzept zur Generierung von Aufgabenwissen vorgeschlagen, das es erlaubt Bausteine komplexer Handlungen systematisiert zu entwerfen. Im Anschluss wird ein neues Konzept zur online Überwachung von Bewegungsvorgängen bei humanoiden Robotern vorgestellt

Prüfplanung - Ein neues Prozessmanagement für Fahrzeugprüfungen

Für komplexe und sicherheitsrelevante Produkte wie Personenkraftwagen sind Prüfungen zur Qualitätsabsicherung im Produktionsprozess aus vielfachen Gründen erforderlich. Insbesondere sind gesetzliche und normative Vorgaben zu beachten. Das neue Prozessmanagement umfasst die Prüfplanung und die Organisation. Der Prüfplanungsprozess beinhaltet einen neu entwickelten Priorisierungsalgorithmus. Es wird ein numerisches Verfahren für die Auswahl der wichtigsten Prüfungen beschrieben

Diagnosis of automotive electronic systems by structure analyses

In heutigen Fahrzeugsystemen ist ein großer Anteil der Funktionalität auf den Wunsch nach hoher Sicherheit, großem Komfort und der Reduktion der Schadstoffemissionen zurückzuführen. Diese Funktionen werden durch den Einsatz von immer mehr Elektrik und Elektronik realisiert, die im Rahmen der Fahrzeugdiagnose in der Werkstatt aufgrund der unübersehbaren Anzahl von Abhängigkeiten und Varianten nur schwer beherrscht werden können. Um diesen Problemen zu begegnen, werden in der Arbeit unterschiedliche Diagnoseverfahren miteinander verglichen und unter den Aspekten der effizienten Einbindung in den Entwicklungsprozess bei insgesamt guten Diagnoseergebnissen und Beherrschung der Variantenvielfalt bewertet. Dabei wurde ermittelt, dass kein bisher bekanntes Verfahren direkt diese Anforderungen erfüllt, und ein neuer Ansatz gefunden werden musste. Dieses Problem wurde gelöst, indem aus der Kombination der erkannten Stärken bekannter Diagnoseverfahren ein passendes neues Konzept entwickelt wurde. Für die neue Diagnoselösung wurde die bei probabilistischen Netzwerken verwendete Systemstruktur als wesentliches Element verwendet. Der wechselseitige Einfluss zwischen Funktionen und Steuergeräten wird systematisch betrachtet, indem die Fehlerfortpflanzungsmöglichkeiten direkt aus dem Entwicklungsprozess bestimmt werden. Dabei werden neben den üblicherweise für die Diagnose verwendeten elektrischen Abhängigkeiten auch logische Beziehungen in die Diagnoselösung einbezogen, die sich aus der Software und der Kommunikation der Steuergeräte untereinander ergeben. Wichtiger Aspekt der Betrachtungen ist die Frage "Wie hängen die Systemkomponenten voneinander ab?" um an sich völlig unterschiedliche Teilsysteme miteinander zu verbinden und diese Informationen für die Diagnose nutzbar zu machen. Gleichzeitig ist die praxisnahe Definition einer Anbindung an den Softwareentwicklungsprozess für eingebettete Systeme wesentlicher Bestandteil der Arbeit.In todays automotive systems a high percentage of the functionality is a result of the customers wish for security, comfort and reduced emissions. These functions are realized by more and more electric and electronic components. Existing garages' diagnostic systems insufficiently deal with the resulting systems because of the innumerable dependencies and variants. In order to address this problem, this paper compares different diagnostic approaches concerning their efficiency of the integration into the development process, diagnosis quality and variant management. As a result it is stated that no well-known method completely meets these requirements. Therefore a new approach has been developed consisting of a combination of the identified advantages of the known methods. As a basic element the new diagnostic system includes the system structure used by probabilistic networks. The reciprocal influence between functions and electronic control units is orderly addressed by deduction of the paths of error propagation from development models. Additionally to the derived electrical structures commonly used by diagnostic systems also logic dependencies are integrated into the diagnostic system. These logic dependencies are derived from software functions and communication links between electronic control units. In order to combine physically different parts of the system, an important question is "What are the system components interdependencies?" By answering this question, these dependencies can be used by a diagnosis system as part of a combined system structure. At the same time the practical definition of a connection to the development process for embedded systems is an essential part of the work

Prüfplanung : ein neues Prozessmanagement für Fahrzeugprüfungen

Die Arbeit analysiert die Potentiale der Risikoanalyse für die Planung von Prüfungen, Tests und Wartungsmaßnahmen an technischen Systemen. Der Autor beschreibt ein Prozessmanagement zur Prüfplanung, welches die Definition von komponenten- und funktionsbezogenen Qualitätsmerkmalen, die Risikobewertung der Qualitätsmerkmale, sowie einen neuartigen numerischen Priorisierungsalgorithmus umfasst. Die Methode ist generisch formuliert, die Anwendung ist für Personenkraftwagen erläutert

Selbstlernende akustische Mustererkennung zur Erfassung von Bauteilfehlern im Automobil

Die Schwerpunkte dieser Promotion, die in der Volkswagen Konzernforschung in Zusammenarbeit mit dem Institut für Gerätesysteme und Schaltungstechnik der Universität Rostock angefertigt wurde, liegen in der Konzept- und Algorithmenerstellung zur automatisierten Analyse des Fahrzeuginnenraumgeräuschs mit Anwendung in der Qualitätssicherung, der Produktion und den Werkstätten. Über selbstorganisierende neuronale Karten ist das Ziel erreicht worden, zeitabhängige akustische Größen von Fahrzeuggeräuschen zu interpretieren, wodurch eine Unterscheidung von Fehlerzuständen ermöglicht wird.The main focus of this doctoral thesis at the Volkswagen Group Research and the Institute of Electronic Appliances and Circuits of University Rostock is on the development of concepts and algorithms for automatic analysis of interior vehicle sound with applications in quality control, production and dealer workshops. The main target, to calculate and analyse the parameters, whether a normal interior sound or a noticeable noise occurs, is reached by neural network algorithms. Self-Organizing Maps are used for the interpretation of acoustic patterns of two research vehicles

Qualitätsprüfung von Garantie- und Kulanzprozessen in der Automobilindustrie - Auditansatz zur Beherrschung der Komplexität von Serviceprozessen im After Sales

Innerhalb des After Sales Bereichs der Automobilindustrie nimmt das Geschäftsfeld Garantie und Kulanz (GuK) einen wichtigen Stellenwert ein. Dieser ist jedoch in vielen Fällen nicht unmittelbar ersichtlich, da die Leistungserbringung aufgrund ihres Dienstleistungs- bzw. Servicecharakters oftmals materiell nicht greifbar ist. Diese Arbeit widmet sich der Ausgestaltung eines Auditansatzes zur Beherrschung der Komplexität von GuK-Prozessen im After Sales