Forschungsfelder
Unter dem Begriff Energiemanagement werden in der Fahrzeugtechnik sämtliche Maßnahmen zur Gewährleistung einer bedarfsgerechten, sicheren und effizienten Energiebereitstellung zusammengefasst. Insbesondere Umfasst das die Themenkomplexe effiziente Routenwahl, Verbesserung der Fahrweise und Optimierung der Betriebsstrategie. Entsprechend der im Fahrzeug vorhandenen Leistungspfade kann dabei auch zwischen dem Traktionsenergiemanagement und dem Bordnetzenergiemanagement unterschieden werden.
Insbesondere das Traktionsenergiemanagement gewinnt vor dem Hintergrund elektrifizierter Antriebsstränge zunehmend an Bedeutung, um das hardwareseitig gegebene Verbrauchsreduktionspotential bestmöglich auszunutzen. Die Auswahl des entsprechenden Betriebsmodus sowie die Regelung des Antriebsstranges ist dabei die zentrale Aufgabe der Betriebsstrategie.
Prognoseinformationen über den zukünftigen Fahrverlauf können eine weitere Kraftststoffverbrauchsreduktion durch eine optimierte, vorausschauende Betriebsstrategie bewirken.
In der nachfolgenden Abbildung ist ein Hybridfahrzeug mit einer vorgelagerten prädiktiven Betriebsstrategie dargestellt, welche den Fahrerbeschleunigungs- bzw. –verzögerungswunsch durch entsprechende Ansteuerung des Fahrzeugs umsetzt. Als zusätzliche Eingangssignale können dabei die Informationen über den voraussichtlichen, zukünftigen Fahrverlauf einfließen. Dieser kann, beispielsweise basierend auf Karteninformationen oder der Fahrzeugbewegungshistorie sowie unter Einbeziehung externer Informationsquellen (Car2X) oder fahrzeuginterner Sensorik, in einem Prädiktionsmodul durch die Datenfusion der einzelnen Signalquellen generiert werden.
Für die reproduzierbare Bewertung des Systems werden sowohl normierte Fahrzyklen als auch real gemessene Fahrprofile verwendet, denen der Fahrer durch entsprechende Fahr- und Bremspedalbetätigungen folgt.
Bild 1: Regelungsstruktur eines Hybridfahrzeugs und Betriebsstrategie mit prädiktiven Funktionen
Elektrische Energiespeicher (Batterien, Superkondensatoren) finden in nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens Anwendung, sei es die Taschenlampe, das Handy oder der Laptop. Durch die zunehmende Elektrifizierung vieler Teilkomponenten im Fahrzeugbau sind diese Speicher zu einer Schlüsseltechnologie geworden.
Unser Ziel ist es dabei, ein tiefgreifendes Verständnis für die unterschiedlichen Batterie-Technologien in ihrem makroskopischen Verhalten zu entwickeln und dadurch einen sicheren und effizienten Einsatz im Fahrzeug zu ermöglichen. Dabei spielt vor allem die messtechnische Untersuchung von Batterien und deren Modellierung eine wesentliche Rolle. Die folgende Seite soll einen Einblick in dieses Arbeitsfeld geben.
| Schwerpunkte | |
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| Speichertechnologien |
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| Charakterisierung von Batterien |
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| Entwicklung von Labor-Batteriesystemen |
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| Modellierung und Simulation |
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Ein Themenschwerpunkt am Lehrstuhl Fahrzeugmechatronik stellt das Gebiet Fahrerassistenzsysteme/ Aktive Sicherheitssysteme/ Autonomes Fahren dar. Folgende Abbildung stellt die Wirkungsweise von Fahrerassistenzsystemen anhand des Regelkreises Fahrer-Fahrzeug-Umwelt dar. Die einzelnen Kompetenzbereiche und Forschungsziele (1)-(4) des Lehrstuhls sind in der Abbildung gekennzeichnet und werden in unten stehender Tabelle beschrieben.
Folgende Tabelle gibt eine Kurzbeschreibung der Tätigkeitsschwerpunkte und Forschungsziele des Lehrstuhls Fahrzeugmechatronik im Bereich der Fahrerassistenzsysteme.
| Schwerpunkt | Beschreibung |
| (1) | Sensorsignalverarbeitung/ Datenfusionierung von Fahrzeugumgebungssensoren Messtechnische Evaluierung/ Bewertung von Umfeldsensoren anhand geeigneter Messszenarien/ Aufbauten in IAD-Fahrzeugversuchshalle Dresden-Nickern |
| (2) | Prädiktive Fahrzeugbetriebsführung ((2a) energetisch optimierte Längsführung, (2b) Aktive Sicherheit/ Unfallvermeidung auf Stabilisierungsebene) auf Basis von Fahrzeugumfeldinformationen |
| (3) | Entwurf und prototypische Demonstration von Bahnplanungsverfahren für eine automatisierte Fahrzeugquerdynamik |
| (4) | Prototypischer Entwurf von Visualisierungs- und Bedienkonzepten für Fahrerassistenzsysteme |
Ein Studententeam der TU Dresden-Lehrstuhl Fahrzeugmechatronik mit dem Namen I-Speed nahm im Februar 2009 erstmalig am Wettbewerb Carolo-Cup (Entwurf autonomer Modellfahrzeuge) der TU Braunschweig teil und erzielte als Newcomer einen hervorragenden 3. Platz.
Der Wandel des Kraftfahrzeugs vom rein mechanischen zum mechatronischen System und die damit einhergehende stetig steigende Systemkomplexität erfordern neue Architekturkonzepte. Die Vision besteht darin, komplexe heterogene Fahrzeugsysteme nach den Vorgaben einer gezielt geplanten Architektur unter den Aspekten Funktion, Topologie, Technologie und Entwurf ganzheitlich zu entwerfen. Die Forschungsinhalte im Bereich E/E-Architekturen am Lehrstuhl Fahrzeugmechatronik richten sich daran aus.
Eine E/E-Architektur ist ein generisches Konzept, welches für die zugehörigen E/E-Systeme die funktionalen, topologischen und technologischen Aspekte, deren Beziehungen untereinander und den Entwurf beschreibt. Heutige E/E-Architekturen sind gekennzeichnet durch steigende Komplexität, hohe Variantenvielfalt und die Integration innovativer Technologien. Ansätze zur Komplexitätsbeherrschung liegen beispielsweise in der durchgehenden Beschreibung der Architekturaspekte und der Nutzung von Selbstorganisation in Fahrzeugen (Föderative Architektur).
| Funktion |
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| Der funktionale Aspekt einer E/E-Architektur beschreibt das gewünschte Verhalten des E/E-Systems in Form von Funktionen. Dies ermöglicht eine formale Beschreibung des Verhaltens als Hintereinanderausführung verschiedener Funktionen. Die Funktionen werden in Form von Hard- oder Software realisiert und auf eine Netz aus Steuergeräten abgebildet. |
| Topologie |
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| Der topologische Aspekt einer E/E-Architektur beschreibt die Anordnung der Steuergeräte und Infrastruktur im Fahrzeug. Einerseits die räumliche Anordnung im konkreten Fahrzeug. Andererseits deren logische Anordnung, die von der räumlichen Anordnung losgelöst betrachtet werden kann. |
| Technologie |
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| Der technologische Aspekt einer E/E-Architektur betrachtet die grundlegenden Mittel, um das gewünschte E/E-System aufzubauen. Dazu gehören insbesondere die zu verwendenden Steuergeräte, die Infrastruktur zur Kommunikation und zur Energieversorgung, aber auch Programmiersprachen, Protokolle und Betriebssysteme. |
| Entwurf |
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| Der Entwurf eines E/E-Systems besteht aus verschiedenen Phasen, z.B. Analyse, Spezifikation, Entwurf der Komponenten und der Test. Die Anordnung dieser Phasen sind in Entwurfsmodellen beschrieben. Ein Entwurfsmodell als Bestandteil einer E/E-Architektur unterstützt den Entwickler und sorgt für eine hohe Qualität. |
… dient der Sicherstellung der Systemintegrität von Elektrik/Elektronik-Systemen (funktionale, topologische, technologische und prozesstechnische Strukturen) über den Lifecycle unter Verwendung von Diagnoseinfrastrukturen
Test:
Untersuchung eines technischen Systems auf Einhaltung der Spezifikation.
Prüfung:
Untersuchung eines technischen Systems auf Einhaltung ausgewählter Funktionalitäten mittels selektiver Tests.
Diagnose:
Analyse zur Ursachenfindung und Beurteilung von nicht definiertem oder unerwartetem Systemverhalten durch Einsatz von: Test-, Prüf- und Diagnoseverfahren
