Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen

Forschungsprojekte

Laufende sowie abgeschlossene Forschungsprojekte des Instituts nach Schwerpunkten aufgelistet
[Foto: FKFS]

Autonomes und vernetztes Fahren

Projektsteckbrief: UNICARagil

Projektlaufzeit: 01.02.2018 bis 31.01.2022

Projektpartner:

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - Technische Universität Braunschweig - Technische Universität Darmstadt - Technische Universität München - Universität Ulm - Karlsruher Institut für Technologie - Erweitert wird das Konsortium durch Zulieferer und KMUs aus den Bereichen Antrieb, Simulation, IT-Sicherheit, Embedded Software und Systeme, Kommunikation, Kartierung und Lokalisierung, Logistik und Elektromobilität.

Ansprechpartner:

Lehrstuhl Kraftfahrzeugmechatronik

Herr Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss

Lehrstuhl Kraftfahrwesen Herr Prof. Dr.-Ing. A. Wagner

Dr.-Ing. Dan Keilhoff

Telefon +49 711 685-65743

Projektinhalte

Disruptive modulare Architektur für vielfältige, agile Fahrzeugkonzepte - Ein Paradigmenwechsel auf dem Weg zur automatisierten, elektrischen Mobilität

Auf der Grundlage eines modularen und skalierbaren Fahrzeugkonzeptes, bestehend aus Nutz- und Antriebseinheit, werden vollständig autonom fahrende elektrische Fahrzeuge entwickelt. Es wird eine neue disruptive, modulare und agile Fahrzeugarchitektur als Plattform konzipiert. Im Rahmen des Projektes wird die Entwicklung einer funktionalen Fahrzeugarchitektur, welche mit der Cloud, der Straßeninfrastruktur und Infobienen vernetzt ist, fokussiert. Weitere Schwerpunkte sind die Entwicklung generischer Sensormodule für die Umfelderfassung, eine flexibel erweiterbare, updatefähige und dienstorientierte Software- und Hardwarearchitektur sowie ein hochdynamischer Radnabenantrieb. Darüber hinaus werden auch Safety- und Security-Anforderungen an die Soft- und Hardwarearchitektur bei der Konzeption und Umsetzung berücksichtigt. Hier ist das Ziel, die Gesamtfunktion der Fahrzeuge über eine modulare Absicherung zu gewährleisten.

Projektförderung: Fördermittelgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projektpartner:

Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart - FKFS - Stadt Stuttgart - Stadt Ludwigsburg (Konsortialführer) - Technische Akademie Schwäbisch Gmünd - Stuttgarter Straßenbahnen AG (SSB) - Daimler AG - EvoBus GmbH

Ansprechpartner:

Lehrstuhl Kraftfahrzeugmechatronik

Herr Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss

Dr.-Ing. Dan Keilhoff

Telefon +49 711 685-65743

Projektinhalte 

Dialog für automatisierte, vernetzte und elektrische Mobilität: Anwendungen – Nutzerinteressen – Technik

Roadshow in Baden-Württemberg zwecks Erklärung der Technik - Vorträge, Präsentationen, Experimente zum Anfassen und Verstehen der Technik. - Gespräche mit den Besucherinnen und Besuchern über das automatisierte, vernetzte und elektrische Fahren: Chancen, Risiken, Hoffnungen, eigene Erfahrungen. AP 2: Automatisierter Werksverkehr in einem Busdepot - Automatisieren von wiederkehrenden Betriebsfahrten. - Untersuchen der notwendigen technischen Maßnahmen und der Auswirkungen auf den Betriebsablauf. AP 3: Demonstrationsbetrieb eines automatisierten Shuttles in Ludwigburg - Automatisiertes Shuttle zur Anbindung des Bahnhofs an ein Industriegebiet. - Möglichkeit, den Betrieb eines solchen Fahrzeugs zu erleben. - Demonstrationsbetrieb, kein Linienbetrieb. - Begleitforschung: Befragung der Fahrgäste. Kernziele des Vorhabens sind - Technik des automatisierten, vernetzten und elektrischen Fahrens der Bevölkerung näher bringen. - Dialog mit den Menschen: Was erwarten sie? Was befürchten/erhoffen sie? Was glauben sie, zu wissen? - Technik erlebbar und anfassbar machen. 

Projektförderung: Fördermittelgeber Ministerium für Verkehr Baden-Württemberg

Projektlaufzeit: 11.2018 – 30.09.2019

Projektpartner: ISV, IEH, IEW, IST, IVK, Rektorat

Ansprechpartner

Lehrstuhl Kraftfahrzeugmechatronik

Herr Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss

Dr.-Ing. Dan Keilhoff

Telefon +49 711 685-65743

Projektinhalte: Teilnahme an der Ausschreibung „Emissionsfreier Campus“ vom MWK

Vorstellung der Projekte durch alle 11 teilnehmenden Hochschulen/Unis/FHs war am 04.10.2019; endgültige Entscheidung fällt Ende des Jahres

Projektförderung: MWK (Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg)

Projektlaufzeit: 07.2018 – 31.06.2023

Projektpartner: Daimler, 18CSI, 19Trumpf, 19Constellium, 19Robert Bosch GmbH, 20Siemens, 20Balluff, 21DXC, 21DLR, 21Universität Stuttgart ( 22IAT, IVK, 22IFB, 23IEW), 23HdM

Ansprechpartner 

Lehrstuhl Kraftfahrzeugmechatronik

Herr Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss

Dr.-Ing. Dan Keilhoff

Telefon +49 711 685-65743

Projektinhalte:

Eine offene Plattform mit offenen Schnittstellen für das update- und upgradefähige Fahrzeug der Zukunft

Die Vision des Verbundprojekts FlexCAR ist es, neu zu definieren, was künftig unter „Plattform“ in Bezug auf Fahrzeuge und Fahrzeugkonzepte verstanden wird: Es geht nicht mehr um die Befähigung eines Unternehmens zur Entwicklung einzelner Komponenten für die spätere Integration durch OEMs, sondern um die Öffnung des Innovations-, Entwicklungs-, Produktions- und Vertriebsprozesses selbst. Zulieferer werden so zu aktiven, im offenen Wettbewerb stehenden Anbietern, die über den gesamten Fahrzeuglebenszyklus Dienstleistungen und Komponenten entsprechend der offenen Schnittstellen aktiv für den Plattformbetreiber, später jedoch auch direkt für den Endkunden, zur Verfügung stellen können. Darüber hinaus ermöglichen offene Schnittstellen auch für bislang unbeteiligte Akteure wie Start-ups oder Entwicklercommunities einen Marktzugang. In diesem Zusammenhang verschiebt sich die Rolle des heutigen OEMs weg vom Integrator hin zum Plattformentwickler, -anbieter und -betreiber, welcher in diesem Rahmen die Verantwortung für die Gewährleistung von Security und Safety sowie für die Gesamtprodukteigenschaften trägt.

Der Fokus des Verbundprojekts FlexCAR liegt auf der Entwicklung einer offenen kooperativen Fahrzeugplattform für die Mobilität der Zukunft. Das Konzept hebt sich dabei von bisherigen Plattformkonzepten durch die (vollständige) Öffnung und Zugänglichmachung aller Soft- und Hardwareschnittstellen für Anbieter ab. Dies löst starre Produktstrukturen ebenso auf wie die heute entlang der Zuliefererkette bestehenden Hierarchien, wandelt die Rolle der heutigen Akteure und ermöglicht neue Geschäftsmodelle. Die offene Plattform FlexCAR macht den Weg frei für eine Öffnung des Marktzugangs und für die Dezentralisierung von Innovationstätigkeiten sowie für die Flexibilisierung von Entwicklungszyklen und eine verbesserte Ausschöpfung der Kompetenzen des Wertschöpfungsnetzwerks.

Das Ziel ist ein vollständig neues, hinsichtlich individueller Kunden- und Betreiberbedürfnisse flexibles Fahrzeugkonzept als offene Entwicklungsplattform. Dieses umfasst die permanente, dezentrale Weiterentwicklung der Fahrzeugkonfiguration und der relevanten Systeme, eine zielführende Update- und Upgradefähigkeit der hieraus entstehenden Fahrzeuge sowie die Wieder- und Weiterverwendbarkeit von Fahrzeugkomponenten und eine teilweise Auflösung des klassischen Lebenszyklus. Um die Machbarkeit des Konzeptes aufzeigen zu können, besetzt das Verbundprojekt FlexCAR die offenen Schnittstellenfragen im Laufe der Projektdauer anhand typischer Fahrzeugumfänge. Diese Fahrzeugumfänge umfassen dabei die Entwicklung einzelner, zukunftsweisender Komponenten in einem exemplarischen, verkleinerten Innovationsnetzwerk und deren Nutzung in einem Fahrzeugdemonstrator. 

Projektförderung: BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung)

Elektromobilität

Projektsteckbrief EVIAN

Projektlaufzeit: 3 Jahre

Projektpartner:

Vector Informatik GmbH - Jiao Tong Universität Shanghai (SJTU) - TGOOD (CN)

Ansprechpartner

Lehrstuhl Kraftfahrzeugmechatronik Herr Prof. Dr-Ing. H.-C. Reuss

Dipl.-Ing. Chris Auer

Telefon +49 711-685-69456 

EVIAN: Electric Vehicle Intelligent Charging Technology R & D Combined with Electricity Network Adaptation and Battery Lifetime Factors

In diesem 2+2 Förderprojekt des BMWi forschen 2 chinesische und 2 deutsche Partner im Umfeld des Ladens von Elektrofahrzeugen. Dabei werden auf chinesischer Seite Big-Data Ansätze zur Optimierung der Ladevorgänge betrachtet. Die deutschen Partner fokussieren sich auf das Rückspeisen von Energie ins Netz und auf die kabellose Kommunikation beim Laden.
Kernziele des Vorhabens sind - Big Data-gesteuerte Ladestrategie und Entwicklung intelligenter Ladestationen. - Allgemeine Bedingungen und erforderliche Parameter für die Rückspeisung von Strom, um eine hohe Netzqualität zu gewährleisten . - Kommunikationsrahmen für den Lade-/Entladevorgang und Software für die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Netz. - Test und Fehlerdiagnose. - Aufbau einer prototypischen Ladestation als Demonstrator und zum Nachweis der obigen Punkte.

Projektförderung: Fördermittelgeber Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Fahrzeugaerodynamik und Windkanaltechnik

Projektlaufzeit 1 Jahr.

Ansprechpartner

Lehrstuhl Kraftfahrwesen

Prof. Dr.-Ing. Andreas Wagner/

Herr Prof. Dr.-Ing. J. Wiedemann

Dipl.-Ing. Nils Widdecke

nils.widdecke@ivk.uni-stuttgart.de 

Analyse der Einflussfaktoren auf die Abweichungen des Luftwiderstands zwischen CFD und Fahrversuch

Die Rentabilität, die Wirtschaftlichkeit und umweltbezogene Aspekte stehen bei Nutzfahrzeugen von jeher im Vordergrund. Dieser Fokus verlangt es alle Möglichkeiten zur Minimierung des Kraftstoffverbrauches auszuschöpfen. Die Aerodynamik des Nutzfahrzeugs spielt insbesondere eine wichtige Rolle im Überland- und Fernverkehr, wo höhere Geschwindigkeiten gefahren werden und wird in der aktuellen Fassung der CO2-Reglierung anhand von Fahrversuchen ermittelt. Um den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emission vergleichbar erfassen zu können, wurde von der ACEA-Arbeitsgruppe eine Prozedur zur Bewertung des Luftwiderstandsbeiwertes von schweren Nutzfahrzeugen, das Constant Speed Test (CST) Verfahren, entwickelt. Dies stellt aufgrund der technischen Komplexität der zu Grunde liegenden Versuchsprozedur und der Vielfalt an Fahrzeugkonfigurationen eine ressourcenintensive Herausforderung dar. Vor diesem Hintergrund und mit der Unterstützung europäischer Initiativen, wie die des europäischen Verbands der Anhänger- und Aufbautenindustrie (CLCCR), fördern die Zugmaschinen- und Anhängerhersteller die alternative Anwendung von numerischen Simulationen zur Ermittlung des Luftwiderstandsbeiwertes. Dies ist allerdings nur unter der Annahme, dass die Abweichungen bei der Bestimmung des Luftwiderstandsbeiwertes zwischen Fahrversuch und Simulation geringstmöglich ist, realisierbar. In diesem Zusammenhang werden im Auftrag des Unterarbeitskreises 9 (Aerodynamik des Nutzfahrzeugs) der Forschungsvereinigung Automobiltechnik die Abweichungen numerischer Methoden im Vergleich zum Fahrversuch untersucht sowie Methoden entwickelt, die die Vorhersagegenauigkeit der numerischen Methoden zur Bestimmung des Luftwiderstandsbeiwertes verbessern sollen. Der Schwerpunkt des Forschungsvorhabens liegt darin, numerische Methoden zur Abbildung der im Fahrversuch herrschenden Anströmbedingungen zu untersuchen und analysieren. Hierbei sollen die im Projekt untersuchten Einflussfaktoren eine aussagekräftige Bewertung deartiger Methoden und deren Prognosegüte ermöglichen sowie Vorschläge zur Anwendbarkeit und Implementierung in der Fahrzeugentwicklung von Zugmaschinen- und Aufliegerhersteller liefern.

Kernziele des Vorhabens sind

Die Modellierung der realitätsnahen Anströmsituation des Fahrversuchs in der numerischen Strömungssimulation. Modellierung der Raddrehung zur Bestimmung des Ventilationswiderstands.

Projektförderung Fördermittelgeber Forschungsvereinigung Automobiltechnik (FAT).

Projektlaufzeit: 3 Jahre

Projektpartner: Dr.-Ing. h. c. F. Porsche AG.

Ansprechpartner

Lehrstuhl Kraftfahrwesen

Prof. Dr.-Ing. Andreas Wagner/

Prof. Dr.-Ing. J. Wiedemann

Dipl.-Ing. Nils Widdecke

nils.widdecke@ivk.uni-stuttgart.de 


Überschrift Reduzierung des CO2 Ausstoßes durch aktive Strömungsbeeinflussung am Fahrzeugdiffusor

Der CO2 Ausstoß eines Fahrzeugs bzw. dessen Reichweite wird von den wirkenden Fahrwiderständen bestimmt. Die Luftwiderstandskraft steigt dabei quadratisch mit der Fahrgeschwindigkeit an und ist ab einer Fahrgeschwindigkeit von ungefähr 70 km/h die größte der wirkenden Kräfte. Ebenso ist die Luftwiderstandskraft proportional zu dem Produkt aus dem Widerstandskoeffizienten cw und der Stirnfläche Ax. Insbesondere SUVs und Geländewagen zeichnen sich durch eine Kombination aus großem cw und Ax aus. Zusätzlich unterliegen diese Fahrzeuge geometrischen Anforderungen, die u. a. Mindestmaße für den Bodenabstand und die Böschungswinkel vorgeben. Dies schränkt den Freiraum der aerodynamischen Optimierung der Grundform deutlich ein. Der Zusammenhang zwischen Geometrie und Strömungszustand lässt sich durch die aktive Strömungsbeeinflussung aufbrechen. Dafür wird der Strömung ein Impuls zugeführt. Durch den konvektiven Transport der Störung und deren Anwachsen kann eine Änderung des natürlichen Strömungszustands herbeigeführt werden. Das IVK arbeitet seit über 10 Jahren im Bereich der aktiven Strömungsbeeinflussung. So wurde z. B. eine quasi zweidimensionale Umströmung eines stumpfen Körpers mit einem Synthetischen Jets beeinflusst. Dessen Auslass wurde nahe der Hinterkante des Körpers platziert. Ein Synthetischer Jet wird durch eine schwingende Membran gebildet, die ein zyklisches Ein- und Ausströmen am Auslass erzeugt. Die Betriebsfrequenz und Amplitude steuert den zeitlichen Verlauf des zugeführten Impulses. Angewendet nahe der Abrisskante, kann die Scherschicht angeregt und der Luftwiderstand gesenkt werden. An einem detaillierten Fahrzeugmodell ist bisher keine wirksame Anwendung erfolgt. In dem vom Wirtschaftsministerium geförderten Forschungsvorhaben soll erstmals eine wirksame Strömungsbeeinflussung an einem detaillierten SUV Modell angewendet werden. Das Ziel ist die Senkung des Luftwiderstands und somit des CO2 Ausstoßes. Bedingt durch den erhöhten Bodenabstand und den großen hinteren Böschungswinkel, ist die Beeinflussung der unteren Scherschicht vielversprechend. Eine wirksame Anwendung hängt dabei maßgeblich von der detaillierten Kenntnis der unbeeinflussten Umströmung ab. Das Projekt wird durch die Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG unterstützt. Kernziele des Vorhabens sind Untersuchung des Effekts einer hochfrequenten Anregung der Scherschicht; Untersuchung der Korrelation zwischen der Diffusorgeometrie und Scherschichtanregung; Energetische Bilanzierung der Strömungsbeeinflussung eines realistischen Fahrzeugs.

Projektförderung Fördermittelgeber Wirtschaftsministerium

Projektlaufzeit: 36 Monate

Projektpartner: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Göttingen

Ansprechpartner

Lehrstuhl Kraftfahrwesen Leitung:

Prof. Dr.-Ing. Andreas Wagner/

Prof. Dr.-Ing. J. Wiedemann

Dr.-Ing. Felix Wittmeier

Telefon +49 711 685-69464

Auswirkungen von instationären Anströmeffekten auf die Fahrzeugaerodynamik

Die Aerodynamik eines Fahrzeugs wird nach aktuellem Stand der Technik im Serienentwicklungsprozess unter stationären Anströmbedingungen mit möglichst geringer Turbulenz optimiert. Dies simuliert unter Zuhilfenahme der Bodensimulation und Raddrehung das Fahren durch ruhende Luft. Dabei wird der Einfluss von Umwelt- und Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel böiger Seitenwind oder andere Verkehrsteilnehmer nicht beachtet. Zwar wird bereits heute mit Hilfe von Winkelreihen der Einfluss einer Seitenwindkomponente auf das Fahrzeug untersucht, jedoch stellt diesen nur den stationären Fall eines konstanten Seitenwinds dar. Allerdings ist zu beachten, dass die Anströmsituation neben den instationären Einflüssen des natürlichen Windes auch anderen Einwirkungen unterliegt, die beispielsweise durch andere Verkehrsteilnehmer hervorgerufen werden. Dadurch werden die Anströmgeschwindigkeiten und -winkel auf der Straße kontinuierlich beeinflusst. Folglich ist die Anströmsituation eine zeitlich veränderliche Größe. Veranschaulicht werden kann dies durch das Fahren im Nachlaufgebiet vorherfahrender Fahrzeuge oder die Interaktion mit einem überholenden oder entgegenkommenden Fahrzeug. Versuche haben gezeigt, dass die real auf der Straße auftretenden Anströmbedingungen mit der beschriebenen Vorgehensweise im Windkanal bisher nicht ideal abgebildet werden können. Eine Ursache dafür ist die stationäre Betrachtung, bei der nur sehr geringe Turbulenzen in der Anströmung vorliegen. Um den Luftwiderstand auch bei realistischer Straßenfahrt zu optimieren, werden neue Ansätze und Methoden benötigt anhand derer der Einfluss der instationären Anströmung auf das Fahrzeug erfasst und analysiert werden kann. Dies ist Inhalt des hier vorgestellten, vom Arbeitskreis 6 (Aerodynamik) der Forschungsvereinigung Automobiltechnik (FAT) geförderten, Projekts. Die Entwicklung und Bewertung einer Methode zur Bestimmung der realen aerodynamischen Beiwerte unter Berücksichtigung der Implementierung in den Fahrzeugentwicklungsprozess ist das Hauptziel dieses Forschungsprojekts. Mit einer solchen Methode sollen die real durch die Aerodynamik verursachten CO2-Emissionen ermittelt und gezielt weiter reduziert werden können.

Im Arbeitskreis 6 der FAT sind Vertreter aller deutschen Automobilhersteller vertreten, so dass die Ergebnisse direkt in die Entwicklung neuer Fahrzeuge einfließen können

Kernziele des Vorhabens sind

Bestimmung der realen Anströmbedingung bei Straßenfahrt; Entwicklung einer Untersuchungsmethode, um die realen Anströmbedingungen im Windkanal und in CFD darzustellen; Untersuchung der am Fahrzeug auftretenden aerodynamischen Effekte aufgrund der instationären Anströmung.

Projektförderung Fördermittelgeber Forschungsvereinigung Automobiltechnik (FAT) AK-6 Aerodynamik

Fahrzeugdynamik und -technik

Projektlaufzeit 01.01.2016 bis 31.12.2020

Projektpartner MTS Systems Cooperation

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Lehrstuhl Kraftfahrwesen

Prof. Dr.-Ing. Andreas Wagner

Dipl.-Ing. Nils Widdecke

nils.widdecke@ivk.uni-stuttgart.de 

Ein neuer Ansatz zur Regelung des Fahrzeugdynamikprüfstands durch nichtlineare Modellfolgeregelung

Der Fahrzeugdynamikprüfstand (FDP) verfügt bereits je nach Betriebsmodus und Anwendung über unterschiedliche Steuerungs- und Regelungsansätze. Ein wichtiger Anwendungsfall ist dabei die Durchführung von realitätsnahen Fahrmanövern mit dem FDP. In diesem Forschungsprojekt soll ein neuer Ansatz zur Regelung des Fahrzeugdynamikprüfstands entwickelt werden, um die Reproduzierbarkeit zum Fahrversuch auf der Straße zu verbessern. Dabei soll die Erarbeitung zunächst in der Simulation stattfinden. Hierfür werden Fahrzeug- und Prüfstandsmodelle verschiedener Komplexitätsstufen erstellt und die Dynamik des Fahrzeugs auf der Straße mit der Dynamik auf dem Prüfstand verglichen. Aus den einhergehenden Erkenntnissen soll ein entsprechendes Regelungskonzept erarbeitet werden, welches in der Lage sein soll, die ganzheitliche 3D Fahrzeugdynamik auf der Straße mit dem Prüfstand zu reproduzieren. Die Idee dabei ist es, die Dynamik des Fahrzeugs auf dem Prüfstand durch nichtlineare Folgeregelung an eine gegebene Straßendynamik anzupassen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es notwendig ein echtzeitfähiges Fahrzeugmodell zu entwickeln, dass alle wesentlichen dynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs abbilden kann. Dieses Modell soll innerhalb des erweiterten Regelungskonzepts unter anderem für den modellbasierten Regelungsentwurf verwendet werden. Gleichzeitig ist ein Regelungsverfahren notwendig, welches sowohl die notwendige Robustheit garantiert als auch vereinbar mit der Fahrzeugmodellierung ist. Eine holistische Betrachtung der Teilschritte Modellierung und Regelung ist deshalb vorteilhaft, da sie bei der Umsetzung des Regelungskonzepts voneinander abhängig sind und die Reglerperformance durch eine aneinander angepasste Entwicklung dieser Teilschritte verbessert werden kann.

Kernziele des Vorhabens sind

Methodenentwicklung für den Fahrzeugdynamikprüfstand zur Erhöhung der Vergleichbarkeit bzw. Übertragbarkeit zwischen dem Fahrversuch auf dem Fahrzeugdynamikprüfstand und dem klassischen Fahrversuch auf der Straße. Aufbau einer Simulationsumgebung und erste Analysen zur Systemdynamik des Fahrzeugdynamikprüfstands. 

Fördermittelgeber Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg Deutsche Forschungsgemeinschaft

Projektlaufzeit 01.01.2018 bis 31.12.2020

Projektpartner Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V., Institut für Fahrzeugkonzepte

Ansprechpartner

Lehrstuhl Kraftfahrwesen

Prof. Dr.-Ing. Andreas Wagner

Dipl.-Ing. Nils Widdecke

nils.widdecke@ivk.uni-stuttgart.de 

Im Rahmen des Forschungsprojekts wird eine ganzheitliche Entwicklungsmethodik für innovative Fahrwerkkonzepte der Elektromobilität erarbeitet und exemplarisch angewandt. Dabei hat die Methode die inhärente Vernetzung der virtuellen und realen Fahrwerkentwicklung zum Ziel, um Kosten- sowie Zeitvorteile gegenüber konventionellen Entwicklungsmethodiken zu realisieren und bereits in den frühen Phasen der Entwicklung ein holistisches Fahrzeugsystemverständnis aufzubauen. Wesentliches Element der methodischen Fahrwerkentwicklung stellt der Fahrsimulator dar, der die effiziente Subjektivurteilsbildung virtuell konzipierter, elektrifizierter Fahrwerke ermöglicht.

Darüber hinaus soll das Projekt die methodische Integration eines innovativen Fahrzeugdynamikprüfstandes, wie er am IVK der Universität Stuttgart entsteht, aufzeigen. Hierbei wird insbesondere die Schnittstelle zur Einbindung des Prüfstandes in den Fahrwerkentwicklungsprozess beschrieben sowie die softwareseitigen und messtechnischen Anforderungen diskutiert. Die Entwicklung der methodischen Integration des Fahrzeugdynamikprüfstandes erfolgt im Rahmen des Projekts zunächst über ein vollfunktionsfähiges virtuelles Prüfstandmodell. Kernziele des Vorhabens sind Methodische Integration interdisziplinärer Modellierungsansätze und innovativer Prüfstandkonzepte in die virtuelle Entwicklung innovativer elektromotorischer Fahrwerkkonzepte mit besonderem Fokus auf die Gestaltung subjektiv wahrnehmbarer Fahreigenschaften

Projektförderung Fördermittelgeber Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau des Landes Baden-Württemberg

Projektlaufzeit 01.07.2017 bis 30.06.2020

Projektpartner Audi AG

Ansprechpartner:

Lehrstuhl Kraftfahrwesen

Prof. Dr.-Ing. Andreas Wagner

Dipl.-Ing. Nils Widdecke

nils.widdecke@ivk.uni-stuttgart.de 

Entwicklung einer Methode zur virtuellen, robusten Basisapplikation des Stabilitätssystems

Die heutige Fahrzeugentwicklung weist die Tendenz zu immer kürzeren Entwicklungszyklen bei einer gleichzeitig stetig steigenden Anzahl von vernetzten und wechselwirkenden Fahrwerkregelsystemen auf. Daraus resultiert eine umfassende Fahrzeugvarianz sowie eine umfangreiche Produktkomplexität. Um diesen Rahmenbedingungen Rechnung zu tragen, werden zukünftig vermehrt virtuelle Methoden einzusetzen sein, um zum einen die Komplexität und die Varianz zu beherrschen und zum anderen eine hohe Produktqualität sicherzustellen. Im Rahmen des Forschungsprojekts ist ein durchgängiger, virtueller Entwicklungsprozess für Fahrzeuge mit Bremsregelsystemen zu gestalten, der die speziellen Anforderungen von Bremsregelsystemen in allen Projektphasen berücksichtigt. Kernziele des Vorhabens sind Definition eines durchgängigen Entwicklungsprozesses für Fahrzeuge mit Bremsregelsystemen; Entwicklung der dafür notwendigen Methoden: Formale und durchgängige Prozessbeschreibung in jeder Phase des V-Modells; Parameterstudien auf Fahrzeug-, Funktions- und Systemebene; Robustheitsuntersuchungen.

Projektlaufzeit 01.04.2016 bis 31.03.2019

Projektpartner AUDI AG

Ansprechpartner

Lehrstuhl Kraftfahrwesen

Prof. Dr.-Ing. Andreas Wagner

Dipl.-Ing. Nils Widdecke

nils.widdecke@ivk.uni-stuttgart.de 

Entwicklung von Methoden zur robusten Fahrwerkregelsystemauslegung in der frühen Entwicklungsphase

Die aktuelle, vornehmlich hardwarebasierte Entwicklung von Fahrwerkregelsystemen stößt mit steigender Fahrwerkskomplexität und -varianz zunehmend an ihre Grenzen. Sowohl die Auslegung in der frühen Entwicklungsphase, als auch die seriennahe Applikation erfordern einen erhöhten Zeitaufwand oder sind ohne virtuelle Methoden nicht leistbar. Der Fokus des Projekts liegt in der Entwicklung von Prozessen, Methoden und Tools zur Integration der virtuellen Entwicklung in den Produktentstehungsprozess. Hierzu wird eine Simulationsumgebung für vernetzte Fahrwerksfunktionen und -regelsysteme aufgebaut und validiert. Zur Analyse von Wechselwirkungen auf Fahrzeug-, Funktions- und Systemebene werden etablierte Algorithmen der Sensitivitätsanalyse herangezogen und für den Anwendungsfall modifiziert. Mit diesen Werkzeugen und diesem Wissen wird die virtuelle Fahrwerkregelsystemauslegung, -bewertung und -applikation zielgerichtet durchgeführt bzw. unterstützt. Durch diese Verzahnung von hardwarenaher und virtueller Entwicklung lassen sich die Entwicklungsqualität und -effizienz nachhaltig steigern. Kernziele des Vorhabens sind Entwicklung und Validierung Simulationsumgebung für vernetzte Fahrwerksfunktionen, Integration und Bewertung von Sensitivitätsanalysealgorithmen; Funktions- und Systemspezifikation sowie Fahrwerkregelsystemapplikation, Weiterentwicklung des Fahrwerkregelsystementwicklungsprozesses um diese virtuellen Methoden.

Projektförderung Fördermittelgeber AUDI AG

Hybridantriebe

Projektlaufzeit: 01.01.2018 - 30.09.2020

Ansprechpartner: Jan Klingenstein und Andreas Schneider

Projektbeschreibung:
Im Zuge der sich immer mehr verschärfenden Abgasgesetzgebung und der geplanten Einführung der Typgenehmigung im realen Fahrbetrieb müssen speziell für den Dieselmotor Wege gefunden werden, um die vergleichsweise hohen Stickstoffoxid- und Partikelemissionen zu reduzieren. Neben der Elektrifizierung des Antriebsstrangs bietet die Adaption eines teilhomogenen Brennverfahrens eine weitere Lösungsmöglichkeit zur Entschärfung dieses Zielkonfliktes. Besonders für den transienten Motorbetrieb verlangt die ausgeprägte Sensitivität der teilhomogenen Verbrennung auf veränderte Randbedingungen im Luft- und Kraftstoffpfad ein genaues Steuer- bzw. Regelverhalten des Verbrennungsmotors. Die, mit diesem alternativen Brennverfahren einhergehenden, erhöhten Kohlenwasserstoff-Emissionen erfordern den Einsatz eines elektrisch beheizten Katalysators in Verbindung mit dem 48V-Bordnetze eines milden Dieselhybrids. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Optimierung der Betriebsstrategie für einen Dieselhybridverbund mit teilhomogener Verbrennung unter Berücksichtigung der Abgasnachbehandlung. Eine Phlegmatisierung des Dieselmotors mit angepasster Verbrennungsregelung erlaubt die Kompensation der Luftpfadträgheit in transienten Phasen und ermöglicht so eine weitere Reduktion der Emissionen. Im Rahmen des beantragten Vorhabens soll das Konzept für reale, RDE-relevante Fahrzustände optimiert werden. Wird im Projekt durch den Versuchsträger nachgewiesen, dass ein Konzept im städtischen Bereich zu einer Reduktion der Schadstoffbelastung führt, ist dies von volkswirtschaftlichem und gesellschaftlichem Gesamtinteresse.


Kernziele des Vorhabens:
Kraftstoff- und Schadstoffreduktion durch homogenes Dieselbrennverfahren und Elektrifizierung des Antriebstranges.

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

  • Projektlaufzeit : 01.04.2019 – 30.09.2021
  • Projekttitel : Antriebsstrang 2040
  • Projektpartner: Institut für Akustik und Bauphysik – Abteilung Ganzheitliche Bilanzierung GaBi (Universität Stuttgart) (https://www.iabp.uni-stuttgart.de/gabi)-Ing. Aleksandar Lozanovski
  • Ansprechpartner: M.Sc. Tobias Stoll, +49 711 685-616 16
  • Projektbeschreibung

Die Studie untersucht mögliche Antriebsstrangkonfigurationen zum Erreichen der CO2-Ziele im Jahr 2040. Es werden eine Limousine, ein Sports Utility Vehicle (SUV) und ein leichtes Nutzfahrzeug (~5 t Zuladung) betrachtet.

Im ersten Arbeitsschritt wird der Markt und die Gesetzgebung anhand bestehender Studien und Zielvorgaben untersucht. In einem zweiten Arbeitsschritt erfolgt die Betrachtung möglicher Antriebsstrangkonfigurationen für die zu untersuchenden Fahrzeugtypen. Anschließend werden die vielversprechendsten Fahrzeugkonzepte für eine weiterführende Betrachtung und Simulation ausgewählt. Parallel zur Simulation der Fahrzeugtypen erfolgt eine Analyse der Umweltwirkung der ausgewählten Fahrzeugkonzepte durch ein Life Cylce Assesment. Hierbei werden die Fahrzeugproduktion, die Kraftstoffproduktion (well to tank) und der Kraftstoffverbrauch (tank to wheel) des Fahrzeugs untersucht.

  • Kernziele des Vorhabens: Gegenüberstellung des Verbrauchs, als auch der Umweltwirkung (CO2-Emissionen) verschiedener zukünftiger Antriebsstrangtechnologien über den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeuges
  • Fördermittelgeber: Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Thermomanagement

Projektlaufzeit 01.03.2017 bis 31.08.2019

Ansprechpartner

Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Herr Dr.-Ing. Michael Grill

Dipl.-Phys.Florian Mandl

Telefon +49 711 685-68130

1D und 3D CFD übergreifende Entwicklungsmethodik zur Optimierung des Motorwassermantels, vom Konzept bis zur Fertigungsreife.

Die Industrie arbeitet intensiv an der Präzision des Wärmemanagements auf Systemebene. Durch den Einsatz komplexer thermischer Managementstrategien ist es möglich, die Wärmeverteilung genauer und dynamischer zu gestalten und damit die Effizienz zu steigern. Es werden außerdem erhebliche Anstrengungen zur Verbesserung der Kühleffizienz des Motorwassermantels mittels 3D Computational Fluid Dynamics (CFD) unternommen. Beim Durchlaufen des V-Optimierungsprozesses von der Konzeption bis zur Designphase und zurück zur Leistungsbewertung des Gesamtsystems, setzt die Industrie auf analytische Modelle (Nusselt) und versucht, Wärmeübergangskoeffizienten nach Prandtl- und Reynolds-Zahlen zu erarbeiten. Auf moderne Wassermantelkonzepte ist Nusselt, aufgrund komplexer Strömungsstrukturen, allerdings nicht anwendbar. Ziel dieses Projektes ist es, den Einsatzbereich eines klassischen Nusselt-Ansatzes für ein modernes Wassermantel-Konzept zu definieren und falls erforderlich Erweiterungen oder Alternativen zu finden. Der technische Nutzen des Projektes liegt in der Entwicklung einer an der Praxis orientierten, umfassenden Methode zur Optimierung des Motorwassermantels von der Konzeption bis zur Fertigungsreife. Dies soll zu einer besseren Verknüpfung von 1D und 3D CFD führen, was letztlich den gesamten Entwicklungsprozess beschleunigt und absichert.

Kernziele des Vorhabens sind - Entwicklung einer praxisorientierten, umfassenden Methode zur Optimierung komplexer Motorwassermäntel von der Konzeption bis zur Fertigungsreife, womit eine effizientere Verknüpfung von 1D und 3D CFD ermöglicht werden soll.

Fördermittelgeber BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Verbrennungsmotorische Antriebe

Projektlaufzeit 01.08.2017 bis 31.01.2020

Projektpartner

BMW Group Herr Dr. Martin Schenk - FVV - Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. Herr Dipl. Wirt.-Ing. Ralf Thee

Ansprechpartner

Universität Stuttgart

IVK Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen  Berner

Telefon +49 711 685-65714

Untersuchungen zu einem CNG-Zündstrahl-Brennverfahren

Bei der Darstellung von monovalenten CNG-Brennverfahren mit hohen Spitzendrücken stellen die aktuell in Ottomotoren eingesetzten Zündsysteme eine Restriktion dar. Zündstrahlsysteme, welche durch die Selbstzündung von geringen Mengen eines zündwilligen, direkt eingebrachten Kraftstoffes (z.B. Dieselkraftstoff) gekennzeichnet sind, bieten hier eine interessante Alternative. Deshalb soll im Rahmen dieses Projekts untersucht werden, in wie weit mittels verschiedener Kraftstoffe, die mit einem Benzin-Einspritzsystem eingespritzt werden, eine Zündung für ein Erdgas/Luft-Gemisch dargestellt werden kann. Das Zündstrahlverfahren wird bis dato in Großmotoren eingesetzt. Ziel dieses Projekts ist eine Potenzialabschätzung der zu untersuchenden Kraftstoffe und eine Bewertung dieses Konzepts für Motoren in Pkw-Größe. Dazu werden zunächst optische Untersuchungen am flüssigen Zündstrahl vorgenommen. Mittels Highspeed-Fotografie und PDAMesstechnik können die detaillierten Eigenschaften des Zündstrahls erforscht und optimiert werden. Nachfolgend wird das Brennverfahren auf einem Einzylinderforschungsmotor am Prüfstand umfangreich untersucht.

Kernziele des Vorhabens sind - Potenzialabschätzung der zu untersuchenden Kraftstoffe und Gesamtbewertung des Konzepts Zündstrahl-Brennverfahren für Pkw-Gasmotoren

Fördermittelgeber BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Projektlaufzeit 01.06.2018 bis 30.11.2020

Ansprechpartner

Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Herr Dr.-Ing. Michael Grill 

Dr.-Ing. Marco Karasch

Telefon +49 711 685-68516

Weiterentwicklung von Klopfmodellen für die 0D/1D-Motorprozessrechnung für aktuelle und zukünftige Anforderungen

Bei Turbo-Ottomotoren ist Klopfen eine der wichtigsten Auslegungsgrenzen. Gleichzeitig ist es eines der in der 0D/1D-Simulation am schwierigsten vorhersagbaren Phänomene. Hieraus ergibt sich eine wesentliche Einschränkung bzgl. der Vorhersagefähigkeit von 1D-Modellen von Turbo-Ottomotoren, z.B. bei der Anwendung in Konzeptstudien. Die letzten Arbeiten innerhalb der FVV am 0D-BasisKlopfmodell fanden i.W. von 1998-2001 (Vorhaben "Klopfkriterium") statt, einige Ergänzungen folgten im Vorhaben "wirkungsgradoptimaler Ottomotor II" (2009).In den letzten 17 Jahren seit dem FVV-Vorhaben "Klopfkriterium" hat sich sowohl die Motorentechnologie weiterentwickelt (das FVVProjekt "Klopfkriterium" wurde 2001 noch am Saugmotor durchgeführt), ebenso konnten viele Erfahrungen mit den Modellen von 2001 und 2009 gesammelt werden. Hieraus ergeben sich vielfältige Ideen zu möglichen Modellverbesserungen und Erweiterungen. Bisherige und beantragte FVV-Projekte zur Weiterentwicklung der 0D/1D-Klopfmodelle beschränken sich auf spezielle Anwendungsfälle (z.B. VL-AGR, methanbasierte Kraftstoffe). Eine Weiterentwicklung des "BasisKlopfmodells" fand in den letzten 17 Jahren nicht statt, obwohl viele Erfahrungen mit diesem Modell bei FVV-Mitgliedern gewonnen werden konnten. Ziel dieses Vorhabens ist die Weiterentwicklung des "Basismodells", um eine höhere Vorhersagegüte erreichen zu können. Diese Weiterentwicklung sollte zum einen Modellgrenzen und -unsicherheiten bei aktuellen Anwendungen adressieren, zum anderen sollte das Modell gleichzeitig für zukünftige Anforderungen validiert oder ggf. erweitert werden.

Kernziele des Vorhabens sind Weiterentwicklung des "Basis-Klopfmodells-0D/1D"

Fördermittelgeber BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Projektlaufzeit 01.06.2017 bis 31.05.2020

Projektpartner

Universität Stuttgart

IVK Lehrstuhl

Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Herr Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Berner

Ansprechpartner

Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Prof. Dr.-Ing. M. Bargende 

Hans-Jürgen Berner

Telefon 0711 685-65714

Optische Strahl-Analyse zur verbesserten 3D-CFD Simulation der Kraftstoff-Einspritzung in QuickSim

Ziel des Vorhabens ist die Nutzung eines PDA-Labors zur Durchführung optischer Kraftstoffstrahlanalysen, unter Verwendung unterschiedlichster Injektorgeometrien, zur grundlegenden Validierung der numerischen Beschreibung von Einspritzprozessen in der schnellen 3D-CFD Simulation (QuickSim) von Verbrennungsmotoren. Dazu müssen die laseroptischen Elemente des PDAPrüfstands hochpräzise ausgerichtet und justiert werden. Anschließend soll die Prüfstandssoftware ergänzt und nach einer Sensitivitätsanalyse der Toolkette in eine automatisierte Messdatenauswertung eingebettet werden. Durch die zeitliche und örtliche Sprayentwicklung, die sich aus den gemessenen Geschwindigkeits- und Tropfengrößenverteilungen ergibt, können die Startbedingungen des 3D-CFD Simulationstools QuickSim validiert und in einem iterativen Prozess verbessert werden.

Kernziele des Vorhabens sind Die sprayspezifischen Startbedinungen in der 3D-CFD Software QuickSim sollen auf der experimentellen Basis eines PDA-Prüfstandes, der dazu justiert und automatisiert werden muss, validiert und iterativ verbessert werden.

Fördermittelgeber Promotionsstipendium der Vector Stiftung

Projektlaufzeit 01.01.2018 bis 30.04.2020

Ansprechpartner

Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Herr Dr.-Ing. Michael Grill

Dr.-Ing. Christian Schnapp

Telefon +49 711 685-65648

Quasidimensionale Modellierung der HC- und CO-Bildung am Dieselmotor

In diesem Projekt wird ein phänomenologischer 0D/1D-Ansatz erarbeitet um die innermotorische Bildung der Rohemissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffmonoxid für Dieselmotoren zu simulieren. Das Modell soll das Niveau der HC- und CO-Emissionen sowohl in stationären als auch in transienten Betriebsbedingungen vorhersagen. Die Ergebnisse des Modells für die HC- und CO-Bildung sind sowohl für die Emissionsvorhersage und darüber für die Abgasnachbehandlung und den Regenerationsbetrieb interessant. Außerdem sind diese Emissionen beim Dieselmotor je nach Betriebspunkt für eine präzise Vorhersage des Wirkungsgrades und damit des Kraftstoffverbrauchs relevant. Zur Vorhersage der Bildung von HC und CO muss das Modell die relevanten Inhomogenitäten bei der dieselmotorischen Verbrennung abbilden. Hierbei sind insbesondere die lokal mageren und fetten Bereiche relevant. Wobei für die HC-Emissionen zusätzlich noch die Flammenlöschung in der Nähe der Brennraumwände relevant ist. In Kombination mit stark vereinfachten chemischen Reaktionsmechanismen lassen sich mit diesen modellierten Inhomogenitäten die HC- und COBildung vorhersagen.

Kernziele des Vorhabens sind Simulation der innermotorischen Bildung der Rohemissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffmonoxid für Dieselmotoren.

Fördermittelgeber BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Projektlaufzeit 01.04.2017 bis 31.03.2020

Projektpartner - Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG Herr Dr. André Casal Kulzer - FVV - Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. Herr Dipl. Wirt. - Ing. Ralf Thee - TU Berlin Institut für Land- und Seeverkehr FG Fahrzeugantriebe Herr Malte Kauf Frau Maike Sophie Gern - Brandenburgische Technische Universität Cottbus – Senftenberg Institut für Elektrische und Thermische Energiesysteme Fachg. Thermodyn./ Therm. Verfahrenstech Herr Prof. Fabian Mauß Herr M.Sc. T. Franken

Ansprechpartner

Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Herr Dipl.-Ing Gerd Hitzler

M.Sc. Antonino Vacca

Telefon +49 711 685-69473

Bewertung des Potentials und der Risiken der indirekten und direkten Wassereinspritzung zur Steigerung des Wirkungsgrades und der Last bei Ottomotoren

Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden Modelle und numerischen Methoden erarbeitet, die eine Bewertung von Motorenentwicklungen mit Wassereinspritzung erlauben. Diese helfen das Potential der Wassereinspritzung in Ottomotoren zur Leistungs- und Effizienzsteigerung optimal zu nutzen. Die Modellerweiterungen konzentrieren sich auf die physikalischen Eigenschaften von Wasser- oder Emulsionssprays, die veränderten thermodynamischen Prozesse im Motor, sowie den Einfluß hoher Wasserkonzentrationen auf die Mischung und die Reaktionskinetik in der Gasphase und im Katalysator. Dabei kommen sowohl 3D CFD als auch 1D/Q3D Verfahren zum Einsatz. Zur Unterstützung der Modellentwicklung wird eine umfangreiche experimentelle Kampagne durchgeführt. Die besonderen Eigenschaften der Sprays werden in Spraykammern und in einer schnellen Kompressionsmaschine untersucht. Dabei werden auch nahezu kritische Zustände für die Wassereinspritzung betrachtet. Die thermodynamischen Eigenschaften von Gasen mit hohen Wasserkonzentrationen, sowie von expandierenden Gasen, bei gleichzeitiger Verdampfung von Wasser, sollen in einem Einzylindermotor analysiert werden. Dabei können auch Änderungen der Reaktionen in der Gasphase betrachtet werden, da diese maßgeblichen Einfluss auf die Wärmefreisetzung und die Emissionsneigung haben. Schließlich sollen repräsentative Experimente an einem Katalysatorprüfstand den Einfluss von erhöhten Wasserkonzentrationen auf die Abgasnachbehandlung aufzeigen. Die Einsatzbarkeit der neuentwickelten Verfahren und Modelle werden an einem Vollmotormodell exemplarisch durch 3D-CFD Simulation nachgewiesen werden. Neben den umfangreichen experimentellen Daten liefert das Projekt eine detaillierte Beschreibung der entwickelten Modelle, umfangreiche reaktionskinetische Datensätze, sowie eine Erweiterung des FVV Zylindermoduls. Die Erweiterung des FVV Moduls stützt sich auf eine umfangreiche Validierung mit Hilfe der 3D CFD und der 1D/Q3D Berechnungen.


Fördermittelgeber FVV/EM-FVV-Projekte mit Eigenmittel-Förderung

Projektlaufzeit 01.03.2018 bis 28.02.2020

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Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Herr Dr. Ing. Michael Grill 

Dr.-Ing. Feyyaz Negüs

Telefon +49 711 685-65918

CO2 targets in the range of 68 to 75 g CO2/km are expected from 2025 onwards within the European Union. This ambitious goal will only be achieved with a great penetration depth of hybridized powertrains. From this derives the task for each manufacturer to develop a propulsion sytem with a favorable cost-to-CO2-benefit ratio. Integral part of such system will most likely be a spark ignited combustion engine.

The CO2 benefits should come from both a well-designed use of hybridization (load point shifting, recuperation,…) as well as through improving the efficiency of the internal combustion engine itself. For this purpose, several technologies and their combinations should be investigated, such as higher compression ratios combined with Miller, high load EGR or knock-resistant fuels. Goal of the project is the optimization of the combustion engine aiming for an overall engine efficiency close to 45% in engine operation points relevant for operation of HEVs or PHEVs. Outcome of the project is a rating which technologies are most effecitive with regard to overall engine efficiency, bearing minimum risk and can preferably be used complementary to improve engine efficiency.

Kernziele des Vorhabens sind 

The investigation of the spark-ignition engine regarding its efficiency through 0D/1D-simulation. 

Fördermittelgeber FVV-Forschungsvereinung  Verbrennungskraftmaschinen e.V.
 

Projektlaufzeit 01.01.2017 bis 31.07.2019

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Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Herr Dr.-Ing. Michael Grill

M.Sc. Sven Fasse

Telefon +49 711 685-69363

Entwicklung dynamischer Ladungsbewegungskennzahlen für eine quasidimensionale Turbulenzmodellierung und dynamischer Durchflussbeiwerte für eine genauere Ladungswechselberechnung.

Bislang werden Ventildurchflusskoeffizienten separat für Ein- und Auslassseite, bei geringem Druckverhältnis und synchronem Ventilhub ermittelt. Im realen Motorbetrieb weichen die Strömungsfälle, u.a. bedingt durch Ventiltriebsvariabilitäten, häufig davon ab. Diese Fälle sollen nun für die 0D/1D-Motorensimulation modelliert werden. Dies umfasst auch die Umstellung eines bislang empirischen auf ein phänomenolgisches Einströmturbulenzmodell und die Erweiterung eines bestehenden Tumble-Ladungsbewegungs- und Turbulenzmodells für kombinierte Drall-TumbleLadungsbewegungen.

Kernziele des Vorhabens sind

Entwicklung von Ventildurchflusskoeffizienten für hohe Druckverhältnisse, Strömungspulsation, Ventilüberschnitt und Einlassventilhubphasing/Kanalabschaltung – Entwicklung eines phänomenologischen Einströmturbulenzmodells – Entwicklung eines Ladungsbewegungs- und Turbulenzmodells für kombinierte Drall-Tumble-Ladungsbewegung

Fördermittelgeber BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

 

Projektlaufzeit 01.01.2017 bis 30.06.2019

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Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende 

M.Sc. Sebastian Fritsch

Telefon +49 711 685-67600

Entwicklung eines quasidimensionalen Modells zur Beschreibung der Interaktion zwischen Direkteinspritzung und Ladungsbewegung sowie der Gemischhomogenisierung unter Berücksichtigung unterschiedlicher Ladungswechselstrategien.

Direkteinspritzung gehört bei modernen Ottomotoren aufgrund zahlreicher Vorteile inzwischen zu den Standardtechnologien, ihr Einfluss auf die Turbulenz und Homogenität im Brennraum kann von bestehenden 0D/1D-Modellen jedoch nicht abgebildet werden. Ziel dieses Vorhabens ist es daher, Untermodelle hierfür zu entwickeln und in bestehende Turbulenz-, Brennverlaufs- und Zyklenschwankungsmodelle zu integrieren, woraus ein wertvoller Gewinn an Vorhersagekraft erreicht wird. Der Lösungsweg sieht vor, aufbauend auf der Methodik des erfolgreichen Vorgängervorhabens, zunächst aufbauend auf 3D-CFD-Simulationen als Referenz den Einfluss der Direkteinspritzungen auf die Ladungsbewegung (z. B. Tumble) zu analysieren und so das bestehende Turbulenzmodell weiterzuentwickeln. Analog soll mit 3D-CFD-Simulationen als Referenz aus Kenngrößen des Ladungswechsels, dem erweiterten Turbulenz- und Ladungsbewegungsmodell sowie charakteristischen, zu entwickelnden Kennzahlen ein phänomenologisches Homogenisierungsmodell entwickelt werden. Dieses soll dann schließlich in die bestehenden Brennverlaufs- und Zyklenschwankungsmodelle in geeigneter Form integriert werden. Als Ergebnis stehen verbesserte Modelle zur Verfügung, mit denen erstmals im 0D/1D-Bereich der Einfluss von Direkteinspritzungen bei Ottomotoren vorhersagefähig simuliert werden kann. Damit wird dann bspw. die Entwicklung von Mehrfacheinspritzstrategien für eine optimierte Gemischhomogenisierung ebenso möglich wie die Berücksichtigung von Homogenisierungsunterschieden bei variablen Ventilsteuerzeiten.

Kernziele des Vorhabens sind 

Modelle im 0D/1D-Bereich zur vorhersagefähigen Simulation des Einflusses von Direkteinspritzungen bei Ottomotoren

Fördermittelgeber BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Projektlaufzeit 01.01.2017 bis 30.09.2019

Projektpartner - IAV GmbH Herr Dipl.-Ing. Oliver Dingel FVV - Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. Herr Dipl. Wirt.-Ing. Ralf Thee

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Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Berner

Telefon +49 711 685-65714

Untersuchung und physikalisch/chemisch-basierte Modellierung im Sinne einer Energiebilanz der Einflüsse des zeitlich veränderlichen Anteils der unverbrannten Masse in Wandnähe und im Feuersteg

Untersuchung und physikalisch/chemisch-basierte Modellierung im Sinne einer Energiebilanz der Einflüsse des zeitlich veränderlichen Anteils der unverbrannten Masse in Wandnähe und im Feuersteg. Die Einflussnahme der Interaktion zwischen Feuerstegvolumen und wandnaher Bereiche und dem Brennraum in der Verbrennungsphase nach dem Erreichen der Spitzendrucks sollen zunächst modellierungsorientiert experimentell untersucht werden und basierend auf diesen Erkenntnissen soll ein Modell zur Abbildung der wandnahen Phänomene der Wärmefreisetzung im Sinne einer momentanen Energiebilanz entwickelt werden. Ein besseres Verständnis der Interaktion zwischen Feuerstegvolumen und Brennraum ist eine notwendige Randbedingung, um die Auswirkungen der unverbrannten Gemischmasse im Feuersteg beschreiben zu können und für die Analyse und Simulation direkt nutzbar zu machen.

Kernziele des Vorhabens sind - Ein besseres Verständnis der Interaktion zwischen Feuerstegvolumen und Brennraum Beschreibung der Auswirkungen der unverbrannten Gemischmasse im Feuersteg

Fördermittelgeber BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie/Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen FVV/EM-FVV-Projekte mit Eigenmittel-Förderung

Projektlaufzeit 01.04.2016 bis 31.12.2019

Projektpartner - BMW AG Herr Dr. Martin Schenk - FVV - Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. Herr Dipl. Wirt.-Ing. Ralf Thee

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Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Berner

Telefon +49 711 685-65714

Methan-Kraftstoffe II: Verbrennungsmodellierung

Experimentelle Klopfuntersuchungen an einem höherverdichtenden Einzylinderaggregat zur Identifikation, Quantifizierung und Modellierung der Einflüsse ausgewählter Bestandteile methanbasierter Kraftstoffe auf die Wärmefreisetzung im ottomotorischen Betrieb

Kernziele des Vorhabens sind

Entwicklung phänomenologischer Klopfmodelle zur Beschreibung der Verbrennung und des motorischen Klopfens. Vergleich und Analyse der Wärmefreisetzung bei klopfendem Motorbetrieb mit hochoktanigen Flüssigkraftstoffen und (gasförmigen) methanbasierten Kraftstoffen für gleiche Betriebspunkte.

Fördermittelgeber FVV-EM -FVV-Projekte mit EigenmittelFörderung

Projektlaufzeit 15.04.2016 bis 14.04.2019

Projektpartner  Audi AG

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Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende 

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Berner

Telefon +49 711 685-65714

Methodische Untersuchung und ganzheitliche Potentialbewertung zukünftiger Antriebskonzepte zur CO2 - Neutralität im Rennsport

Die globale Erwärmung aufgrund von Treibhausgasemissionen stellt eine der größten Herausforderungen für die Menschheit dar und fordert die Automobilindustrie. Aufgrund seiner Vorreiterrolle ist auch der Motorsport mit dieser Problemstellung konfrontiert und hat die Aufgabe die Entwicklung von technischen Lösungen zur Reduzierung der Umweltauswirkungen voranzutreiben. Erste Schritte in Richtung Nachhaltigkeit sind die Effizienzreglements, die 2014 in der FIA Formel 1 und der FIA World Endurance Championship eingeführt wurden, sowie die Beimischung von Biokraftstoffen und die Einführung von Hybridsystemen in diesen beiden Rennserien. Der Fokus auf globale Nachhaltigkeit und die Integration dieses Aspektes in das Reglement steht jedoch noch aus. Daher werden im Rahmen des Promotionsprojektes nachhaltige Hochleistungskonzepte für den Langstreckenrennsport ganzheitlich umweltbilanziell und technologisch untersucht.

Kernziele des Vorhabens sind

Umweltbilanzielle und technologische Untersuchung diverser Antriebskonzepte und Kraftstoffe für den Einsatz in einem nachhaltigen Motorsport der Zukunft.

 

Projektlaufzeit 01.08.2016 bis 30.09.2018

Ansprechpartner

Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Dr.-Ing. Michael Grill

Telefon +49 711 685-65611

Emissionsmodellierung der dieselmotorischen Verbrennung mit variablem Ventiltrieb

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erarbeitung und Analyse von motorischen Zusammenhängen von variablen Ventilerhebungskurven auf Rohemissionen, Verbrauch, Abgastemperaturen und Wechselwirkungen. Dabei soll besonders auf die Vorhersage von NOx- HC- und CO-Rohemissionen eingegangen werden. Die Wechselwirkungen der variablen Ventilsteuerzeiten auf andere Komponenten des Luftpfades soll dabei ganzheitlich mit untersucht werden. Dafür wird eine Kombination aus 0-D-, Q-D-, 1-D- und auch 3-D-Simulationen, basierend auf detaillierter chemischer Kinetik sowie Experimenten mit einem Einzylinder-Forschungsmotor mit vollvariablem Ventiltrieb, vorgeschlagen. Durch den Abgleich von 0-D, 1-D und 3-D Simulationsmodellen wird die Übertragbarkeit der Erkenntnisse auf bauähnliche Motoren der einzelnen Original Equipment Manufacturers (OEM) gewährleistet. Die voraussichtlichen Ergebnisse dieses Projekts sind: - Umfangreiche Messdaten, die die verschiedenen Zusammenhänge des Einsatzpotentials variabler Ventiltriebe bei Dieselmotoren zeigen. Durch den Einsatz eines vollvariablen, elektrohydraulischen Ventiltriebs können die unterschiedlichen Effekte einzelner Ventilhubsstrategien gezielt dargestellt werden. - Eine 0-D basierte Simulationsmethode, die die Effekte von variablen Ventilsteuerzeiten auf die Abgasemissionen in Dieselmotoren berechnen kann. Das stochastische Reaktormodell wird für einen vorgegeben Motor abgestimmt, um die Motorleistungsparameter und die Abgasemissionen abhängig von der VVT Strategie und für das gesamte Motorkennfeld zu simulieren. Weiterhin erlaubt diese Methode eine Optimierung der VVT Strategie hinsichtlich der Minimierung der Rohemissionen.

Kernziele des Vorhabens sind Modellierung der innnerzylinderschen Turbulenz und Ladungsbewegungen für Dieselmotoren mit VVT

Fördermittelgeber FVV-EM - FVV-Projekte mit EigenmittelFörderung

Projektlaufzeit 01.01.2018 bis 31.12.2019

Projektpartner
Universität Stuttgart IVK Lehrstuhl Fahrzeugantriebe Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende Herr Dr.-Ing. Michael Grill

Ansprechpartner

Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Dr.-Ing. Michael Grill

Qirui Yang

Telefon +49 711 685-65611

Auswirkungen auf Luftpfad, Ladungswechsel und Abgassystem bei der optimierten Auslegung von Dieselmotoren für den eFuel OME zum Einsatz in Fernstrecken-Lkw

Bei Fernstrecken-Lkw werden batterieelektrische Antriebe aufgrund des Verlustes an Nutzlast und Reichweite auch langfristig die Ausnahme bleiben. Um dennoch CO2-Neutralität zu erreichen, erscheint der Einsatz von strombasierten, synthetischen Kraftstoffen (eFuels) als sinnvoller Weg, speziell die Gruppe der Oxymethylenether (OME) als Ersatz für konventionellen Dieselkraftstoff gilt hier wegen seiner rußfreien Verbrennung als vielversprechend. Die Auswirkungen des Einsatzes von OME wirken sich dabei vielfältig auf Luftpfad, Ladungswechsel und Abgassystem und andere Subsysteme des Fahrzeugs aus.

Kernziele des Vorhabens sind

Ziel des Vorhabens ist daher, diese Auswirkungen detailliert zu analysieren und den Weg für eine Praxisanwendung zu ebnen, die einen enormen Beitrag für eine bessere Umweltverträglichkeit – sowohl hinsichtlich Schadstoffemissionen als auch in Bezug auf den Treibhauseffekt – speziell des Güterverkehrs zu leisten im Stande ist.

Projektförderung Fördermittelgeber Friedrich und Elisabeth Boysen-Stiftung

 

Laufzeit: 01.01.2019 - 31.12.2020

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Michael Bargende, Hans-Jürgen Berner, Viktoria Kelich

Projektbeschreibung:

Die partiell vorgemischte Kompressionszündung (PCCI) gilt als vielversprechendes Diesel-Verbrennungskonzept für extrem niedrige Emissionen mit hoher Prozesskontrollierbarkeit. Für niedrige Last-/Drehzahl-Motorbetriebspunkte hat PCCI bereits die gleichzeitige Verringerung von Ruß- und NOx-Rohemissionen nachgewiesen und damit einen Ausweg aus dem bestehenden NOx/Ruß-Konflikt der konventionellen Dieselverbrennung aufgezeigt. Die aktuelle Forschung und Entwicklung im Bereich der Dieselverbrennung, insbesondere bei Optimierungsprozessen, stützt sich auf numerische Methoden. Zuverlässige phänomenologische Verbrennungs- und Zündverzögerungsmodelle haben sich hierbei als besonders geeignet für Parameterstudien erwiesen. Die meisten Zündverzögerungsmodelle wurden jedoch für die konventionelle Dieselverbrennung entwickelt.

In diesem Projekt sollen daher neue Zündverzugsmodelle dargestellt werden, welche die Zündverzögerungen für den PCCI-Betrieb mit Mehrfacheinspritzungen für die 0D-Simulation vorhersagen. Zu diesem Zweck sollen Messungen an einem Einzylinder-Aggregat durchgeführt werden, um so die PCCI-Verbrennung zu charakterisieren und Daten für die sich anschließende Modellerstellung und -validierung bereitzustellen.

Die Arbeiten am IVK werden in Kooperation mit der ETH-Zürich durchgeführt. Dort werden parallel 3D-CRFD-Simulationsrechnungen mit detaillierter chemischer Kinetik durchgeführt und um umfangreiche Verbrennungsmodelle ergänzt.

Kernziele des Vorhabens:
Erstellung eines Simulationsmodells zur vorhersagefähigen Berechnung des kombinierten physikalisch-chemischen Zündverzugs bei teilhomogenen Diesel-brennverfahren mit Mehrfacheinspritzung.

Fördermittelgeber:

CORNET - Collective Research Networking

BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

FVV - Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V.

Projektlaufzeit:                             01.11.2018 bis 31.10.2020

Ansprechpartner:                 

Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Herr Dr.-Ing. Michael Grill

M.Sc. Sebastian Welscher

Projektbeschreibung:

Vor dem Hintergrund eines steigenden Klimabewusstseins und der Einführung deutlich strikterer Abgasgesetzgebungen steht die Weiterentwicklung des Dieselmotors vor großen Herausforderungen. Neben der Senkung des Verbrauchs zur Einhaltung der Flottenverbräuche, ist vor allem der Ausstoß von Schadstoffemissionen unter anspruchsvolleren Randbedingungen zu reduzieren. Diese Zielvorgaben sind bei konventionellen Dieselmotoren ausgehend vom aktuellen Technikstand zunehmend schwerer zu erreichen. Zum einen hat die Komplexität des Gesamtsystems „Dieselmotor“ bereits einen sehr hohen Grad erreicht, der kaum Raum für bemerkenswerte Entwicklungssprünge bietet. Zum anderen beeinflussen sich die genannten Ziele in der Regel gegensätzlich, sodass eine gefundene Lösung oft nur einen Kompromiss darstellt.

Um diesen Konflikt zu entschärfen und um neues Entwicklungspotential aufzuzeigen, wird deshalb im Rahmen dieses Forschungsprojektes die Wassereinspritzung beim Dieselmotor untersucht. In der Vergangenheit wurde diese Technologie vor allem bei Flug- und Schiffsmotoren bereits erfolgreich eingesetzt. Aktuell findet diese im Bereich von Ottomotoren einen wachsenden Einsatzbereich.

Während bei Ottomotoren hauptsächlich die Leistungssteigerung im Vordergrund steht, wird die Wassereinspritzung beim Dieselmotor vor allem im Hinblick auf die Schadstoffemissionen untersucht. Aufgrund der niedrigeren Spitzentemperaturen durch die Verdampfung des Wassers im Ansaugtrakt bzw. Zylinder kann die innermotorische Stickoxid-Produktion signifikant gesenkt werden. In Verbindung mit anderen Maßnahmen, wie der Drosselung der Abgasrückführungsrate (AGR), sind zudem auch positive Einflüsse auf die Rußoxidation und den Wirkungsgrad zu erwarten.

Um potentielle Effekte richtig abbilden und während der Entwicklung berücksichtigen zu können, ist es notwendig, diese nach einer eingehenden Untersuchung für die Motorensimulation zugänglich zu machen.

Hierzu ist vor allem die richtige Modellierung des Zündverzuges und des Brennverlaufs in Abhängigkeit der eingespritzten Wassermenge notwendig, um eine veränderte dieselmotorische Verbrennung genau zu berechnen, die wiederum die Basis für eine korrekte Abbildung der Schadstoffemissionen bildet. Falls notwendig sind die Modelle letzterer ebenfalls entsprechend den Ergebnissen der Untersuchungen anzupassen.

Nach Implementierung der gewonnenen Erkenntnisse in die 0D/1D-Simulation ist die Entwicklung möglicher Anwendungsstrategien der Wassereinspritzung im Realbetrieb geplant. Grundlage hierfür bilden die neu erstellten bzw. angepassten Berechnungsmodelle. Eine Bewertung und Potentialanalyse schließt das Projekt ab.

Das Projekt geschieht in Zusammenarbeit mit dem Institut für Kolbenmaschinen (IFKM) aus Karlsruhe (Karlsruhe Insitute of Technology, kurz: KIT). Dort werden parallel zu den simulativen Untersuchungen und Modellierungsarbeiten des Instituts für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen Stuttgart (kurz: IVK) umfangreiche Messungen an einem modifizierten Motorenprüfstand durchgeführt. Diese Ergebnisse dienen als Grundlage und Erweiterung des Verständnisses über die Effekte der Wassereinspritzung auf die Dieselverbrennung und fließen in die Modellbildung und –validation mit ein. Das IVK bearbeitet dahingegen ausschließlich die Simulationsumfänge dieses Projekts. Letztere umfassen neben der Modellierung und Simulation im 0D/1D Bereich auch 3D-CFD Untersuchungen.

Kernziele des Vorhabens:

Untersuchung, Modellierung und Simulation von Auswirkungen der Wassereinspritzung auf die Dieselverbrennung

Entwicklung und Untersuchung von möglichen Anwendungsstrategien der Wassereinspritzung im Realbetrieb

 

Fördermittelgeber:

BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Laufzeit: 01.01.2019 - 31.12.2020

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Michael Bargende, Viktoria Kelich, Rodolfo Tromellini, Jan Przewlocki

Projektbeschreibung:

Die Einführung immer dynamischerer Fahrzyklen für die Pkw-Typgenehmigung, wie WLTP- oder sogar Messungen des realen Fahrbetriebs (RDE), erfordert eine Verbesserung des transienten Motorverhaltens bei gleichzeitiger Minimierung der Emissionen. Die Nachoxidation von fetten Verbrennungsprodukten im Abgaskrümmer mit spülender Frischluft ist eine vielversprechende Maßnahme, um dieses Ziel zu erreichen.

Das Spülen des Zylinders verringert den darin enthaltenen Restgasgehalt, reduziert die Brennraumtemperatur und der erhöhte Massenstrom verbessert das dynamische Verhalten des Abgasturboladers. Durch den daraus resultierenden Sauerstoffüberschuss wird ein effektiver Betrieb des Dreiwegekatalysators behindert. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, ist Bindung des überschüssigen Sauerstoffs durch eine Oxidation mit den Produkten einer fetten Verbrennung aus dem Brennraum. Dadurch kann durch die Erhöhung der Abgasenthalpie das dynamische Verhalten des Turboladers zusätzlich verbessert werden. Die fette Verbrennung senkt außerdem die Temperatur im Brennraum, was die Klopfneigung verringert. Ein weiterer Nutzen der Nachoxidation ist die Möglichkeit, den Katalysator schneller auf Betriebstemperatur zu bringen.

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Nachoxidationsmodells für die 0D/1D-Simulation. Um dieses Modell entwickeln zu können, ist ein tiefes Verständnis des entscheidenden Misch- und Oxidationsprozesses von Spülluft und fetten Verbrennungsprodukten erforderlich.

Im Rahmen dieses Projekts werden 3D-CFD-Simulationen einschließlich der Reaktionskinetik in Kombination mit Prüfstandmessungen durchgeführt. Zur Reduktion der 3D-CFD-Rechenzeit wird ein reduzierter Reaktionsmechanismus, der alle wichtigen chemischen Prozesse der Nachoxidation abdeckt, entwickelt.

Das im Verlauf des Projekts entwickelte Nachoxidationsmodell wird basierend auf Prüfstandmessungen erweitert, um auch Prozesse innerhalb der Turbine abbilden zu können.

Schließlich wird ein RDE-Fahrzyklus simuliert, um zum einen das Potential der Nachoxidation aufzuzeigen und zum anderen den Einfluss kritischer Beschleunigungsmanöver auf die Anwendbarkeit auf Nachoxidation zu bewerten.

Kernziele des Vorhabens:

Entwicklung eines Nachoxidationmodells auf 0D/1D Ebene.

Fördermittelgeber:

FVV-EM - FVV-Projekte mit Eigenmittel-Förderung

CORNET - Collective Research Networking

BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Projektlaufzeit 01.04.2017 bis 31.03.2020

Projektpartner

Universität Stuttgart IVK Lehrstuhl Fahrzeugantriebe Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende Herr Dr.-Ing. Ulrich Philipp - Mahle International GmbH Herr Dr. Rolf-Gerhard Fiedler - FVV - Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. Herr Martin Nitsche - HAWK Göttingen Lehrgebiet Fluidtechnik Fakultät Naturwissenschaften und Technik Herr Prof. Peter Reinke - Universität Kassel Institut für Antriebs- & Fahrzeugtechnik Maschinenelemente und Tribologie, FB15 Herr Prof. Dr.-Ing. Adrian Rienäcker - Institut für Analytische Messtechnik Hamburg e. V. - IAM-Hamburg e. V. Herr Prof. Dr.-Ing. Gerhard Matz

Ansprechpartner

Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende 

Msc. Denise Branciforti

Telefon +49 711 685-69374

Erhöhung der Betriebssicherheit der Kolbenbolzenlagerung Inhaltsangabe Im Rahmen des abgeschlossenen Forschungsvorhabens "Kolbenbolzenlagerung" konnte die lokale zeitliche und räumliche Schmierfilmbildung in den kolben- und pleuelseitigen Bolzenlagern als eine wesentliche Einflussgröße auf das Bewegungs- und Tragverhaltens des Kolbenbolzens identifiziert werden. Bislang liegen allerdings nur unzureichende Kenntnisse über die genauen Transportmechanismen zur Schmierstoffversorgung der Bolzenlager vor, die für eine Simulation der Schmierungsverhältnisse an den Lagerrändern und im Inneren erforderlich sind. Ziel des Vorhabens ist es, über ein verbessertes Verständnis der Ölversorgungssituation und der Identifikation von kritischen Mischreibungs- und Teilfüllungszuständen eine betriebssichere Auslegung der Kolbenbolzenlagerung zu erreichen. Experimentelle Untersuchungen liefern hierzu genaue Informationen über zeitlich veränderliche Festkörperkontakte in den Lagerstellen, sowie Reibwertkennfelder in Abhängigkeit der Temperatur, der Materialpaarung und des Schmierstoffzustandes. Die Ergebnisse werden mit den Simulationsergebnissen abgeglichen und führen - aufbauend auf der vorhandenen Software - zu einem verbesserten Simulationsmodell zur Analyse und Optimierung der Kolbenbolzenlagerung. Mit Hilfe der experimentellen und simulatorischen Erkenntnisse erfolgt eine Definition schadensrelevanter Mechanismen mit dem Ziel einer betriebssichere Auslegung und der Reduktion der CO2 Emission durch Minimierung der Reibleistung. 

Kernziele des Vorhabens sind - Definition schadensrelevanter Mechanismen der Kolbenbolzenlagerung - betriebssichere Auslegung und der Reduktion der CO2-Emission durch Minimierung der Reibleistung

Fördermittelgeber FVV-EM - FVV-Projekte mit EigenmittelFörderung BMWi/AiF – Bundesministerium für Wirtschaft und Energie/Arbeitsgemeinschaft industrielle Forschungsvereinigungen

Projektlaufzeit 01.11.2014 bis 31.05.2018

Projektpartner - Federal-Mogul Wiesbaden GmbH Herr Dr. Uwe Lehmann - FVV-Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. - Uni Kassel Institut für Antriebs- & Fahrzeugtechnik Maschinenelemente und Tribologie, FB15 Herr Prof. Dr.-Ing. Adrian Rienäcker

Ansprechpartner

Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Herr Dr.-Ing. Philipp

Dr.-Ing. Kevin Huttinger

Telefon +49 711 685-65913

Reibleistungsminimierung durch lokales Öl-Thermomanagement

Im realen Straßenverkehr oder auch im NEFZ-Zyklus werden Pkw- und Lkw-Motoren nur bei moderaten Lasten und Drehzahlen betrieben. Die unter diesen Betriebsbedingungen sich einstellenden Öltemperaturen liegen daher weit unter den maximal zulässigen Temperaturen, die bei der betriebsfesten Auslegung der Motoren zu Grunde lag. Durch die niedrigeren Öltemperaturen sind aber die Ölviskositäten weit höher als die minimal zulässigen Viskositäten. Dadurch bedingt stellen sich höhere hydrodynamische Reibungsverluste ein, als für den Betrieb mit maximaler Öltemperatur. Aufgrund der niedrigen Lasten (Zylinderdrücken), in den betrachteten Betriebsbereichen, ist der Mischreibungsanteil gering, so dass diese Aussage auch noch weitgehend für die Summe von hydrodynamischen und Mischreibungsverlusten gilt. Durch ein vom Betriebszustand (Zylinderdruck, Drehzahl, etc.) abhängige, kontrollierte Regelung der Ölzufuhrtemperatur soll den Lagerstellen für "moderate Betriebszustände" Öl mit erhöhter Temperatur zugeführt werden. Konstruktiv ist dafür zu sorgen, dass sofort mit Änderung des Betriebszustandes die Lagerstellen mit kühlerem Öl versorgt werden. Ziel des Vorhabens soll u.a. sein, die Reibleistungsreduzierung zu messen und experimentell nachzuweisen.

Kernziele des Vorhabens sind - Messung und experimenteller Nachweis der Reibleistungsreduzierung. - Nachweis einer schnellen Umschaltung auf eine Ölversorgung mit niedrigeren Temperaturen.

Fördermittelgeber BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie/Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

 

Projektlaufzeit 01.01.2014 bis 31.12.2016

Projektpartner Institut für Antriebs- und Fahrzeugtechnik (iaf), Lehrstuhl Maschinenelemente und Tribologie, Universität Kassel Prof. Dr.-Ing. A. Rienäcker Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. (FVV, Frankfurt) Obmann: Herr Dr. H. Stoffels, Ford Werke GmbH

Ansprechpartner

Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Herr Dr.-Ing. U. Philipp

Dr.-Ing.  Wolfgang Gross

Telefon +49 711 685-68071

Messtechnische Erfassung von verbrennungsinduzierten Eigenschwingungen innerhalb der Kurbetriebskomponenten eines DI-Dieselmotors

Moderne Brennverfahren weisen mittlerweile, unabhängig vom verwendeten Kraftstoff, sehr hohe Verbrennungsspitzendrücke und damit auch enorme Druckanstiegsgradienten auf. Diese fungieren als impulsähnliche Anregung und führen zu Eigenschwingungen der hydrodynamisch gekoppelten Kurbeltriebkomponenten Kolben, Pleuel und Kurbelwelle, welche über Kurbelgehäuse und Ölwanne einen merklichen Beitrag am abgestrahlten Luftschall von Verbrennungsmotoren leisten. Unter Verwendung von unterschiedlichen, teilweise speziell entwickelten, Messtechniken konnten verbesserte sowie neuartige Messgrößen, innerhalb dieses sogenannten inneren Körperschallleitwegs, ermittelt werden. In einer ersten Messreihe wurde hierbei eine gängige Art der Erfassung von Körperschall mittels Beschleunigungsaufnehmer, durch direkt am Pleuelschaft applizierte HalbleiterDehnungsmessstreifen, ergänzt. Diese ermöglichen, übertragen über eine Kabelschwinge, die Erfassung von Bauteilschwingungen mit der notwendigen Empfindlichkeit sowie Bandbreite, kombiniert mit minimalem Sensorgewicht, direkt am zentralen Bauteil. Da thermische Randbedingungen im Kurbeltrieb einen signifikanten Einfluss auf die Kontaktkräfte der hydrodynamischen Lagerungen aufweisen ist vor allem der Kontakt zwischen Kolben und Zylinder von akustischem Interesse. Eine Temperaturerfassung von Kolben und Zylinder zur Bestimmung der Warmkonturen dieser Bauteil stellt die zweite Messreihe dar. Unter Einsatz eines Telemetriesystems konnte eine ausreichende Anzahl an Kolbentemperaturen während des Motorbetriebs gemessen werden. In der letzten Messreihe ist mit einer kombinierten Spaltweitenmessung, eine im Motorenbereich neuartige Methode, zur Bestimmung der Dicke des Ölfilms in hydrodynamischen Lagerungen entwickelt worden. Hierbei werden jeweils zwei Abstandsensoren mit unterschiedlichen Messprinzipien an einer Messposition kombiniert und miteinander verrechnet. An vier Stellen im Zylinder appliziert ist das Ergebnis eine prozentuale Ölfüllung des drucklosen Schmierspalts zwischen Kolben und Zylinder und damit eine verbesserte Aussagefähigkeit über das Dämpfungsverhalten der hydrodynamischen Lagerung.

Kernziele des Vorhabens sind:  Bestimmung des Eigenschwingungsverhaltens der Kurbeltriebkomponenten sowie einer zusammengebauten Konfiguration für einen Zylinder mittels experimenteller Modalanalyse  Ermittlung der Bauteilschwingungen im befeuerten Betrieb sowie der dynamischen Kontaktkräfte in den Koppelstellen des inneren Körperschallleitweg durch die Verwendung von Halbleiter-Dehnungsmessstreifen  Erfassung von Bauteiltemperaturen von Kolben und Zylinder während des Betriebs zur Bestimmung der Warmkonturen im Kolben-Zylinder-Kontakt  Entwicklung einer Messmethode zur Erfassung der Ölfüllung im drucklosen Schmierfilm zwischen Kolben und Zylinder

Fördermittelgeber Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF)

Abgeschlossene Projekte

Abgeschlossene Projekte

Projektsteckbrief BIPoLplus

Projektlaufzeit: 3 Jahre

Projektpartner: Daimler - Porsche - EnBW - Bosch - KIT, DLR, IPT Technology

Ansprechpartner

Lehrstuhl Kraftfahrzeugmechatronik

Herr Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss

Herr Dr.-Ing. Grimm 

Dr.-Ing. Dean Martinovic

Telefon  +49 711-685-6852 

Berührungsloses, induktives und positionstolerantes Laden - BIPoLplus

Heutzutage werden batterieelektrische Fahrzeuge in aller Regel konduktiv an den üblichen Haushaltssteckdosen aufgeladen. Dies erfordert ein aktives Handeln des Fahrzeugnutzers. Er muss sein Fahrzeug für den Ladevorgang an der Ladestation manuell kontaktieren bzw. nach Ladeschluss das Ladekabel entfernen. Anzunehmen ist, dass dieser Vorgang ein bzw. mehrmals täglich stattfinden wird, da batterieelektrische Fahrzeuge heute eine begrenzte Reichweite haben und entsprechend häufig aufzuladen sind. Für den Fahrzeugnutzer ist dies ein erheblicher Aufwand und erfordert diszipliniertes Handeln, auch unter eventuell widrigen Bedingungen (schlechtes Wetter, verschmutzte Ladekabel). Batterieelektrische Fahrzeuge können prinzipiell an jeder Steckdose geladen werden. Die maximale Leistung ist i.a. aber auf 3 kW begrenzt, was zur Vollladung einer Fahrbatterie von etwa 20 kWh Kapazität etwa 5 bis 10 Stunden dauert. Dies ist für eine komfortable Nutzung – wenn man es mit heute üblichen verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen vergleicht, nicht wettbewerbsfähig. Außerdem gilt es generell das Nutzerverhalten zu berücksichtigen, der Stecker wird dann zur Hand genommen, wenn notwendig. So ergeben sich höhere Ladehübe pro Ladung mit einer höheren Belastung der Batterie und größeren Belastungen des Stromnetzes. Die tatsächliche Belastung des Netzes hängt dann auch noch von der statistischen Verteilung der Ladevorgänge über die Menge der Elektrofahrzeugnutzer ab. Es sind andere Lösungen notwendig, um dieses Problem zu lösen. Wenn die E-Mobilität einen Beitrag zur Netzintegration dezentraler Einspeiser durch eine Lastverschiebung leisten soll, muss die Ladedauer deutlich unter 10 h liegen und die Ladeleistung entsprechend angepasst werden.
 
Kernziele des Vorhabens sind 
Die Gestaltung einer einfach handhabbaren Ladeinfrastruktur mit ausreichender Leistung für kurze Ladezeiten ist ein Schlüsselfaktor für den wirtschaftlichen Durchbruch der Elektromobilität und ermöglicht durch die Gesamtheit der technologieübergreifenden Innovationen zunächst eine signifikante Verbesserung der Kundenakzeptanz.  Für die Automobilhersteller und die Zulieferindustrie, aber auch für die Energiewirtschaft, eröffnen sich durch die branchenübergreifende Zusammenarbeit neue Geschäftsfelder wie z. B. die Fertigung von Zulieferteilen und Komponenten. Dazu sind technische Grundlagen zu erarbeiten, unter Berücksichtigung der kostenverträglichen Machbarkeit. 
 
Im Projekt werden die Grundlagen für mehrere Teilziele erarbeitet:
 
- Erarbeiten eines System-Lastenheftes für die berührungslose Schnellladung. - Analyse und exemplarische Konzeption der Teilkomponenten primäre Leistungselektronik, Primärspule, Sekundärspule, sekundäre Leistungselektronik. - Aufbau der Funktionsmuster für die primär- und sekundärseitigen Komponenten. - Integration, Inbetriebnahme und Applikation der infrastrukturseitigen und der fahrzeugseitigen Komponenten. - Messtechnische Bewertung des Funktionsmusters unter Berücksichtigung einschlägiger Normen und Vorschriften. - Entwicklung eines Fahrerassistenzsystems zum Auffinden der Ladespule. - Inbetriebnahme, Netzintegration und Praxistest des kompletten Ladesystems.
 
Weitere Ziele im Projekt: Herausarbeiten von Kriterien zur Sicherstellung der Interoperabilität verschiedener Systeme zur Vorbereitung der Standardisierung durch begleitende Simulation und Studien, unter anderem die Erfassung der Anforderungen zur Konzeption einer Ladespur, auf der mehrere Fahrzeuge in vorrückender Fahrweise geladen werden. Hierzu werden intelligente Systeme zur optimierten Netzbetriebsführung konzipiert und evaluiert.
 
Projektförderung Fördermittelgeber  Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projektsteckbrief: ownGRID

Projektlaufzeit: 2016 bis 2018

Projektpartner - Vector Stiftung

Kraftfahrzeugmechatronik

Herr Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss 

Dr.-Ing. Thomas Riemer

Telefon +49 711 685-68131

ownGRID – Elektromobilität als lokale Speicherlösung durch Smartgridoptimierung

Ziel des Projektes ownGRID ist es, ganzheitlich optimierte Betriebsstrategien für lokale Netze, die die stationären Verbraucher (Privathaushalt), einen regenerativen Energieerzeuger (PV-Anlage), ein Elektrofahrzeug und Batteriespeicher (im Fahrzeug und stationär) umfassen, zu entwerfen um diese Netze kosten- und energieoptimal zu betreiben. Durch die intelligente Nutzung der vorhandenen Energiespeicherkapazitäten, also durch Rückspeisung von Energie aus dem geladenen Stationärspeicher ins lokale Netz oder das Laden des Elektrofahrzeuges während Phasen in denen ein Solarstromertrag anfällt, lässt sich die Autarkiequote, unter Gewährleistung der Randbedingungen Mobilitätsbedarf und Verschleiß, erhöhen und somit sowohl monetäre wie auch ökologische Vorteile erreichen. Darüber hinaus werden zukünftige Wetter- und Fahrprognosen verwendet, um das Netz intelligenter und angepasst auf die zukünftige Situation regeln zu können. Kernziele des Vorhabens sind - Entwurf einer ganzheitlich optimierten Betriebsstrategie für lokale Netze. - Kosten- und energieoptimaler Betrieb der Netze unter Berücksichtigung der Randbedingungen. - Berücksichtigung von Wetterprognosen, gelernte Verbrauchsmuster des Hauses und dem Mobilitätsbedarf des Elektrofahrzeugs.

Projektförderung Fördermittelgeber Vector Stiftung

 

Projektlaufzeit: 2016 bis 2018

Projektpartner - Vector Stiftung

Kraftfahrzeugmechatronik

Herr Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss 

Dr.-Ing. Thomas Riemer

Telefon +49 711 685-68131

ownGRID – Elektromobilität als lokale Speicherlösung durch Smartgridoptimierung

Ziel des Projektes ownGRID ist es, ganzheitlich optimierte Betriebsstrategien für lokale Netze, die die stationären Verbraucher (Privathaushalt), einen regenerativen Energieerzeuger (PV-Anlage), ein Elektrofahrzeug und Batteriespeicher (im Fahrzeug und stationär) umfassen, zu entwerfen um diese Netze kosten- und energieoptimal zu betreiben. Durch die intelligente Nutzung der vorhandenen Energiespeicherkapazitäten, also durch Rückspeisung von Energie aus dem geladenen Stationärspeicher ins lokale Netz oder das Laden des Elektrofahrzeuges während Phasen in denen ein Solarstromertrag anfällt, lässt sich die Autarkiequote, unter Gewährleistung der Randbedingungen Mobilitätsbedarf und Verschleiß, erhöhen und somit sowohl monetäre wie auch ökologische Vorteile erreichen. Darüber hinaus werden zukünftige Wetter- und Fahrprognosen verwendet, um das Netz intelligenter und angepasst auf die zukünftige Situation regeln zu können. Kernziele des Vorhabens sind - Entwurf einer ganzheitlich optimierten Betriebsstrategie für lokale Netze. - Kosten- und energieoptimaler Betrieb der Netze unter Berücksichtigung der Randbedingungen. - Berücksichtigung von Wetterprognosen, gelernte Verbrauchsmuster des Hauses und dem Mobilitätsbedarf des Elektrofahrzeugs.

Projektförderung Fördermittelgeber Vector Stiftung

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