21. Internationales Stuttgarter Symposium
Automobil- und Motorentechnik
- 2021
- Buch
- Herausgegeben von
- Prof. Dr. Michael Bargende
- Prof. Dr. Hans-Christian Reuss
- Prof. Dr. Andreas Wagner
- Buchreihe
- Proceedings
- Verlag
- Springer Fachmedien Wiesbaden
Über dieses Buch
Band II
In einer sich rasant verändernden Welt sieht sich die Automobilindustrie fast täglichmit neuen Herausforderungen konfrontiert: Der problematischer werdende Rufdes Dieselmotors, verunsicherte Verbraucher durch die in der Berichterstattungvermischte Thematik der Stickoxid- und Feinstaubemissionen, zunehmendeKonkurrenz bei Elektroantrieben durch neue Wettbewerber, die immer schwierigerwerdende öffentlichkeitswirksame Darstellung, dass ein großer Unterschiedzwischen Prototypen, Kleinserien und einer wirklichen Großserienproduktion besteht.Dazu kommen noch die Fragen, wann die mit viel finanziellem Einsatz entwickeltenalternativen Antriebsformen tatsächlich einen Return of Invest erbringen, wer dienotwendige Ladeinfrastruktur für eine Massenmarkttauglichkeit der Elektromobilitätbauen und finanzieren wird und wie sich das alles auf die Arbeitsplätzeauswirken wird.Für die Automobilindustrie ist es jetzt wichtiger denn je, sich den Herausforderungenaktiv zu stellen und innovative Lösungen unter Beibehaltung des hohenQualitätsanspruchs der OEMs in Serie zu bringen. Die Hauptthemen sind hierbei,die Elektromobilität mit höheren Energiedichten und niedrigeren Kosten der Batterienvoranzutreiben und eine wirklich ausreichende standardisierte und zukunftssichereLadeinfrastruktur darzustellen, aber auch den Entwicklungspfad zum schadstofffreienund CO2-neutralen Verbrennungsmotor konsequent weiter zu gehen. Auch dasautomatisierte Fahren kann hier hilfreich sein, weil das Fahrzeugverhalten dann –im wahrsten Sinne des Wortes - kalkulierbarer wird.Dabei ist es für die etablierten Automobilhersteller strukturell nicht immer einfach,mit der rasanten Veränderungsgeschwindigkeit mitzuhalten. Hier haben Start-upseinen großen Vorteil: Ihre Organisationsstruktur erlaubt es, frische, unkonventionelleIdeen zügig umzusetzen und sehr flexibel zu reagieren. Schon heute werdenStart-ups gezielt gefördert, um neue Lösungen im Bereich von Komfort, Sicherheit,Effizienz und neuen Kundenschnittstellen zu finden. Neue Lösungsansätze,gepaart mit Investitionskraft und Erfahrungen, bieten neue Chancen auf dem Weg derElektromobilität, der Zukunft des Verbrennungsmotors und ganz allgemein für dasAuto der Zukunft.
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Inhaltsverzeichnis
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Frontmatter
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E/E-Architecture
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Frontmatter
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Mercedes “S-Class” Powernet Architecture
Michel Weber, Thomas Mundinger, Ferdinand von Kageneck, Marius-Florin Buciuman, Fridolin HäuserDer Fachbeitrag behandelt die revolutionäre Powernet-Architektur der Mercedes-Benz S-Class, die eine systematische Optimierung der elektrischen Versorgungssysteme im Fahrzeug darstellt. Im Mittelpunkt steht die Integration von 12V und 48V Systemen, die durch den Einsatz eines integrierten Startergenerators und eines effizienten DC/DC-Konverters eine maximale Verfügbarkeit und Effizienz elektronisch gesteuerter Funktionen gewährleisten. Die 48V Powerpack, ein zentrales Element dieser Architektur, vereint Batterie und DC/DC-Konverter in einem kompakten Design und ermöglicht eine optimale Energieverteilung. Weitere Innovationen wie das 48V Chassis E-ACTIVE BODY CONTROL und die Reduzierung der Abhängigkeit von der 12V Batterie tragen zur Effizienzsteigerung und Gewichtsreduktion bei. Die Einführung von neuen, kundenorientierten Fahrzeugzuständen und die Nutzung von Partial Networking zur Energieoptimierung zeigen, wie Mercedes-Benz die Zukunft der Automobiltechnik gestaltet. Diese Innovationen bieten nicht nur mehr Komfort und Sicherheit, sondern auch eine beispiellose Effizienz und Zuverlässigkeit der elektrischen Systeme.KI-Generiert
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AbstractThe brand-new S-Class is the beacon of automotive luxury, which addresses evolving customer expectations and technical opportunities. We enter into a new era in the automotive Powernet domain. Optimization in both power availability and drive hybridization, as well as new features such as partial networking characterize the highly integrated state-of-the-art Mercedes powernet. The new S-Class offers heightened energy efficiency and increased reliability for further automation of driving and vehicle features. The systematically optimized E/E network architecture for the 2020 S-Class maximizes the availability of automotive electronics innovations. Mercedes-Benz further enhances the energy-efficient and cost-effective power supply with the improved 48V system. It prepares for the latest driver assistance and automation systems with a fail-safe 12V power supply. Furthermore, a new vehicle feature experience is defined before and after driving with a “Living” powernet. Since the initial launch in the 222 predecessor, the fully integrated 12V and 48V power network system increases the energy availability for additional comfort and chassis innovations with consumption-reducing EQ hybrid features culminating in the realization of the 223 model. -
A Cross-domain System Architecture Model of Dynamically Configurable Autonomous Vehicles
Tarık Şahin, Christian Raulf, Volkan Kızgın, Tobias Huth, Thomas VietorDer Beitrag beleuchtet die zukünftigen Mobilitätskonzepte, die durch hochgradig automatisierte und flexible Fahrzeuge geprägt sein werden. Dynamisch konfigurierbare autonome Fahrzeuge (DCAV) bieten autonomes Fahren und Anpassungsfähigkeit an wechselnde Nutzungsszenarien. Die Herausforderung bei der Entwicklung dieser Fahrzeuge liegt in der hohen Komplexität des Entwicklungsprozesses, die durch die Vielfalt und Veränderlichkeit der Nutzeranforderungen sowie die interne Vielfalt des Systems verursacht wird. Model-based Systems Engineering (MBSE) wird als Ansatz vorgestellt, um diese Komplexität zu bewältigen. Der Beitrag präsentiert ein cross-domain Systemarchitekturmodell, das die Entwicklung von DCAV unterstützt. Es wird gezeigt, wie dieses Modell verschiedene Perspektiven auf unterschiedlichen Systemebenen bietet und die Transparenz und Handhabbarkeit von Entwicklungsdaten in multidisziplinären Engineering-Umgebungen verbessert. Die Anwendung des MBSE-Ansatzes ermöglicht eine strukturierte Dokumentation, Handhabung und Kommunikation von Entwicklungsdaten, was besonders in der Entwicklung komplexer Systeme wie DCAV von Vorteil ist.KI-Generiert
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AbstractThe development of a dynamically configurable autonomous vehicle is subject to a high degree of complexity. This complexity is further intensified by usually domain-specific thinking and document-based development, leading to difficulties in managing the development processes. Therefore, there is a need for manageable and cross-domain approaches in the development of vehicle systems. For this purpose, Model-based Systems Engineering (MBSE) proposes an approach for modeling systems architectures with the necessary views for the development of vehicles. This contribution presents accordingly a cross-domain system architecture model in the sense of MBSE using the example of a dynamically configurable autonomous vehicle (DCAV) and highlights the resulting advantages for the development process. A DCAV includes an electrically and autonomously driven platform and exchangeable add-on capsules for different use cases. The system architecture model provides here a development environment where requirements on the DCAV, its behavior, and structure as well as their interrelations are described, structured, and unified at several levels for different use cases (e.g. passenger transport). In this way, a comprehensive basis for various development activities (e.g. function-oriented modularisation) is established, which at the same time indicates the great potential of system architecture models for the development of future vehicles. -
Analysis and Modeling of Future Electric/Electronic Architectures for Modular Vehicles Concepts
Marc Schindewolf, Houssem Guissouma, Eric SaxDer Beitrag untersucht die zukünftigen elektrischen/elektronischen Architekturen (E/E-A) für modulare Fahrzeugkonzepte. Es werden die Haupttrends der Elektromobilität, des automatisierten und vernetzten Fahrens sowie der Over-The-Air-Updates analysiert. Diese Trends erfordern eine Anpassung der bestehenden E/E-A, um die spezifischen Anforderungen modularer Fahrzeuge zu erfüllen. Ein service-orientiertes Architekturmodell wird vorgestellt, das eine flexible und sichere Integration der verschiedenen Module und Funktionen ermöglicht. Besondere Herausforderungen liegen in der Energiekopplung, der dynamischen Anpassung der Fahrfunktionen und der Sicherheit der Kommunikationsschnittstellen. Der Beitrag schließt mit einer Diskussion der Vorteile des service-orientierten Ansatzes im Vergleich zu klassischen signal-orientierten Architekturen und skizziert zukünftige Forschungsrichtungen.KI-Generiert
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ZusammenfassungIn addition to the megatrends electrification, automation and connectivity, the whole mobility business model is experiencing substantial transformation through increasing car sharing services, less individual traffic and introducing new environmental protection measures. This leads to new modular vehicle concepts. These new modular and reconfigurable vehicle concepts should also consider the new trends such as automated/autonomous driving, connected vehicles and OTA updates. In addition, high security and safety requirements must be fulfilled. All this leads to an increasing complexity of the Electric/Electronic architecture (E/E-A) for modular vehicles. The adaptation of the existing approaches in the E/E-A design to those becomes challenging especially regarding the aspect of distributed and integrated E/E modules in different vehicle parts. We analyzed existing concepts for E/E-A design targeting the mentioned new trends and showed their limits for application in modular vehicle concepts. Based on that, we conducted a gap analysis to cover the needs for the considered aspects and integrated the results in a generic E/E-A model consisting of drive module, additional vehicle parts and cloud/infrastructure module. The resulting architecture is based on modular distributed services leading to a seamless service-oriented architecture which is able to handle the new challenges.
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Hydrogene + Methane
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Redefining the Requirements for Hardware Development and Simulation for DI-H2 Combustion Engines
Thomas Ebert, Gidion Maniezki, Roberto-Fabio NobileDer Beitrag behandelt die Notwendigkeit, die Anforderungen für die Entwicklung und Simulation von Hardware für H2-Verbrennungsmotoren im schweren Nutzfahrzeugbereich neu zu definieren. Mit dem Hintergrund der zunehmenden Klimaveränderung und den strengeren Umweltvorschriften der EU, insbesondere im Hinblick auf CO2-Emissionen, wird die Bedeutung von emissionsfreien Antriebstechnologien hervorgehoben. Der Fokus liegt auf der H2-Direkteinspritzung (H2-DI), die als vielversprechende Alternative zu Batterie-Elektrofahrzeugen (BEV) und Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (FCEV) diskutiert wird. Die spezifischen Herausforderungen und Vorteile der H2-DI-Technologie werden detailliert analysiert, einschließlich der Unterschiede in der Injektionsstrategie und den Anforderungen an die Injektorsysteme. Die Studie zeigt, dass H2-DI-Systeme aufgrund ihrer höheren spezifischen Leistung und Effizienz besonders attraktiv für den schweren Nutzfahrzeugbereich sind. Die Untersuchungen umfassen experimentelle und numerische Analysen zur Optimierung der Injektorsysteme, einschließlich der Betrachtung von Strömungsdynamik und thermischer Management. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass H2-DI-Motoren eine realistische und wirtschaftliche Lösung für die Reduzierung von CO2-Emissionen im schweren Nutzfahrzeugbereich darstellen.KI-Generiert
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AbstractClimate change is a major challenge not only to Europe but the entire world. To cope with this threat, the European as well as other EU member countries – i.e., Germany – introduced substantial environmental protection regulations. On the EU level, this is called the “Green Deal”, providing an action plan to accelerate the use of renewable resources and hence, “moving to a clean, circular economy, restoring biodiversity and cut pollution”, ultimately reducing net emission to 0 by 2050 [27, 28]. -
Review of State of the Art and Future Options of Hydrogen Storage Systems for Internal Combustion Engines with Direct Fuel Injection for Use in Heavy Duty Vehicles
Richard Trott, Ingo FriedrichDer Beitrag untersucht den aktuellen Stand und zukünftige Optionen von Hydrogenstoragesystemen für Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung in schweren Nutzfahrzeugen. Es wird die Verwendung von Wasserstoff als emissionsfreier Kraftstoff für schwere Nutzfahrzeuge diskutiert und die Vorteile von Wasserstoffverbrennungsmotoren im Vergleich zu Brennstoffzellen beleuchtet. Ein besonderer Fokus liegt auf der Effizienzsteigerung durch hohen Einspritzdruck und den Methoden zur Druckerzeugung. Verschiedene Technologien zur Druckerzeugung, wie elektrische, pneumatische oder gasbetriebene Kompressoren, sowie Kryopumpen und Wärmeübertrager, werden analysiert. Die Auswirkungen dieser Technologien auf die Effizienz und den Gesamtwirkungsgrad der Fahrzeuge werden detailliert untersucht. Der Beitrag schließt mit einem Ausblick auf zukünftige Forschungsrichtungen und die Notwendigkeit einer umfassenden Analyse der Gesamtkosten und des Lebenszyklus der verschiedenen Technologien.KI-Generiert
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AbstractCurrently there is an intensive discussion about the use of hydrogen for mobile applications in particular for heavy-duty vehicles. Here, the focus is also on the integration of internal combustion engines into road vehicles and construction machinery. For maximizing engine efficiency and power density direct injection is generally speaking the favorable option for hydrogen combustion engines, although direct hydrogen injection is in a relatively early development stage and it imposes the demand of high supply pressure on the supply system.This paper focusses on possible supply system solutions that are suitable for supplying an ICE (internal combustion engine) with high gas pressures suitable for DI (direct injection). Gaseous and liquid hydrogen storage options that are relatively mature today as well as possible future innovative approaches are reviewed and necessary changes for supply of high pressure in all operational scenarios are presented. The additional efforts are evaluated and quantified in terms of package volume, weight, cost and impact of overall drivetrain efficiency.The components used in each technical solution will be described regarding their functionality; the options of pressurization techniques mentioned above will be explained and finally an outlook on potentially beneficial combinations of hydrogen storage system for supply of high pressure and highly efficient hydrogen DI ICE is presented. -
Significance of Synthetic Methane for Energy Storage and CO2 Reduction in the Mobility SectorDimopoulos
Florian Kiefer, Karin Schröter, Panayotis Dimopoulos Eggenschwiler, Christian BachDer Beitrag beleuchtet die Signifikanz von synthetischem Methan für die Energiespeicherung und CO2-Reduktion im Mobilitätssektor. Es wird die Herausforderung der Reduktion von Treibhausgasemissionen im Energie- und Transportsektor diskutiert und Lösungen wie die Elektrifizierung des Individualverkehrs und die Substitution fossiler Brennstoffe durch biogene und synthetische Energieträger vorgestellt. Ein Schwerpunkt liegt auf der Bewertung der Power-to-Gas-Technologien Power-to-Hydrogen und Power-to-Methane, wobei letzteres als SNG bekannt ist. Die Studie vergleicht die Verfügbarkeit, Lagerung und Handhabung der Brennstoffe sowie die Flexibilität und Effizienz der Systeme. Besonders hervorgehoben wird die detaillierte Analyse der technischen und energetischen Aspekte der Methanproduktion und die Bewertung verschiedener Reaktorkonzepte. Die Ergebnisse zeigen, dass synthetisches Methan aufgrund seiner höheren Speicherdichte und bestehender Infrastruktur Vorteile bietet, aber auch höhere CO2-Emissionen im Vergleich zu Wasserstoff aufweist. Die Studie schließt mit einer Analyse der Auswirkungen auf die CO2-Emissionen eines Fahrzeugfuhrparks und zeigt, dass die Substitution von 25% der Fahrzeuge mit SNG-betriebenen Fahrzeugen zu einer Reduktion der CO2-Emissionen um 17,6% führt.KI-Generiert
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AbstractThe introduction of synthetic fuels is one approach to reducing CO2 emissions in the transport sector. In this context, synthetic methane is promising due to the high degree of development of the technology and easy substitution in the vehicle fleet. In particular, the existing infrastructure including gas grid, gas storage, and filling stations as well as existing trade mechanisms allow a comparatively fast substitution of fossil natural gas by synthetic methane for light and heavy duty vehicles. This study discusses the direct potential for substitution of parts of the newly registered vehicle fleet with gas vehicles, fueled with synthetic methane, and compares it to the potential of using fuel cell electric vehicles relying on hydrogen. The production path of hydrogen and synthetic methane is analyzed with respect to electricity demand and overall associated CO2 emissions. The result is an estimate of the well-to-wheel CO2 emissions of vehicles fueled with hydrogen or synthetic methane.
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Test II
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Concept for the Automatic Generation of Individual Test Sequences Verified by Artificial Intelligence Algorithms.
Ralf Lutchen, Andreas Krätschmer, Hans Christian ReussDas Kapitel behandelt ein innovatives Konzept zur automatischen Generierung von Testsequenzen für Fahrzeug-ECUs, die durch KI-Algorithmen verifiziert werden. Es wird die zunehmende Komplexität der Fahrzeugentwicklung aufgrund der steigenden Anzahl von Funktionen und Control Units (ECUs) thematisiert. Das vorgestellte Konzept zielt darauf ab, die hohe Anzahl an Testsequenzen zu reduzieren und die Durchlaufzeit zu optimieren. Durch die Nutzung von KI-Algorithmen können globale Testprozeduren automatisch erstellt und an die spezifischen Anforderungen der Fahrzeuge angepasst werden. Dies ermöglicht eine effizientere und genauere Diagnose, ohne dass Experten vor Ort sein müssen. Weiterhin wird die Notwendigkeit einer sicheren Datenverwaltung und -speicherung diskutiert, insbesondere durch den Einsatz von Blockchain-Technologien. Die Anwendung von KI zur Optimierung der Testsequenzen und zur personalisierten Anpassung an die Bedürfnisse der Nutzer wird ebenfalls detailliert beschrieben. Das Kapitel schließt mit einem Ausblick auf zukünftige Anwendungen und Verbesserungen, die durch die Implementierung dieser Technologien möglich werden.KI-Generiert
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AbstractIn vehicle development, more and more test sequences (diagnostic scripts) are established for function testing of individual components, systems and cross-functional methods. Due to decentralization and the modular approach, modern development vehicles consist of different numbers of electronic control units (ECU). The high number of ECUs in purpose and number pose a challenge for test creation and updating.The ECU software is also developed in cycles within the vehicle cycle. This also results in a very high software variance. This variance leads to the fact that in the vehicle development with global test conditions only one works. The vehicle structure (ECU and their software status) is uncertain, so errors and a longer script runtime must be expected during test execution.Due to this initial situation a concept was developed, which excludes the individual vehicle structure (global pattern) and verifies and stores this supported by an Artificial Intelligence (AI) database. This ensures traceability of the vehicle body at all times. In addition, it is possible to create individualized test sequences for each vehicle and to keep them up to date. Furthermore, the AI is able to identify the user and to generate person-specific test sequences. Finally, the AI evaluates the quality of the measured values in order to provide the ECU developer with a tool to detect discrepancies. -
Acceleration of ECU-Development by Using Connected Mixed Reality Environments
Franz Dengler, Bruno Eichler, Abduelkerim DagliDer Fachbeitrag behandelt die Herausforderungen und Lösungen in der Entwicklung von Steuergeräten (ECUs) in der Automobilindustrie. Mit der zunehmenden Bedeutung von Softwarefunktionen wie autonomes Fahren und der Notwendigkeit, neue Funktionen in kürzeren Zyklen zu entwickeln, wird die traditionelle V-Modell-basierte Teststrategie als unzureichend angesehen. Der Einsatz von Connected Mixed Reality (CMR) bietet eine innovative Lösung, die es ermöglicht, Testumgebungen flexibel zu konfigurieren und sowohl reale als auch simulierte Komponenten zu integrieren. Diese Ansätze ermöglichen eine erhebliche Beschleunigung der Entwicklungs- und Testprozesse, während gleichzeitig die Qualität und Effizienz gesteigert werden. Der Beitrag beschreibt detailliert die Vorteile von CMR-Umgebungen, einschließlich der Möglichkeit, Testsetups automatisch zu konfigurieren und zu verwalten, sowie die Integration von Cloud-basierten Simulationen. Besondere Aufmerksamkeit wird der Softwarelösung NovaCarts Virtual geschenkt, die real- und cloudbasierte HiL-Simulationen ermöglicht und somit die Entwicklungszyklen erheblich verkürzt. Der Beitrag schließt mit einer Betrachtung der zukünftigen Entwicklungen und der Möglichkeiten, die CMR-Umgebungen für die Automobilindustrie bieten.KI-Generiert
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AbstractThe automotive industry is facing a profound transformation: New functions such as autonomous driving lead to a continuous increase in the complexity of vehicles and the dynamics of development.One solution to face the according challenges for automotive testing is the use of Connected Mixed Reality (CMR). This involves test environments consisting of real and simulated components. The CMR approach combines the strengths of classic HiL systems with the advantages of virtualization solutions.Modern CMR environments are characterized by the following features:-
Modularization and standardization of all test components (models, ECU setups, environmental simulations)
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Dynamic configuration of test setups consisting of real ECUs and virtual components
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Real-time operation from the cloud with real ECUs
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Common integrated operation of best-in-class solutions
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Support of interface standards
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Middleware for coupling best-in-class components
The combination of CMR environments with Continuous Integration Systems will allow test cycles to be shortened to an unprecedented extent. An automated triggered test during the check-in of a component will be possible. This contribution presents the current status of the CMR approach in MicroNova’s NovaCarts platform. The focus will be on experiences with the introduction of real-time operation in mixed cloud environments. -
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Automized Testing - Support of the Testcase Generation & Assessment Using Systems Engineering
Peter Ebner, Michael Maletz Schneider, Richard Schneider, Martin Ringdorfer, Gerald TeuschlDas Kapitel behandelt die Herausforderungen und Lösungen zur Automatisierung der Testgenerierung und -bewertung in der Powertrain- und Fahrzeugentwicklung. Mit der Einführung von Elektrifizierung und leistungsstarken E/E-Architekturen steigt die Komplexität der Systeme, während gleichzeitig der Zeit- und Kostendruck zunimmt. AVL präsentiert einen Ansatz basierend auf Systems Engineering, der bereits in der frühen Entwicklungsphase beginnt und durch systematische Sammlung und Beschreibung von Anforderungen und technischen Lösungen die Effizienz und Effektivität der Verifizierungs- und Validierungsphase erhöht. Besondere Aufmerksamkeit wird der Verwendung von SysML zur automatischen Generierung von Testfällen und der Integration von Data Science Methoden zur kontinuierlichen Überwachung der Systemreife geschenkt. Die Einführung von Over-the-Air (OTA) Updates und die Notwendigkeit, Testprogramme in verschiedenen Entwicklungsphasen zu unterstützen, werden ebenfalls detailliert behandelt. Der Beitrag zeigt, wie eine strukturierte und konsistente Beschreibung des Produkts und der Verifizierungs- und Validierungsprogramme die Automatisierung der gesamten Testphase ermöglicht und die Systemreife kontinuierlich überwacht.KI-Generiert
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AbstractWithin powertrain system development, testing has a major impact on development duration and cost. The introduction of new technologies, strongly driven by electrification, customization and connectivity, leads to increased testing effort.The paper will present a method based on systems engineering (introducing a systematic description of the powertrain using SysML and a systematic collection and management of the requirements).This enables to introduce automation for testcase generation as well as test automation and the judgement of test results. The whole process of “testing” could be finally automized.
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Vehicle Attributes II
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A Hybrid Approach using an Adaptive Waypoint Generator for Lane-changing Maneuver on Curved Roads
Qianwei Yang, Qihang Shi, Mustafa Saraoğlu, Klaus JanschekDer Fachbeitrag beschäftigt sich mit den Herausforderungen und Lösungen für sichere und komfortable Fahrmanöver auf gekrümmten Straßen für autonome Fahrzeuge. Ein zentrales Thema ist die Entwicklung eines hybriden Ansatzes, der eine adaptive Wegpunktgenerierung und ein diskretes Verhaltensmodell kombiniert. Dieser Ansatz zielt darauf ab, die Sicherheit und den Komfort bei Fahrmanövern zu optimieren, insbesondere bei komplexen Straßengeometrien wie Kurven. Die Verwendung des Frenet-Koordinatensystems und die Integration von Modellen zur Trajektorienplanung und Verhaltenssteuerung sind wesentliche Bestandteile der Lösung. Der Beitrag untersucht auch die Anpassung der Steuerungsparameter, um die Genauigkeit der Fahrzeugsteuerung zu verbessern und ein sicheres und komfortables Fahrerlebnis zu gewährleisten. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Evaluierung der Sicherheit und des Komforts durch die Verwendung von Kostenfunktionen, die verschiedene Sicherheitsmetriken berücksichtigen. Die vorgestellten Methoden und Algorithmen werden durch Simulationen und Fallstudien validiert, die die Effektivität und Vorteile des hybriden Ansatzes demonstrieren. Insgesamt bietet der Beitrag innovative Lösungen und tiefgehende Analysen, die das Verständnis und die Entwicklung sicherer und komfortabler Fahrmanöver für autonome Fahrzeuge vorantreiben.KI-Generiert
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ZusammenfassungUnsuitable lane-change maneuvers are one of the most common potential safety risks in traffic. Nevertheless, it is a maneuver that must be executed carefully by both human drivers and self-driving cars. Developing a suitable automated driving algorithm for self-driving cars to address the lane changing problem is not straightforward because the problem can only be stated as a high dimension problem with many variables and parameters. Therefore, safe driving needs to be assured by optimal trajectory generating algorithms as well as high-level behavioral planners, which assess the safety of the intended behavior and discard the infeasible trajectory candidates. In this paper, a hybrid approach to a behavioral planner algorithm with lane changing behavior using the Frenet coordinate system was developed to solve the lane changing maneuver problem on roads that consist of road segments with different curvature values. The controllers that need to generate the actuator commands according to the reference trajectory cannot always precisely follow the trajectories. Hence, the waypoint generation algorithm has to adapt to the controller and vehicle dynamics. The road structures for the driving scenarios were modeled according to the OpenDRIVE format and were implemented in a model-based traffic simulation environment MOBATSim. The proposed approach is evaluated and demonstrated by the simulating driving scenarios in the same environment. -
New Approach to Friction Estimation with 4WD Vehicle
Smiljana Todorovic, Sven Müller, Jochen Kiebler, Jens Neubeck, Andreas WagnerDer Beitrag behandelt die Entwicklung von AI-Algorithmen zur Schätzung der Reibungskoeffizienten bei 4WD-Elektrofahrzeugen. Diese Algorithmen sind entscheidend für die Sicherheit und Effizienz autonomer Fahrzeuge. Der Fokus liegt auf der Nutzung von Machine-Learning-Techniken, insbesondere auf Basis von Gleitkurven, um verschiedene Fahrbahnbeläge zu klassifizieren und die maximale Reibungskraft zu bestimmen. Die Forschung wurde auf einer realen Testplattform durchgeführt, die speziell für die Entwicklung und Erprobung neuer Technologien konzipiert wurde. Die Ergebnisse zeigen vielversprechende Ergebnisse und weisen auf zukünftige Anwendungen und Verbesserungen hin.KI-Generiert
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AbstractThis research is a part of publicly funded project – FlexCar, which aims to build an autonomous vehicle. The vehicle offers open source software and construction models and should serve as a platform for rapid development and testing of new technologies. The project strives to bring new solutions for future mobility and overcomes some of existing limitations. The FlexCar platform has symmetrical design - it consists of two drive modules and one energy module between them. Both axles are steered, which allows a small turning radius. Furthermore, each wheel is equipped with one electromotor and can be accelerated separately. This can be used as an advantage for slip based friction estimation. Currently, ADAS functions have restrictions due to bad weather or road condition. With a continuous and driver-independent friction information, it would be possible to improve these functions and make a step towards autonomous driving. This paper shows first results from measurements done on the Handling Roadway test rig. Both, longitudinal and lateral slip are observed during accelerating/braking and steering. -
How to Upgrade Vehicles? Release Planning in the Automotive Industry
Tarık Şahin, Luca Köster, Tobias Huth, Thomas VietorDer Beitrag untersucht die Herausforderungen und Möglichkeiten des Fahrzeug-Upgradings in der Automobilindustrie durch Release Planning. Mit der zunehmenden Integration von Software und Elektronik in modernen Fahrzeugen ändern sich die Paradigmen der Produktentwicklung. Traditionelle Release-Strategien, die auf mechanischen Architekturen basieren, werden durch softwareorientierte Ansätze ersetzt. Der Beitrag analysiert die aktuellen Praktiken des Release Planning in der deutschen Automobilindustrie und vergleicht diese mit innovativen Ansätzen wie denen von Tesla. Zudem werden Best Practices aus anderen Branchen, insbesondere der Softwareentwicklung, vorgestellt. Diese Ansätze zeigen, wie durch systematische und proaktive Planung von Produktupgrades der langfristige Wert von Fahrzeugen gesichert werden kann. Der Beitrag schließt mit Empfehlungen für die Implementierung von Release Planning in der Automobilindustrie, um den wachsenden Komplexitäten und Dynamiken der Märkte gerecht zu werden.KI-Generiert
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AbstractAutomotive manufacturers are facing highly dynamic customer demands and shorter life cycles forcing them to continuously upgrade their vehicles by releasing new versions with innovative features. Accordingly, manufacturers have to determine well-conceived release-strategies in order to upgrade existing vehicle models in their portfolio. The influence of accelerated technological progress and the digital transformation of today’s vehicles require novel release strategies in development and use stage of the vehicles. Here, traditional release-strategies of the automotive industry, for instance, by introducing facelifts or special editions, are becoming less effective and very limited compared to other branches such as the software industry. Therefore, this contribution aims to present the current practice of release planning in the automotive industry and the resulting recommendations. For this purpose, a comprehensive study was conducted, analyzing six vehicles from different brands of the upper-range segment in the German automotive industry between the years of 2009–2019 regarding their introduced releases and features as well as their impact on market success. Moreover, interviews were conducted in the automotive industry to gain an overview of the understanding, challenges, needs, and current processes of release planning in practice. Additionally, release strategies and principles from different branches (e.g. smartphone industry) were analyzed and compared. As a result, recommendations for appropriate release planning and strategies to upgrade vehicles were defined for the automotive industry.
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E-Powertrain
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Data-Enhanced Battery Simulator for Testing Electric Powertrains
Philipp Gesner, Richard Jakobi, Philipp Klein, Ivo Horstkötter, Bernard BäkerDer Beitrag beschäftigt sich mit der Entwicklung eines datenbasierten Batteriesimulators zur Testung von Elektroantrieben. Die Transformation hin zu nachhaltiger Mobilität erfordert die Erfüllung strenger Emissionsziele, was die Automobilindustrie dazu zwingt, ihre Fahrzeugflotte zu elektrifizieren. Ein zentraler Aspekt dabei ist die Entwicklung effizienter und kosteneffektiver Batterien, die die Leistungsfähigkeit von Elektrofahrzeugen bestimmen. Der Fokus des Beitrags liegt auf der Verbesserung von Multi-Physics-Modellen und der Ersetzung realer Batterien in Testumgebungen durch den Einsatz von Power Electronics. Diese Methode reduziert Kosten, beschleunigt Tests und erhöht die Sicherheit. Der Simulator besteht aus drei Hauptmodellen: dem elektrischen Verhalten, dem thermischen Verhalten und den Softwarefunktionen des Batteriemanagementsystems (BMS). Diese Modelle sind stark miteinander verknüpft und definieren die Spannungsausgabe und die Betriebsgrenzen der Batterie unter allen Lastbedingungen. Ein datenbasierter Ansatz verspricht eine genauere und realistischere Simulation, insbesondere durch die Kompensation von Schwächen in bestehenden physikalischen Modellen. Der Beitrag stellt einen hybriden Ansatz vor, der die Vorteile physikalischer Modelle mit der Präzision von maschinellem Lernen kombiniert. Dies ermöglicht eine realistischere Abbildung des Batterieverhaltens und erhöht die Zuverlässigkeit der Simulationen. Die Ergebnisse zeigen, dass der datenbasierte Ansatz in der Lage ist, die Genauigkeit der Batteriesimulation erheblich zu verbessern, was insbesondere in der Entwicklung und dem Testen von Elektroantrieben von großer Bedeutung ist.KI-Generiert
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ZusammenfassungBattery simulations are an essential tool for the efficient development of electric powertrains, which require accurate models and reliable hardware. Surprisingly, today’s massively collected measurements are not yet used for realistic and virtual development environments. Among other reasons, handling the large and heterogeneous datasets of automotive batteries still prevents a consequent application. Hence, a data-enhanced electric model of the battery is presented, which relies on a recurrent neural network to compensate the error of a physically-motivated model. Such a hybrid model introduces the high accuracy of machine learning to simulations. Ultimately, it allows a replacement of real batteries with model-based simulators at test benches. The approach is validated based on a comparison of a real battery with a simulator and its different model variants. It is shown, that the data-driven enhancement of existing simulations increases the accuracy while maintaining the robustness of the original model. -
The FKFS High-Performance Electric Powertrain Test Bench
Alfons Wagner, Andreas Krätschmer, Hans Christian ReussDas FKFS hat einen neuen Hochleistungs-Elektroantriebs-Prüfstand (HEP) entwickelt, der speziell für die Anforderungen der Elektromobilität konzipiert wurde. Der Prüfstand ist Teil eines neu eingerichteten Antriebslabors und ermöglicht umfassende Tests und Forschung für elektrische Antriebssysteme. Die Entwicklung des HEP basiert auf einem V-Modell, das eine systematische und interaktive Vorgehensweise bei der Entwicklung und dem Testen von Antriebssystemen gewährleistet. Der Prüfstand ist mit modernsten Technologien ausgestattet, darunter hochdynamische Permanentmagnet-Synchronmaschinen und leistungsstarke Batteriesimulatoren. Besondere Merkmale des HEP sind seine Flexibilität und die Möglichkeit, sowohl einzelne Komponenten als auch komplette Antriebssysteme zu testen. Zudem wird die Nutzung von KI-Methoden zur Optimierung der Testbench-Technologie erforscht, was die Effizienz und Genauigkeit der Tests weiter verbessern soll. Der HEP spielt eine entscheidende Rolle in der Entwicklung von Antriebssystemen für autonome und hochautomatisierte Fahrzeuge, bei denen spezielle Anforderungen an Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit bestehen.KI-Generiert
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AbstractThe Research Institute of Automotive Engineering and Vehicle Engines (FKFS) already operates a range of state-of-the-art specialist test benches for engine and powertrain applications. Its portfolio covers both conventional drives as well as hybrid and battery electric vehicles. To meet demands for more testing capacity with test bench runs for electrified vehicle powertrains – and to comply with the significantly increased requirements for power, torque and especially dynamics – FKFS has planned, built and started operating a new high-performance electric powertrain test bench (HEP). The HEP is a single-axis test bench, characterized by a variable machine layout enabling setup of different drive and powertrain configurations. For example, it is possible to run test specimens consisting of a vehicle’s electric machine, gearbox and driveshafts, with a power of up to 1160 kW. A high-performance battery simulator provides up to 1600 A, with a voltage range from 0 to 1000 V. The portfolio includes back-to-back setups as well as testing of purely mechanical axles for electric vehicles. A highly dynamic drive machine permits speeds of up to 20,000 rpm, with a maximum power of up to 700 kW. This makes it possible to comply with new requirements coming from politics and automotive development, so we can continue to provide reliably tested drives in the future too. -
AI-Based Diagnostic Tool for Offline Evaluation of Measurement Data on Test Benches
Andreas Krätschmer, Ralf Lutchen, Hans Christian ReussDieser Fachbeitrag behandelt die Anwendung von AI-Methoden zur Fehlerdiagnose auf Prüfständen für Antriebsstränge. Es wird ein AI-basiertes Diagnosetool vorgestellt, das automatisch Fehler in Messdaten erkennt und analysiert. Das Tool lernt aus fehlerfreien Messdaten und kann so Abweichungen in fehlerhaften Daten schnell und präzise identifizieren. Es wird detailliert auf die Struktur und Funktionsweise des Diagnosetools eingegangen, sowie auf die verwendeten AI-Methoden und die Vorbereitung der Messdaten. Die Modularität des Tools ermöglicht eine flexible Anpassung an verschiedene Teststrategien und Komponenten des Prüfstands. Durch die automatisierte Fehleranalyse kann die Effizienz und Zuverlässigkeit der Prüfstandnutzung erheblich gesteigert werden. Der Beitrag hebt sich durch die innovative Kombination von AI und Automobiltechnik aus und bietet praktische Lösungen für aktuelle Herausforderungen in der Fahrzeugentwicklung.KI-Generiert
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AbstractTest benches are becoming increasingly important in the development of modern vehicles. It does not matter whether the vehicle has a conventional, hybridized or fully electric drive. This trend is further strengthened by shorter development times, cost effectiveness and measures such as Road-to-Rig. In order to generate long running times and thus operate the test bench as effectively as possible, downtimes must be reduced to a minimum. In addition to the interruptions for setup and commissioning work, the downtimes primarily include the time for measuring data analysis in the event of an error. The procedure in the event of an error related shutdown is first of all to isolate the affected components and convert the required measurement data. These are then manually evaluated, categorized and logged by the test bench operator. The approach of the diagnostic tool developed here is the automated pre-evaluation of measurement data in the event of an error, before the test bench operator arrives at the testbench. This offers the possibility of efficient error analysis and support for the test bench operator. Thanks to the AI-based approach, the diagnostic tool learns independently and without intervention from the test bench operator, possible wear-related changes to the components over the course of time.
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- Titel
- 21. Internationales Stuttgarter Symposium
- Herausgegeben von
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Prof. Dr. Michael Bargende
Prof. Dr. Hans-Christian Reuss
Prof. Dr. Andreas Wagner
- Copyright-Jahr
- 2021
- Electronic ISBN
- 978-3-658-33521-2
- Print ISBN
- 978-3-658-33520-5
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-3-658-33521-2
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