Energie und Mobilität
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The Logical Execution Time (LET) has recently been integrated in multi-core automotive systems to ensure timing and dataflow determinism. Although buffering mechanisms are introduced to incorporate LET semantics, they do not guarantee that tasks are executed within their LET frames. In fact, LET and buffering semantics are violated if scheduling is not designed to execute all tasks within their LET frames and in a specific order. In this paper, we describe a scheduling synthesis technique for Fixed-Priority Scheduling (FPS) to achieve resource-efficient execution of LET systems. The proposed approach considers LET semantics, scheduling overheads, and delays caused by operating system operations and provides the possibility to optimize the schedule with respect to aspects like scheduling overheads. Our performance and feasibility evaluation shows that the proposed algorithm provides results in a reasonable amount of time for models of complex industrial applications. Thus, the integration of the proposed algorithm into an automated process is of high benefit to accelerate the development of vehicle applications.
Non-road sectors, such as agriculture and construction machinery, require high energy densities and flexibility in use, which is why diesel engines are mainly used. The use of climate-neutral fuels, produced from renewable energies, such as Oxymethylene Ether (OME) as a diesel substitute, can significantly reduce CO2 and pollutant emissions in these sectors. In addition to CO2 neutrality, OME also offers improved combustion characteristics compared to diesel fuel, eliminating the soot–NOx trade-off and thus enabling new opportunities in engine design and calibration. In this paper, the combustion of pure OME on a close-to-production, single-cylinder non-road diesel engine with a pump–line–nozzle injection system is analyzed. A variation of the center of combustion at constant power output was performed for diesel and OME at different operating points. Two injectors were investigated with OME. A study on ignition delay and a detailed thermodynamic analysis was carried out. In addition, the exhaust emissions CO, NOx, VOC, as well as particulate-matter, -number and -size distributions were measured. With OME, a significantly shorter ignition delay as well as a shortened combustion duration could be observed, despite a longer injection duration. In addition, the maximum injection pressure increases. VOC and CO emissions are reduced. Particulate matter was reduced by more than 99% and particle number (>10 nm) was reduced by multiple orders of magnitude. The median of the particle size distribution shifts from 60 to 85 nm (diesel) into a diameter range of sub 23 nm (OME). A significant reduction of NOx emissions with OME enables new degrees of freedom in engine calibration and an efficiency advantage without hardware adaption.
The laminated steel core of transformers is one of the main sources of the generated sound, as it is excited by different electromagnetic effects during its normal operation. If the core is excited in its eigenfrequencies, the sound generated by a transformer will increase significantly. Therefore, knowledge of the core’s eigenmodes and -frequencies in an early design stage can decrease expenses by avoiding costly modifications that might be required to avoid the sound levels exceeding the specified values after the final factory acceptance test. The current study focuses on developing a core resonance model to determine the eigenmodes and -frequencies of a transformer core. The core’s geometry was simplified to a connected-beam structure and a numerical-based approach was applied. The accuracy of the developed model was validated against finite element method (FEM), using ANSYS on a reference core model.
During the factory acceptance test, the sound levels are measured. If the measured sound levels exceed pre-specified values, modifications on the transformer’s active part and/or tank need to be conducted. Tank resonance, if occurs, at twice main power frequency and its higher harmonics is one of the main reasons of amplifying the generated sound levels. Therefore, it is preferable to know already in the design stage about the occurrence of the tank resonance and propose reliable tank solutions. The current study presents a newly developed model for calculating the mode shapes and its corresponding eigenfrequencies of the tank.
Dieser Bericht entstand im Rahmen der Lehrveranstaltung „Forschungsmethoden und Seminar (FMS)“ im Sommersemester 2022 auf Initiative der Studierenden des Masterstudiengangs „Elektro- und Informationstechnik
(MEI)“.
Diese Lehrveranstaltung hat das Ziel, systematisch an das wissenschaftliche Arbeiten, speziell die Wissenschaftskommunikation, heranzuführen. Daher war geeignete Literatur zu einem individuellen Thema zu recherchieren, Veröffentlichungen auf ihre Relevanz hin zu beurteilen und letztendlich eine eigene Ausarbeitung basierend auf der Literaturrecherche zu erarbeiten und diese in einem Vortrag zu präsentieren.
Parallel dazu erfolgte im Theorieteil die entsprechende Hinführung zu den verschiedenen Elementen der Wissenschaftskommunikation:
• Bedeutung der Wissenschaftskommunikation für die Arbeit der Ingenieure
in Forschung und Entwicklung
• Literaturrecherche, Suchmaschinen, Sichtung und Analyse vorhandener
Publikationen, Bewertung der Qualität aufgefundener Fachliteratur,
Auswahl geeigneter Materialien für die eigene Arbeit
• Aufbereitung und Darstellung der recherchierten technischer Inhalte
in Form einer seitenanzahlbegrenzten wissenschaftlichen Ausarbeitung
• Einhalten formaler Randbedingungen bzgl. Strukturierung, einschl.
Bildnachweise und Zitationsstile
• Peer-review-Prozess bei wertschätzender Beurteilung der Leistung
anderer
• Publikumsangepasstes Aufbereiten komplexer fachlicher Inhalte mit
hochschulöffentlicher Präsentation der Ergebnisse
• Führen mündlicher wissenschaftlicher Diskurse
Nachdem die Masterstudierenden in der Regel über noch keine eigene wissenschaftliche Forschungserfahrung bzw. -inhalte verfügen, lag der wählbare Schwerpunkt der Literatursuche auf der Bearbeitung von vorgegeben aktuellen technischen oder gesellschaftspolitischen Forschungsthemen.
The Twistbeam axle suspension is a cheap and robust layout for rear axles at front wheel driven midsize cars. Appropriate models have to take the elastic deformation of the torsion beam into account. A Finite Element approach requires detailed informations of the material properties and the shape which are usually only available in the final production stage. This paper presents a lumped mass model which can easily be integrated into a multibody vehicle model and can be used in the early stage of development. An approximation by the design kinematics further reduces the complexity of the model and considers only the kinematic properties of the Twistbeam suspension. Simulations using a nonlinear and three-dimensional vehicle model with different maneuvers, such as steady-state cornering, step steer input, and driving straight ahead on random road, demonstrate the performance and, in particular, the difference of the presented Twistbeam suspension models.
Dieser Bericht entstand im Rahmen der Lehrveranstaltung „Forschungsmethoden und Seminar (FMS)“ im Wintersemester 2021/22 auf Initiative der Studierenden des Masterstudiengangs „Elektro- und Informationstechnik (MEI)“.
Diese Lehrveranstaltung hat das Ziel, systematisch an das wissenschaftliche Arbeiten, speziell die Wissenschaftskommunikation, heranzuführen. Daher war geeignete Literatur zu einem individuellen Thema zu recherchieren, Veröffentlichungen auf ihre Relevanz hin zu beurteilen und letztendlich eine eigene Ausarbeitung basierend auf der Literaturrecherche zu erarbeiten und diese in einem Vortrag zu präsentieren. Parallel dazu erfolgte im Theorieteil die entsprechende Hinführung zu den verschiedenen Elementen der Wissenschaftskommunikation:
• Bedeutung der Wissenschaftskommunikation für die Arbeit der Ingenieure in Forschung und Entwicklung
• Literaturrecherche, Suchmaschinen, Sichtung und Analyse vorhandener Publikationen, Bewertung der Qualität aufgefundener Fachliteratur, Auswahl geeigneter Materialien für die eigene Arbeit
• Aufbereitung und Darstellung der recherchierten technischer Inhalte in Form einer seitenanzahlbegrenzten wissenschaftlichen Ausarbeitung
• Einhalten formaler Randbedingungen bzgl. Strukturierung, einschl. Bildnachweise und Zitationsstile
• Peer-review-Prozess bei wertschätzender Beurteilung der Leistung anderer
• Publikumsangepasstes Aufbereiten komplexer fachlicher Inhalte mit hochschulöffentlicher Präsentation der Ergebnisse
• Führen mündlicher wissenschaftlicher Diskurse
Nachdem die Masterstudierenden in der Regel über noch keine eigene wissenschaftliche Forschungserfahrung bzw. -inhalte verfügen, lag der wählbare Schwerpunkt der Literatursuche auf der Bearbeitung von vorgegeben aktuellen technischen oder gesellschaftspolitischen Forschungsthemen.
The TMeasy is a tyre model suitable for vehicle handling analyses and enables easy parametrisation. Recently, a convenient interface to Modelica was implemented by DLR to support the TMeasy also for vehicle modelling in multi-physical domains. This paper focuses especially on the particular problem of reliable reproduction of the tyre’s bore torque which occurs during parking manoeuvres. It outlines the theory behind it, discusses the Modelica interface implementation, and presents the results of parameter identification which were achieved based on real experiments with DLR’s research platform ROboMObil.
Virtual testing procedures have become a standard in vehicle dynamics. The increasing complexity of driver assistance sys-
tems demand for more and more virtual tests, which are supposed to produce reliable results even in the limit range. As a consequence,
simplified vehicle models, like the classical bicycle model or 4-wheel vehicle models, have to be replaced by a fully three-dimensional
and nonlinear vehicle model, which also encompasses the details of the suspension systems. This paper presents a passenger car model,
where the chassis, the four knuckles, and the four wheels are described by rigid bodies, the suspension system is modeled by the generic
design kinematics, and the TMeasy tire model provides the tire forces and torques in all driving situations.
TMeasy 6.0, an extension to the standard TMeasy tire model of version 5.3, takes the relevant first two rigid body eigenmodes of the belt into consideration. These modes represent the in plane longitudinal and rotational movements of the belt relative to the rim. The dynamics of the longitudinal force is of higher order then and reproduces the tire wheel vibrations, required for indirect tire-pressure monitoring systems (iTPMS), sufficiently well. A tailored implicit solver, which takes the stiff coupling between the longitudinal force and the belt motions into account, still provides real-time performance in addition. Simulation examples show that a rigid body vehicle model equipped with TMeasy 6.0 makes it possible to investigate second generation indirect tire-pressure monitoring systems.
The present papers deals with the usability of an extended Maxwell model to describe the tyre dynamics during transient driving manoeuvres. In the present article, the para-metrisation process of a dynamic tyre model is investigated in a first step, using measurement data of tyre forces from a flat trac tyre test bench, (IABG 2016). Two tyre types of dimensions 255/50 R19 and 175/55 R15 are used. The practical applicability is discussed, considering the measurement procedure and the parameter optimisation process. In a second step, the performance of the dynamic tyre model is validated using measurements of manoeuvres under higher dynamic excitation. As a last step, an outlook is given on further research planned in which the presented model and parametrisation are adapted to a larger frequency range.
The flow of superfluid helium-4 at very low temperatures around an oscillating microsphere has been studied in detail. At small oscillation amplitudes the drag force is linear in velocity amplitude. Above a critical velocity amplitude vc a transition from potential flow to turbulent flow is signaled by a large and nonlinear drag force that scales as (v2 - v2 c ), where vc is found to be independent of temperature (below 1 K) and of driving force. Interestingly, the critical velocity is found to scale as vc ~ √κω, where κ = h/m ≈ 10−7 m2/s (h is Planck's constant and m is the mass of a helium-4 atom) is the circulation quantum of the superfluid vortices and ω/2π is the oscillation frequency ranging from about 120 Hz to 700 Hz. We also observe slightly above vc that the flow pattern is unstable and switches intermittently between potential flow and turbulence. From time series recorded at constant drive and temperature we have investigated the statistical properties of this switching phenomenon. In this talk the universal law vc ~ √κω will be discussed in detail. It can be derived theoretically in various ways: firstly, from a qualitative but very general argument based on the "superfluid Reynolds number" Rs = vl/κ where v is the flow velocity and l is a characteristic length scale, secondly, and in more detail, from Kopnin's equation of the time dependence of the vortex line density, and, finally, we have obtained this law rigorously by dynamical scaling of the equations of motion of vortex dynamics.
This paper presents the new open source Modelica libraryWindPowerPlants. For the economic assessment of either a wind power plant or an entire wind park, the accurate prediction of the energy output is essential. Such prediction is usually performed by means of calculations based on statistical wind data. The proposed WindPowerPlants library is capable of assessing the energy output both for statistical and real wind data based on time domain simulations.
In the presented version of the library wind turbine models are modeled with pitch control. The generator models have variable speed and an optional connector to the mains. The entire library is based on power balance conditions and losses are fully neglected. Yet, the library can be extended towards more detailed models considering different types of losses.
The structure and components of the library are presented. Simulations examples are shown and compared with reference data. The applicability of the proposed WindPowerPlants library is demonstrated and possible enhancements are discussed.
This book proposes a radically new approach for characterizing thermophysical and mechanical properties of zeolite-based adsorbent coatings for Adsorptive Heat Transformers (AHT). It presents a developed standard protocol for the complete characterization of advanced coated adsorbers. Providing an in-depth analysis of the different procedures necessary for evaluating the performance of adsorbers, it also presents an analysis of their stability under the hydrothermal and mechanical stresses during their entire life cycle. Adsorptive Heat Transformers (AHT), especially adsorption chillers and heat pumps, are considered to be promising technologies to increase thermal energy efficiency. Nevertheless, an overall increase in performance of this apparatus is necessary for them to be considered a mature technology to be used commercially. Development of innovative coated adsorbers can be perceived as a key issue for the enhancement of AHT technology. This procedure relies on the deposition, either by means of a binder or by direct crystallization, of the adsorbent material over a metallic heat exchanger, aiming at the improvement of the heat transfer between the external heat source and the adsorbent itself. This book offers a valuable resource to those working on the development of novel adsorbent materials and advanced adsorbent beds for heating and cooling applications. It is also intended for researchers interested in renewable energy and energy efficiency.
Die Einhaltung der Spannungsbandgrenzen im Niederspannungsnetz durch die dezentrale Emspeisung von Erzeugungsanlagen ist oft der Grund für Netzausbaumaßnahmen. Dem Netzbetreiber stehen mittlerweile viele Losungsmaßnahmen zur Behebung des Spannungsbandproblems zur Verfügung Innovative Konzepte wie der regelbare Ortsnetztransformator (RONT) oder Blindleistungsregelung sind bereits serienreif und werden eingesetzt. Unklarheit herrscht oft noch darüber, welche Maßnahmen bzw Kombinationen langfristig wirtschaftlich günstig sind und sich hinsichtlich der Netzplanung als vorteilhaft erweisen. Ein Forschungsprojekt an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg untersucht verschiedene Lösungsmaßnahmen systematisch, um sie wirtschaftlich, technisch und energetisch bewerten zu können. In 20 Netzen wird in diskreten Schritten die Integration von Erzeugungskapazität am Beispiel der PV simuliert. Der Zubau umfasst den Bereich von 0-100% des möglichen Dachflächenpotenzials. Nach jedem Zubauschritt wird die maximale Spannungsanhebung berechnet. Bei Überschreiten einer Spannungsanhebung in Höhe der in [VDE, FNN Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, VDE-AR-N 4105:2011-08] verankerten drei Prozentpunkte, oder der Stromtragfähigkeitsgrenze eines Betriebsmittels erfolgt ein Netzausbau. Dabei werden die Optionen RONT, die Parallelverkabelung, drei Stufen des Einspeisemanagements (Spitzenkappung auf 85%, 70% und 55%), die Blindleistungsregelung (cosφ(P)), der Zubau von zusätzlichen Ortsnetzstationen und die Verwendung von Strangreglern untersucht. Je kleiner das Ortsnetz, desto stärker bedingt sich die Kostenentwicklung durch die gewählte Primärmaßnahme. Klassischer Netzausbau ist in kleinen Netzen meist teurer als der Einsatz von RONT oder Strangreglern. In größeren Netzen können Parallelverkabelung oder zusätzliche ONS zu günstigen Ausbaupfaden führen. Maßnahmen die anfangs nahezu keine Investition in Netzbetriebsmittel benötigen (Einspeisemanagement, Blindleistungsregelung) sind initial mit Abstand am günstigsten. Im Mittel günstiger als RONT sind anfangs auch Verkabelung und Strangregler, jedoch bei höherer Ergebnisstreuung. Bereits nach fünf Perioden liegen die mittleren Gegenwartswerte für starke Spitzenkappung, Blindleistungsregelung und zusätzliche ONS häufig über der Maßnahme RONT. Die geringste Kostenstreuung tritt beim Einsatz von RONT auf. Mittel- und langfristig liegen die Mediane fast aller Primärmaßnahmen über den wahrscheinlich auftretenden Kosten für Strangregler und RONT. Bei Erschließung von zusätzlichen 25% des theoretisch maximalen Potenzials nach Erreichen der NAK betragen die Kosten bei RONT-Einsatz ca. 125/kWp. Parallelverkabelung verursacht rd. 45, Blindleistungsregelung rd. 55 €/kWp Mehrkosten. Bei 50% des Ausbaupotenzials führen Parallelverkabelung und Blindleistungsregelung mit im Mittel 50 bzw. 75 €/kWp sogar zu noch höheren Mehrkosten. Für 20 GW PV-Leistung in der Niederspannung bedeutet dies über 1 Mrd. Zusatzkosten. RONT und Strangregler erweisen sich zudem kostenrobust gegenüber unerwartet ausbleibendem Kapazitätszubau. Analysen dazu und Ergebnisse für andere Zinssätze und Zeitskalen befinden sich in [INA, Informationsportal: Regelbare Ortsnetztransformatoren, 2015. http://ront.info].
This paper shows how magnetic noises can be reduced with a wound field synchronous machine (WFSM) with magnetic
asymmetry compared to a permanent magnet synchronous machine (PSM), operating at base speed range and full load. In order to reproduce a real noise behavior, the two rotor types are operated in a complete electric drive unit (EDU) consisting of an electric motor, gearbox, inverter and overall housing. In the concept study, the noise characteristics of the two electric machines is evaluated and compared via mechanical finite element method (FEM) simulations using the equivalent radiated power (ERP) level and Campbell diagrams. Furthermore, it is shown that critical frequency orders can already be identified by the analysis of the magnetic force density from the electromagnetic design without computationally intensive ERP calculations. In this context, the ERP investigations have shown that the unique feature of the magnetically asymmetric WFSM is the reduction of the slot harmonics. At the current state of the art, the slot harmonics can only be reduced with a rotor skewing. The disadvantage of this is a reduction in performance and a more expensive production. It is also remarkable that the magnetic asymmetry reduces the slot harmonics more than the rotor skewing in the PSM. In addition, both machines are still considered with a short-pitched stator winding to optimize the overall noise level by reducing the 24th frequency order.
Dieses Lehrbuch vermittelt nicht nur Grundlagen, sondern stellt auch die Methoden der Mehrkörpersimulation anschaulich dar und erläutert an einfachen Beispielen die Vor- und Nachteile bei der praktischen Anwendung. In den Text integrierte Matlab-Skripte und -Funktionen verdeutlichen die einzelnen Methoden und ermöglichen es, Aufwand und Problematik bei der Umsetzung der Theorie innerhalb von Simulationsprogrammen einzuschätzen. Die Modellbildung, die mathematische Beschreibung und die numerische Simulation von Systemen starrer Körper bilden dabei die Schwerpunkte. Konkret behandelte Beispiele sind die Eigendynamik eines Traktors mit gefederter Vorderachse, das Rotorblatt eines Hubschraubers sowie die Vorderachse eines Pkws. Die entsprechenden Matlab-Skripte und Lösungen zu den Übungsaufgaben können auf der Springer-Homepage beim Buch heruntergeladen werden. Der Inhalt Dynamik des starren Körpers - Bewegungsgleichungen - Starre Körper mit elastischen und kinematischen Verbindungselementen - Integrationsverfahren - Rekursiver Algorithmus - Differential-Algebraische Gleichungen - Analyse von Mehrkörpersystemen - Anwendungs- und Übungsbeispiele aus der Technik Die Zielgruppen Studenten des Maschinenbaus, der Elektrotechnik und Mechatronik sowie der Biomechanik an Hochschulen und Universitäten Ingenieure in der Praxis, die sich mit Fragestellungen der Mehrkörpersimulation (MKS) befassen Entwickler aus der Kfz-Technik sowie Fachleute aus F+E Die Autoren Dr.-Ing. Georg Rill ist Professor mit den Lehrgebieten Technische Mechanik, Ingenieurinformatik, Fahrdynamik, Mehrkörperdynamik sowie Laborleiter Fahrdynamik. Dr.-Ing. Thomas Schaeffer ist Professor mit den Lehrgebieten Konstruktion, CAD, Maschinenelemente und Getriebetechnik, Mehrkörpersysteme und Bewegungstechnik sowie Laborleiter Mehrkörpersimulation, beide an der Ostbayerischen Technischen Hochschule (OTH) Regensburg.
Als fairer Beitrag Deutschlands zur Einhaltung der globalen 1,5-Grad-Grenze werden 16 Orientierungspunkte für eine klimaverträgliche Energieversorgung vorgestellt. Es wird davon ausgegangen, dass hierfür die deutschen energiebedingten CO2-Emissionen in etwa 15 Jahren weitgehend auf Null sinken müssen. Energieeinsparung hilft, den notwendigen Ausbau von regenerativen Erzeugungskapazitäten zu verringern. Der Verkehrssektor kann ebenso wie die Bereiche Prozess- und Gebäudewärme hierzu wesentlich beitragen. Die Kernenergie ist mit großen Risiken belastet und kann nicht hinreichend schnell aufgebaut werden. Biomasse in Form von Energiepflanzen zu nutzen, ist ineffizient und steht im Konflikt mit anderen Arten der Landnutzung. Importe klimaneutral erzeugter Energieträger in sehr großem Umfang erfordern extrem große Investitionen im Ausland. Sie sind eine ungesicherte Option auf die Zukunft.
Entscheidend ist daher der ausreichend schnelle Ausbau von Photovoltaik (PV) und Windkraft in Deutschland. Schätzungsweise kann der Elektrizitätsbedarf im Jahr 2030 z.B. durch den Ausbau auf ca. 350 GW PV und ca. 150 GW Windkraft nahezu vollständig regenerativ gedeckt werden. Damit ließe sich eine zum großen Teil elektrifizierte Mobilität und Wärmeversorgung betreiben und ein Teil des benötigten "grünen" Wasserstoffs in Deutschland bereitstellen. Hierfür ist ein jährlicher Zubau von durchschnittlich ca. 30 GW PV und ca. 9 GW Windkraft nötig. Dies ist ca. sechs- (PV) bzw. dreimal (Wind) so hoch wie bisher vorgesehen und verlangt eine gesellschaftliche Kraftanstrengung. Ein weiter verzögerter Ausbau müsste mit noch deutlich größeren gesellschaftlichen Anstrengungen für drastische Energieeinsparungen oder Importe erneuerbarer Energie ausgeglichen werden. Insgesamt könnte dies noch deutlich schwieriger zu realisieren sein, als ein ambitionierter Ausbau. Da der Aufbau der Kapazitäten mehrere Jahre erfordert, ist es möglich nachzusteuern, z. B. wenn erkennbar wird, dass sich ein ausreichend großer globaler Markt für Importe entwickelt. Bis dahin ist es aus Verantwortung gegenüber der Zukunft und im Sinne des Pariser Vertrages empfehlenswert, die hier genannten Ausbauziele zu verfolgen.
Grüner, also aus erneuerbaren Energien hergestellter Wasserstoff und daraus abgeleitete Syntheseprodukte sind für die Dekarbonisierung von Industrieprozessen, den Flug- und Schiffsverkehr sowie für die Absicherung der Energieversorgung bei Dunkelflauten nötig. Ohne die genannten Ausbauziele für Wind und Solar noch drastisch weiter zu erhöhen, stehen diese Produkte für Straßenverkehr und Wärmeversorgung jedoch nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung. Techniken zum Ausgleich zwischen Elektrizitätsangebot und -nachfrage sind verfügbar und sollten rechtzeitig auf- bzw. ausgebaut werden. Hierzu gehören: Stromaustausch mit den Nachbarländern, Flexibilisierung des Verbrauchs und Energiespeicherung. Für deren Integration sowie den Ausbau der Netze sollten zügig verbesserte rechtliche Rahmenbedingungen geschaffen werden.
Die Kosten eines klimaverträglichen Energiesystems sind mittel- bis langfristig nicht höher als im derzeitigen System. Gleichzeitig entstehen Arbeitsplätze und Exportchancen durch Aufbau, Betrieb und Wartung einer regenerativen Energieversorgung in Deutschland und die energetische Gebäudesanierung. Die politischen Rahmenbedingungen entscheiden, ob eine klimaverträgliche Energieversorgung Deutschlands gelingt.