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Development of an operation strategy for electrified auxiliaries in the power train of conventional vehicles
Get PDFIn today's versatile requirements for reducing fuel consumption, a lot of different approaches are in development like hybridization, reducing the amount of cylinders with the same power as before or operating point-independent components and auxiliaries. Within this thesis, one of the approaches is shown: electrified auxiliaries including an operation strategy.
Replacing conventional auxiliaries with electrified ones, the need of more electrical power becomes bigger. Due to the limits within the 12V power net, the 48V approach is the logical conclusion in terms of cost benefit and availability of the needed resources to use the electrified components. The 48V power net introduces new or modified parts to the vehicle including a new power net topology.
Fuzzy logic was chosen to control the auxiliaries, because of the number of input variables, the flexibility of using it for different cars and being robust during the usage.
The results showed a significant improvement of fuel consumption with the developed control strategy for the selected power net topology. This improvement was evident in all cycles, which were discussed within this thesis.
In this thesis a new approach for reducing fuel consumption was shown, which includes several electrified auxiliaries and the operation strategy to control them within the vehicle during different cycles. The necessary models for the approach were developed including the auxiliaries, the controller and the needed parts for the power net.In der heutigen Zeit mit den steigenden Ansprüchen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs sind viele verschiedene Ansätze und Technologien in der Entwicklung, wie zum Beispiel Hybridisierung, Zylinderreduktion mit der gleichen Leistungsausbeute wie zuvor oder auch vom Verbrennungsmotor unabhängigen Komponenten und Nebenaggregaten. Innerhalb dieser Arbeit wurde einer dieser Ansätze näher erläutert: elektrifizierte Nebenaggregate inklusive einer Betriebsstrategie.
Durch den Austausch der konventionellen Nebenaggregate mit den elektrifizierten Nebenaggregaten steigt der Bedarf an mehr elektrischer Leistung. Durch die Limitierungen im 12V Bordnetz, ist der 48V Ansatz der nächste logische Schritt hinsichtlich des Kosten/Nutzen-Verhältnis und der Ressourcenverfügbarkeit für die Nutzung der elektrifizierten Komponenten. Das 48V Bordnetz benötigt neue bzw. modifizierte Komponenten inclusive einer neuen Bordnetztopologie.
Fuzzy-Logik wurde zur Regelung der Nebenaggregate ausgewählt. Grund hierfür waren: Anzahl an Eingangsvariablen, Flexibilität in der Übertragung auf andere Fahrzeuge und dem robusten Verhalten in der Anwendung.
Die Ergebnisse zeigten ein signifikantes Einsparpotential durch die Verwendung der entwickelten Betriebsstrategie für die ausgewählte Bordnetztopologie. Die Einsparung war in allen diskutierten Zyklen deutlich zu sehen.
In dieser Arbeit wurde ein neuer Ansatz zur Verbrauchsreduktion gezeigt inklusive elektrifizierter Nebenaggregate und der benötigten Betriebsstrategie, um diese im Fahrzeug in verschiedenen Zyklen zu steuern. Die benötigten Modelle wurden entwickelt, wie zum Beispiel die Nebenaggregate, der Regler und den Bordnetzkomponenten
Between Waves and Diffusion: Paradoxical Entropy Production in an Exceptional Regime
Get PDFThe entropy production rate is a well established measure for the extent of irreversibility in a process. For irreversible processes, one thus usually expects that the entropy production rate approaches zero in the reversible limit. Fractional diffusion equations provide a fascinating testbed for that intuition in that they build a bridge connecting the fully irreversible diffusion equation with the fully reversible wave equation by a one-parameter family of processes. The entropy production paradox describes the very non-intuitive increase of the entropy production rate as that bridge is passed from irreversible diffusion to reversible waves. This paradox has been established for time- and space-fractional diffusion equations on one-dimensional continuous space and for the Shannon, Tsallis and Renyi entropies. After a brief review of the known results, we generalize it to time-fractional diffusion on a finite chain of points described by a fractional master equation
Machine-Vision-Based Activity, Mobility and Motion Analysis for Assistance Systems in Human Health Care
Get PDFDue to the continuous ageing of our society, both the care and the health sector will encounter challenges in maintaining the quality of human care and health standards.
While the number of people with diseases such as dementia and physical illness will be rising, we are simultaneously recording a lack of medical personnel such as caregivers and therapists.
One possible approach that tackles the described problem is the employment of technical assistance systems that support both medical personnel and elderly living alone at home.
This thesis presents approaches to provide assistance for these target groups.
In this work, algorithms that are integrated in prototypical assistance systems for vision-based human daily activity, mobility and motion analysis have been developed.
The developed algorithms process 3-D point clouds as well as skeleton joint positions to generate meta information concerning activities and the mobility of elderly persons living alone at home. Such type of information was not accessible so far and is now available for monitoring. By generating this meta information, a basis for the detection of long-term and short-term health changes has been created.
Besides monitoring meta information, mobilisation for maintaining physical capabilities, either ambulatory or at home, is a further focus of this thesis. Algorithms for the qualitative assessment of physical exercises were therefore investigated. Thereby, motion sequences in the form of skeleton joint trajectories as well as the heat development in active muscles were considered. These algorithms enable an autonomous physical training under the supervision of a virtual therapist even at home.Aufgrund der voranschreitenden Überalterung unserer Gesellschaft werden sowohl der Pflege- als auch der Gesundheitssektor vor enorme Herausforderungen gestellt.
Während die Zahl an vorrangig altersbedingten Erkrankungen, wie Demenz oder physische Erkrankungen des Bewegungsapparates, weiterhin zunehmen wird, stagniert die Zahl an medizinischem Fachpersonal, wie Therapeuten und Pflegekräften.
An dieser Stelle besteht das Ziel, die Qualität medizinischer Leistungen auf hohem Niveau zu halten und dabei die Einhaltung von Pflege- und Gesundheitsstandards sicherzustellen.
Ein möglicher Ansatz hierfür ist der Einsatz technischer Assistenzsysteme, welche sowohl das medizinische Personal und Angehörige entlasten als auch ältere, insbesondere allein lebende Menschen zu Hause unterstützen können.
Die vorliegende Arbeit stellt Ansätze zur Unterstützung der genannten Zielgruppen vor, die prototypisch in Assistenzsystemen zur visuellen, kamerabasierten Analyse von täglichen Aktivitäten, von Mobilität und von Bewegungen bei Trainingsübungen integriert sind.
Die entwickelten Algorithmen verarbeiten dreidimensionale Punktwolken und Gelenkpositionen des menschlichen Skeletts, um sogenannte Meta-Daten über tägliche Aktivitäten und die Mobilität einer allein lebenden Person zu erhalten. Diese Informationen waren bis jetzt nicht verfügbar, können allerdings für den Patienten selbst, für medizinisches Personal und Angehörige aufschlussreich sein, denn diese Meta-Daten liefern die Grundlage für die Detektion kurz- und langfristiger Veränderungen im Verhalten oder in der Mobilität, die ansonsten wahrscheinlich unbemerkt geblieben wären.
Neben der Erfassung solcher Meta-Informationen liegt ein weiterer Fokus der Arbeit in der Mobilisierung von Patienten durch angeleitetes Training, um ihre Mobilität und körperliche Verfassung zu stärken. Dabei wurden Algorithmen zur qualitativen Bewertung und Vermittlung von Korrekturhinweisen bei physischen Trainingsübungen entwickelt, die auf Trajektorien von Gelenkpositionen und der Wärmeentwicklung in Muskeln beruhen. Diese Algorithmen ermöglichen aufgrund der Nachahmung eines durch den Therapeuten gegebenen Feedbacks ein autonomes Training
HED-TIE: A wafer-scale approach for fabricating hybrid electronic devices with trench isolated electrodes and its application in sensing devices
Get PDFDie organisch-anorganische Hybridelektronik bietet verschiedene Möglichkeiten zur Entwicklung neuartiger Bauelemente, welche die Vorteile von organischen und anorganischen Halbleitern vereinen. Planare Bauelemente werden typischerweise mittels Schattenmasken-basierter Strukturierung hergestellt. Ein Grund hierfür ist die Empfindlichkeit organischer Halbleiter gegenüber Ultraviolettem Licht und Lösungsmitteln, welche in den Standard-Photolithographieprozessen eingesetzt werden. Die Schattenmasken-Strukturierung führt allerdings zu Bauelementen mit kleinsten Abmessungen im Mikrometerbereich. Für die Reduzierung der Kanalabmessungen von planaren organisch-anorganischen Hybridbauelementen unterhalb eines Mikrometers ist die Elektronenstrahllithographie die am häufigsten verwendete Technik. Aufgrund des hohen Kosten- und Zeitaufwandes ist es nicht möglich, diese Technik für Wafermaßstab-Herstellung in der industriellen Anwendung einzusetzen.
In dieser Arbeit wird eine alternative Technologie zur Herstellung von planaren Bauelementen mit isolierten Grabenelektroden und Kanalabmessungen von wenigen Hundert Nanometer bis unter 100 nm vorgestellt. Gräben kleiner als ein Mirkometer werden zunächst auf Silizium-Substraten strukturiert und anschließend mit einer isolierenden SiO2 Schicht aufgefüllt. Diese hilft dabei die gewünschten Elektrodenabstände, also die gewünschte Kanallänge, zu erreichen.
Die Flexibilität des neuen Herstellungsverfahrens ermöglicht es nicht nur verschiedenen Kanallängen und Bauelement-Geometrie, sondern auch die Verwendung verschiedener Materialien für Elektroden und organischen Kanäle. Dies wiederum ermöglicht eine Vielfalt von potentiellen Anwendungen der hybriden Bauelemente. In dieser Arbeit wurde 6,13-bis (triisopropylsilylethinyl)-Pentacen (TIPS-Pentacen) Lösung und metallfreie Phthalocyanin als organisches Material verwendet und als Elektrodenmaterial diente Gold. Die entstandenen auf TIPS-Pentacen-Lösung basierenden planaren hybriden Bauelemente wurden für potentielle Anwendungen als optische sowie magnetoresistive Sensoren getestet.:Table of Contents
Bibliografische Beschreibung 1
Chapter 1. Introduction 3
1.1 Organic-inorganic hybrid electronics 4
1.2 Inorganic semiconductors versus organic semiconductors 5
1.3 Electronic properties of a molecular layer 5
1.4 Vertical HEDs and planar HEDs 6
Chapter 2. Wafer-scale fabrication approach for planar HED-TIEs 8
2.1 Overview of nano-patterning techniques 8
(a) Electron beam lithography (EBL) 8
(b) Nanostencil lithography (NSL) 8
(c) Nanoimprint lithography (NIL) 9
2.2 Fabrication of planar organic-inorganic HED-TIEs 12
2.2.1 Trench refill approach for fabricating HED-TIEs 12
2.2.1.1 Deposition of the trench refill layer 15
2.2.1.2 Deposition of the organic channel material 16
(a) HED-TIE with thermally evaporated organic channel 16
(b) HED-TIE with solution processed organic channel 18
2.2.2 Spacer approach for fabricating HED-TIEs 21
2.2.2.1 Deposition of the isolation layer 23
2.3 Characterization techniques 26
(a) Electrical characterization 26
(b) Raman spectroscopy 26
(c) Photoluminescence spectroscopy 27
2.4 Summary and outlook 27
Chapter 3. Electrical characterization of HED-TIEs 29
3.1 Theoretical background 29
3.1.1 Space charge limited current (SCLC) conduction mechanism 29
3.2 Experimental details 32
3.3 Results and discussions 34
3.4 Summary and outlook 40
Chapter 4. Application of HED-TIEs as optical sensors 41
4.1 Photosensing properties of TIPS-pentacene based HED-TIEs 41
4.1.1 Theoretical background 41
4.1.2 Experimental details 43
4.1.3 Results and discussions 44
4.1.4 Summary and outlook 49
4.2 Photosensing properties of TIPS-pentacene based HED-TIEs with Au nanoparticles in the channel matrix 50
4.2.1 Theoretical background 50
4.2.2 Experimental details 51
4.2.3 Results and discussions 52
4.2.4 Summary and outlook 59
Chapter 5. Application of HED-TIE devices as magnetoresistive sensors 61
5.1 Theoretical background 61
5.1.1 Organic spintronics 61
5.1.2 Mechanisms of organic magnetoresistance (OMAR) 65
(a) Bipolaron model 68
(b) Electron-hole (e-h) pair model 69
(c) Exciton–charge interaction model 70
5.2. OMAR measurements on TIPS-pentacene OFETs and HED-TIEs 71
5.2.1 Experimental details 71
5.3 Results and discussions 73
5.4 Summary and outlook 79
Chapter 6. Summary and outlook 81
References 86
List of Figures 97
List of Tables 103
List of Abbreviations 104
Acknowledgements 106
List of Publications 108
List of Conference Presentations and Posters 109
Selbstständigkeitserklärung 111
Curriculum Vitae 11
Influence of Titanium on Microstructure, Phase Formation and Wear Behaviour of AlCoCrFeNiTix High-Entropy Alloy
Get PDFThe novel alloying concept of high-entropy alloys (HEAs) has been the focus of many recent investigations revealing an interesting combination of properties. Alloying with aluminium and titanium showed strong influence on microstructure and phase composition. However, detailed investigations on the influence of titanium are lacking. In this study, the influence of titanium in the alloy system AlCoCrFeNiTix was studied in a wide range (molar ratios x = 0.0; 0.2; 0.5; 0.8; 1.0; 1.5). Detailed studies investigating the microstructure, chemical composition, phase composition, solidification behaviour, and wear behaviour were carried out. Alloying with titanium showed strong influence on the resulting microstructure and lead to an increase of microstructural heterogeneity. Phase analyses revealed the formation of one body-centred cubic (bcc) phase for the alloy without titanium, whereas alloying with titanium caused the formation of two different bcc phases as main phases. Additional phases were detected for alloys with increased titanium content. For x ≥ 0.5, a minor phase with face-centred cubic (fcc) structure was formed. Further addition of titanium led to the formation of complex phases. Investigation of wear behaviour revealed a superior wear resistance of the alloy AlCoCrFeNiTi0.5 as compared to a bearing steel sample
Lieferantenvorteile in Franchiseverhältnissen
Get PDFDie Frage, inwieweit Franchisenehmern Einkaufsvorteile zustehen, die dem Franchisegeber auf der Grundlage der Umsätze zufließen, die Franchisenehmer mit Systemlieferanten generiert haben, ist seit jeher streitig. Das Schrifttum zu diesem Thema ist kaum noch zu überschauen. Viele Fragen werden nach wie vor auf der Grundlage der 1. Grundsatzentscheidung des BGH vom 03.02.1999 gelöst. Immer wieder ist dabei die Frage aufgeworfen worden, ob unabhängig von vertraglichen Gestaltungen einem Franchisenehmer auf der Grundlage zivilrechtlicher Vorschriften ein Anspruch auf anteilige Auskehr der Einkaufsvorteile zusteht, bis hin zu den Lösungsansätzen, wonach die Grundsätze der von Teubner aufgestellten Netzwerkhaftung auch auf Franchiseverträge anzuwenden sind und demgemäß alle in das System fließenden Vorteile anteilig an alle Franchisenehmer auszukehren sind. Insofern ist es angezeigt, sich allgemein mit den rechtlichen Fragen zu befassen, die mit den Lieferantenvorteilen in Franchise-Verhältnissen zusammenhängen
Manufacturing Hollow Bodies made of Continuous Glassfiber-reinforced Thermoplastics by Infrared Welding
Get PDFThermoplastic prepregs that are also known as organo sheets are processed in presses and formed to half shells. Larger components can be produced by joining the half shells, which results in hollow bodies. However, current manufacturing technologies allow only cap profile shaped joints, which cause fiber deflections in the joint plane. This presentation shows that overlapping infrared welds in organo sheets enable weld strengths close to the interlaminar shear strengths of the unwelded materials and thus a fiber utilization across the joint plane. By using high welding pressures, a matrix depletion and a change of the fiber alignment in the weld plane may occur which causes low weld strengths. Therefore possibilbites to optimize the weld strengths are shown and one possible process variants for the manufacturing of hollow bodies by infrared welding is introduced
Comfort in Automated Driving: Analysis of Driving Style Preference in Automated Driving
Get PDFOver the last years, driving automation has increasingly moved into focus in human factors research. A large body of research focusses on situations in which the human driver needs to regain control. However, little research has so far been conducted on how SAE level 3+ automated driving should be designed with focus on occupant comfort.
This thesis aims at identifying a comfortable driving style for automated vehicles. As a basis, it was necessary to pinpoint driving metrics, which vary between driving styles and can be manipulated in order to design a comfortable driving style. Hence, Study 1 was conducted, in which drivers (N = 24) manually drove on a highway or on urban and rural roads with certain driving styles. Results show relevant metrics (i.e., lateral and longitudinal acceleration, lateral and longitudinal jerk, quickness, and headway distance in seconds) and that these metrics vary across maneuvers and thus, a maneuver-specific analysis is recommended. As these metrics are derived from manual data, it remained unclear after Study 1, in which range the metric values should vary for comfortable automated driving.
Therefore, as a second step, the main metrics were varied and the subsequent combinations implemented in an automated vehicle as well as in a dynamic simulator with two different configurations. The combinations were then subject to ratings by 72 participants. Results show that the metrics and values found in Study 1, are able to elicit a range of comfort ratings in automated driving. It was also found, that acceleration is a key variable in experiencing comfort. However, it is not the sole predictor. Additionally, as higher levels of automated driving with larger velocities are still bound to considerable constraints for on-road testing, the second study was also used to validate a dynamic driving simulator to allow comfort during automated driving to be studied. In comparison to ratings on a test track, the dynamic simulator setting with longitudinal orientation is able to show both relative and absolute validity of comfort ratings.
In the third and final step, different approaches to automated maneuvers were rated by participants (N = 72) regarding the comfort they experienced. A lane change, an acceleration, and a deceleration maneuver were chosen as test maneuvers. The lateral or longitudinal acceleration was varied in each of these maneuvers. Results, again, show comfort ratings are maneuver specific. On one hand, symmetrical and early-onset lane change maneuvers and symmetrical acceleration maneuvers were preferred. However, symmetrical deceleration maneuvers and deceleration maneuvers with a slower acceleration decrease evoke the highest comfort ratings. These ratings made it possible to offer guidelines for the design of automated driving styles.
Furthermore, dependence on a number of personality traits was analyzed. Results suggest the general preference for certain driving styles to be unaffected by personality. However, it seems, participants with certain personality types are less particular about their preference for certain driving styles.
Summed up, comfortable automated driving is – under the investigated circumstances – characterized by maneuvers with sufficient headway distance and smooth applications of small acceleration and small jerk. These should, even so, still provide sufficient motion feedback. Surrounding traffic seems to play an important role through urgency and should be considered for on-road implementation. Differences in personality did not seem to play a crucial role
New concept of continuously interactive analysis-synthesis-parameter-adjustments (ASPA) for nonlinear drive assemblies
Get PDFDieser Beitrag zeigt, dass sich neue Möglichkeiten und Entwicklungsfelder beim Einsatz der domänenübergreifenden Simulationsumgebung SimulationX in der Getriebesynthese ergeben. Der Ansatz, jegliche nichtlineare Bewegungsaufgaben mathematisch in Form von Unterstützungsmodulen in einer Programmoberfläche zu komplexen Modellen zu verbinden, ermöglicht nun auch die Umsetzung einer ganzheitlichen Getriebesynthese mit einem kontinuierlichen Analyse-Synthese-Parameter-Abgleich (ASPA). Der Anwender kann somit in nur einer Programmoberfläche sowohl Mechanismen-Synthese als auch -Analyse durchführen und beispielsweise durch entsprechende Optimierung den getriebedynamisch günstigsten Mechanismus ermitteln.This report shows that new opportunities and areas of development arise from using the domain spanning system simulation software SimulationX for the analysis and synthesis of nonlinear mechanisms. The idea to mathematically combine arbitrary motion demands to complex models in the form of support modules within a unique program interface now allows for a holistic mechanism synthesis with a continuous analysis-synthesis-parameter-adjustment (ASPA). Hence, the user may perform both mechanism analysis and synthesis employing one single program interface (e.g. to identify the ideal mechanism in terms of dynamics during an optimization process)
Strömungs- und Thermalsimulationen auf Basis eines kartesischen Solvers
Get PDFCFD-Analysen sind in den letzten Jahren ein fester Bestandteil
in der Produktentwicklung geworden. Dies liegt primär daran, dass es in den letzten Jahrzehnten große
Fortschritte in der Entwicklung der Software und dem Preisverfall der Hardware gegeben hat. Das
einstige Expertenwerkzeug CFD hat heutzutage auch in vielen kleinen und mittelständischen
Unternehmen seinen festen Platz gefunden und somit ein enormes Anwendungsspektrum erschlossen.
Ein wesentlicher Schlüssel für diesen Erfolg war und ist die Effizienz bei der Erstellung der
Berechnungsmodelle. Ein Meilenstein war die ab Mitte der 1990er Jahre verfügbare Verwendung
unstrukturierter Netze. Erst durch den Einsatz von Tetraedern konnten beliebig komplexe Strukturen
überhaupt vernetzt werden. Dieser Vortrag beschreibt die Verwendung von sogenannten kartesischen
Netzen in Kombination mit der Immersed Boundary Methode. Dabei handelt es sich um einen bislang
wenig beachteten Weg, der den Anwender nochmals erheblich bei der Modellaufbereitung entlastet und
somit auch anspruchsvolle CFD-und Thermalsimulationen für Konstrukteure zugänglich macht