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Predictable and intuitive interactions between automated vehicles and manual road users in shared spaces
No full textIn den letzten Jahren ist ein immer größerer Anstieg automatisierter Fahrfunktionen zu verzeichnen. Mit der Einführung von automatisierten Fahrzeugen (AF) gehen allerdings nicht nur Vorteile, sondern auch potentielle Herausforderungen hinsichtlich der Interaktion mit anderen Verkehrsteilnehmenden einher. Beispielsweise werden ein potentiell abweichender Fahrstil von AF, sowie die Veränderung der FahrerInnenrolle und daraus resultierende veränderte Interaktionen mit umgebenden Verkehrsteilnehmenden in der Literatur diskutiert.
Besonders in Shared Spaces, wie auf Parkplätzen, in denen verschiedene Verkehrsteilnehmende auf beschränktem Raum miteinander agieren, es allerdings nur begrenzte gesetzliche Regelungen gibt, sind Interaktionen und die Koordination von Manövern notwendig. Hierfür setzen Verkehrsteilnehmende verschiedene Kommunikationssignale ein. Gegeben der genannten Herausforderungen ergibt sich für AF der Forschungsbedarf, wie zukünftige Interaktionen mit umgebenden Verkehrsteilnehmenden intuitiv und vorhersehbar gestaltet werden können. Das Ziel dieser Dissertation war es deshalb, wissenschaftliche Erkenntnisse zur Gestaltung solcher potentiellen Interaktionen beizutragen. Die Arbeit besteht aus drei wissenschaftlichen Artikeln, sowie einer vorangestellten Synopse, in der theoretische Grundlage dargelegt, wesentliche Ergebnisse der Artikel aufgegriffen und diskutiert, theoretische und praktische Implikationen abgeleitet werden.
Interaktionen im Straßenverkehr werden häufig durch räumliche und zeitliche Lücken im Verkehrsfluss koordiniert. Spezifische Fahrparameter manueller Fahrzeuge (MF) könnten quantifiziert und als Orientierung für intuitive und vorhersehbare AF-Fahrfunktionen genutzt werden. Deshalb beschäftigte sich der erste Artikel mit akzeptierten Lücken im Verkehrsfluss als spezifischer Fahrparameter. In einer Laborstudie wurde die Lückenwahl für das Manöver vorwärts Einparken auf einem Parkplatz mit verschiedenen heranfahrenden Interaktionspartnern aus FahrerInnenperspektive untersucht. Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass MF nicht die eine zeitliche Lücke für die Initiierung eines Parkmanövers im Verkehrsfluss wählten, sondern verschiedene Faktoren wie die Größe und Geschwindigkeit eines heranfahrenden Interaktionspartners diese Entscheidung beeinflussten. Zur Unterstützung von intuitiven und vorhersehbaren Interaktionen sollten solche spezifische Einflussfaktoren zukünftig auch in AF-Fahrfunktionen implementiert werden. Diese könnten eine verbesserte Antizipation von AF-Fahrverhalten durch umgebende Verkehrsteilnehmende ermöglichen. Außerdem könnten AF dadurch bevorstehende Manöver von MF verbessert antizipieren.
Um potentiellen Interaktionsherausforderungen zu begegnen, beschäftigt sich die Forschung außerdem mit LED-Lichtleisten, die perspektivisch zusätzliche Kommunikationssignale in AF präsentieren könnten. Da diese Lichtleisten abstrakte Signale präsentieren, beschäftigt sich der zweite Artikel der Arbeit mit der Bewertung solcher Signale als zusätzliches Kommunikationsmittel in AF. Es wurde eine Feldstudie durchgeführt, in der ein AF simuliert wurde. Auf dem Dach des Testfahrzeuges war eine LED-Lichtleiste angebracht, die umgebenden FußgängerInnen verschiedene Kommunikationssignale präsentierte. Die ProbandInnen beurteilten die untersuchten Lichtsignale generell als unverständlich, wodurch diese Signale ohne bereitgestelltes Vorwissen keinen Mehrwert zur Vorhersehbarkeit der Verkehrssituation lieferten. Allerdings konnten die Ergebnisse der Studie ein allgemeines Potential für Lichtsignale als Kommunikationsmittel in AF aufzeigen, da die ProbandInnen deren generellen Einsatz in AF als nützlich bewerteten.
Der dritte Artikel beschäftige sich mit dem Einfluss von Interaktionserfahrung und den Auswirkungen von Fehlfunktionen zusätzlicher Lichtsignale als potentielles Kommunikationsmittel in AF (d.h. ein Widerspruch zwischen den eingesetzten Lichtsignalen und den Fahrzeugbewegungen als Kommunikationssignal) auf deren Bewertung. In einer Laborstudie bewerteten die ProbandInnen die untersuchten Signale aus FußgängerInnenperspektive in einem Parkplatzsetting. Die Bewertungen des Systems stiegen nach kurzen Interaktionssequenzen an, nach erlebten Systemfehlern sanken diese ab. Die Ergebnisse verdeutlichen die Relevanz einer adäquaten Systembeurteilung. Einerseits sollte die Bewertung des Systems dessen Nutzung ermöglichen, um potentielle Vorteile auszuschöpfen. Andererseits sollten aber auch andere Kommunikationssignale, wie Fahrzeugbewegungen, weiterhin als Informationsquelle in Interaktionen berücksichtigt werden, um potentiell sicherheitskritischen Situationen im Fall von Systemfehlfunktionen vorzubeugen. Da FußgängerInnen über 65 Jahren im Straßenverkehr durch altersbedingte Beeinträchtigungen besonders gefährdet sind, untersuchte die Studie außerdem Unterschiede in der Bewertung des Systems zwischen jüngeren (18 – 40 Jahren) und älteren ProbandInnen (≥ 65 Jahren). Generell bewerteten ältere ProbandInnen das System positiver als Jüngere. Allerdings passten Ältere ihre Systembewertung im Fall von erlebten Fehlfunktion auch weniger an, was besonders hohe sicherheitskritische Auswirkungen haben könnte, z.B. hinsichtlich längerer Reaktionszeiten auf nicht erwartete Fahrzeugbewegungen bei fehlerhaften Lichtsignalen.
Insgesamt unterstreichen die Ergebnisse der Dissertation die Notwendigkeit einer menschzentrierten Produktenwicklung in Bezug auf die Implementierung spezifischer Fahrparameter, sowie potentieller zusätzlicher Lichtkommunikationssignale in AF. Konkret zeigen die Ergebnisse, dass verschiedene Einflussfaktoren für vorhersehbare und intuitive AF-Fahrparameter berücksichtigt werden sollten. Außerdem konnte gezeigt werden, dass zusätzliche Lichtsignale in AF ein generelles Potential zur Unterstützung zukünftiger Interaktionen im Straßenverkehr haben. Nachfolgende Forschung sollte weitere Verkehrsszenarien und Einflussfaktoren auf Interaktionen im Straßenverkehr und AF untersuchen, sowie die Bedürfnisse spezifischer NutzerInnengruppen genauer beleuchten. Insgesamt kann die Arbeit dazu beitragen, Anforderungen und Voraussetzungen für vorhersehbare und intuitive Interaktionen in AF besser zu verstehen. Verschiedene theoretische Konzepte und Annahmen der Mensch-Maschine-Interaktion im Allgemeinen können auch auf AF und Lichtsignale als potentielles zusätzliches Kommunikationsmittel angewendet werden. Weiterhin können aus den Ergebnissen der Dissertation verschiedene Strategien und praktische Maßnahmen für die Gestaltung von vorhersehbaren und intuitiven AF-Interaktionsverhalten mit manuellen Verkehrsteilnehmenden abgeleitet werden, welche sich positiv auf die Nutzung und Akzeptanz von AF auswirken könnten.:Danksagung
Zusammenfassung
Summary
Table of contents
Synopsis
1 Introduction
2 Interactions in road traffic
2.1 Defining interactions in road traffic
2.2 Joint activities in road traffic
2.3 Situation awareness in road traffic
2.4 Shared spaces as interactional space for different traffic participants
3 Communication in road traffic
3.1 Models for describing communication in road traffic
3.2 Implicit communication in road traffic
3.3 Explicit communication in road traffic
4 Vehicle automation
4.1 Levels of vehicle automation
4.2 Challenges in automated driving
5 Enabeling AVs for predictable interactions in mixed road traffic
5.1 HMI framework in AVs
5.2 Dynamic human-machine interfaces (dHMIs)
5.3 External human-machine interfaces (eHMIs)
6 Research objectives of the dissertation
6.1 Research objective 1: Examining and deriving manual drivers’ gap acceptance parameters when initiating parking actions as a basic orientation for intuitively initiating parking maneuvers in AVs
6.2 Research objective 2: Assessing abstract eHMI signals as additional means of communication in AVs by incidental users in a shared space setting
6.3 Research objective 3: Investigating participants’ eHMI assessment considering interaction experience with the system and multiple malfunctions of the system
6.4 Research objective 4: Examining differences in eHMI assessment between younger and elderly pedestrians
6.5 Integration of conducted studies of the thesis into the HMI framework by Bengler et al. (2020)
7 Overview of the applied methodology
7.1 Laboratory studies
7.2 Wizard-of-Oz study
8 Main results and discussion
8.1 Main findings and discussion regarding gaps in traffic flow for coordinating encounters
8.2 Main findings and discussion regarding eHMIs as potential additional means of communication in AVs
9 Implications
9.1 Theoretical considerations
9.2 Practical implications
10 Conclusion
11 References
Paper I
Paper II
Paper III
Curriculum Vitae
Publication
The Chern character of theta-summable Cq-Fredholm modules
No full textIn this thesis, we develop a framework that generalizes the previously known notions of theta-summable Fredholm modules to the setting of locally convex dg algebras. By introducing an additional action of the Clifford algebra, we may treat the even and odd cases simultaneously. In particular, we recover the theory developed by Güneysu/Ludewig and extend the definition of odd theta-summable Fredholm modules to the differential graded category. We then construct a Chern character, which serves as a differential graded refinement of the JLO cocycle, and prove that it has all the expected analytical and homological properties. As an application, we prove an odd noncommutative index theorem relating the spectral flow of a theta-summable Fredholm module to the pairing of the Chern character with the odd Bismut-Chern character in entire (differential graded) cyclic homology, thereby extending results obtained by Güneysu/Cacciatori and Getzler
Software Architecture for Real-Time Image Analysis in Autonomous MAV Missions
No full textThis thesis tackles the challenge of real-time image analysis in resource-constrained embedded systems, focusing specifically on Micro Aerial Vehicle (MAV) applications. The primary objective of this research is to design a software architecture that integrates features like modularity, real-time capabilities, robustness, and adaptability to meet the demands.
The study proposes a unique software architecture based on blackboard and microservices architectures, that facilitates the key strengths from both paradigms, while mitigating their individual limitations. Additionally, it leverages shared memory inter-process communication mechanism for implementing centralized knowledge base of the blackboard, and realizing the API of the microservices architecture. The computer vision system tasks are decomposed into smaller pieces, and developed and implemented as loosely coupled individual software components.
The thesis contribution lies in an efficient architecture for real-time image analysis on safety-critical and resource-constrained MAV platforms. The architecture provides an efficient and real-time-capable backbone and offers modularity and reusability for diverse applications.:1. Introduction
2. Fundamentals
3. Literature Review
4. Conceptualization of Real-Time Software Architecture
5. Implementation
6. Test and Evaluation
7. Conclusion and Future Scope
Appendi
Die europäische Förderpolitik der Grenzregionen und deren öffentliche Institutionen: - eine Nachfrage-, Zugangs- und Angebotsanalyse -
No full textDie Arbeit mit dem Titel „Die europäische Förderpolitik der Grenzregionen und deren öffentliche Institutionen - eine Nachfrage-, Zugangs- und Angebotsanalyse -“ thematisiert die europäische Förderpolitik von Grenzregionen als Anreiz und Bestandteil der Regionalentwicklung in eben jenen; gestaltet und ausgeführt durch die öffentlichen Institutionen vor Ort.
Den Hintergrund der Arbeit stellen die Evaluationen zur wirtschaftlichen, sozialen und territorialen Zusammenarbeit der EU-Mitgliedstaaten und die erstmals transparente(re) Kommunikation der europäischen Institutionen zu den zugrunde gelegten Allokationsmechanismen und -kriterien im Zuge der Verhandlungen zum aktuellen Mehrjährigen Finanzrahmen der EU (MFR) dar. Neben der Tatsache, dass Grenzregionen grundsätzlich weitere Aufgaben als Binnenregionen übernehmen, ist augenfällig, dass diese bislang nur teils politisch, indes nicht wesentlich und realalltäglich, hierin unterstützt wurden. Gleichzeitig postulieren die europäischen Institutionen, dass Grenzregionen als sog. Reallabor die grenzüberschreitende, transnationale und interregionale Zusammenarbeit im Rahmen einer integrierten und harmonischen Regionalentwicklung maßgeblich steuern – und offensichtlich ist das „Konstrukt“ der Grenzregion selbst noch nicht erfasst. Diese Arbeit möchte einen Beitrag zum grundlegenden Verständnis dieser Regionen und zur Optimierung von europäischen Unterstützungsinstrumenten leisten.
So ist es Ziel der Arbeit, zu prüfen, ob also jene Grenzregionen durch die europäische Förderpolitik optimal gefördert werden – insbesondere deren lokale öffentliche Institutionen (Gemeinden, Städte, Landkreise und Bezirke), da sie grundlegende Rahmenbedingungen für Unternehmen und Individuen setzen und in dieser tragenden Rolle ferner bislang kaum Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen, so etwa auch bei der Bewältigung von Grenzphänomenen, darstellen.
Demnach teilt sich die Dissertation nach einer Begriffsbestimmung (Kapitel 2) und einem theoretischen Grundlagenteil (Kapitel 3) in drei Analysebereiche auf: Bedarfe von Grenzregionen und ihren öffentlichen Institutionen (Kapitel 4), Wohlfahrtsmaxime der EU und Systematik der Fördermittelzuweisungen (Kapitel 5) sowie konkrete europäische Förderinstrumente (Kapitel 6) und ein zusammenfassender Teil zu weiterführenden Forschungsansätzen (Kapitel 7).:Abbildungsverzeichnis IX
Abkürzungsverzeichnis X
1 Einleitung 1
1.1 Problemstellung und Relevanz der Arbeit 1
1.2 Zielsetzung und Untersuchungsaufbau 3
2 Begriffsabgrenzungen und theoretische Grundlagen I 7
2.1 Region und Grenzregion 7
2.1.1 Präliminarien 7
2.1.2 Definition Raum und Region 9
2.1.3 Definition der Grenzregion - die Bedeutung von Grenzen 17
2.2 Öffentliche Institutionen 20
2.2.1 Öffentliche Verwaltungen 20
2.2.2 Daseinsvorsorge 22
2.2.3 Öffentliche Unternehmen 23
2.2.4 Öffentliche Kammern und Verbände 23
2.3 Europäische Förderpolitik der (Grenz-)Regionen 24
2.3.1 Europäische Kohäsionspolitik 25
2.3.2 Grundbegrifflichkeiten der Förderpolitik 26
2.4 Optimalität und Wohlfahrt 28
2.4.1 Fördermittelmarkt 30
2.4.2 Öffentliche Institutionen und regionale, soziale Wohlfahrt 32
3 Theoretische Grundlagen II 36
3.1 WO: Theoretische Wirtschaftsgeografie 36
3.1.1 VON THÜNEN: Theorie der Landnutzung 37
3.1.2 CHRISTALLER: Theorie der zentralen Orte 38
3.1.3 DICKEN und LLOYD, SCHÄTZL: Raumwirtschaftlicher Ansatz 42
3.1.4 KRUGMAN, BATHELT und GLÜCKLER: New Economic Geography 48
3.1.5 Zusammenfassung und kritische Betrachtung 51
3.2 WER: Stakeholdertheorie 54
3.2.1 FREEMAN et al.: Was sind Stakeholder? 55
3.2.2 DONALDSON und PRESTON: Taxonomie 58
3.2.3 MITCHELL, AGLE and WOOD: Macht, Legitimität und Dringlichkeit 59
3.2.4 Erkenntnisse und kritische Betrachtung 63
3.3 WAS: Wohlfahrtstheorie und Europäische Förderpolitik 65
3.3.1 RAWLS: Theorie der Gerechtigkeit 66
3.3.2 SEN: Gleichheit und Ungleichheit 68
3.3.3 EU: Beseitigung von Ungleichheiten 69
3.3.4 Erkenntnisse und kritische Betrachtung 73
3.4 WIE: Zugangstheorie 74
3.4.1 RIBOT und PELUSO: A Theory of Access 75
3.4.2 Zugangstheorie und europäische Förderpolitik 77
3.4.3 Erkenntnisse und kritische Betrachtung 78
3.5 FAZIT: Erkenntnisse der theoretischen Betrachtungen 80
4 Determinanten zur Steigerung der regionalen Wohlfahrt: Die Nachfrageseite 83
4.1 Methodisches Vorgehen 83
4.2 Bedarfe I: Mitwirkung bei der (übergreifenden) Regionalentwicklung 85
4.2.1 Grenzregionen als Grenzkorridore 86
4.2.1.1 Datengrundlagen 86
4.2.1.2 Grenzüberschreitender europäischer Datenaustausch 87
4.2.2 Spezifika unterschiedlicher Nachbarstaaten 88
4.2.2.1 Rechtsrahmen 88
4.2.2.2 Administrative Formalia 89
4.2.2.3 Sprachbarrieren 90
4.2.3 Bedeutung innerstaatlicher Grenzen 90
4.2.3.1 Einbeziehung lokaler öffentlicher Institutionen 91
4.2.3.2 Verwaltungsgrenzen überschreitende Systemanbindungen 92
4.2.4 Infrastrukturen in der Grenzregion 92
4.2.4.1 Grenzüberschreitende öffentliche Infrastruktur 93
4.2.4.2 Grenzpendler 95
4.2.5 Urbane vs. rurale Regionen 96
4.2.5.1 Rurale Region als Lebensraum 96
4.2.5.2 Fokus urbane Regionen 98
4.2.6 Art der ländlichen (ruralen) Region 98
4.2.6.1 Gebiete des Naturschutzes 99
4.2.6.2 Land- und Forstwirtschaft 100
4.3 Bedarfe II: Wirken der öffentlichen Institution nach Außen und Innen 101
4.3.1 Die öffentliche Institution im Außen 102
4.3.2 Die öffentliche Institution im Innen 106
4.3.2.1 Ressourcen 107
4.3.2.2 Prozesse, Strukturen und Inhalte 109
4.4 Zusammenfassung 111
5 Maxime zur Steigerung der regionalen Wohlfahrt: Der Zugang 114
5.1 Zugang I: Maxime der Gleichwertigkeit 114
5.1.1 Betrachtung der Grenzregionen auf NUTS-2-Ebene 115
5.1.2 Fördermittelzuweisung in der Theorie 117
5.1.3 Fördermittelzuweisung in der Praxis 119
5.1.4 Erkenntnisse zum Optimum und zu den Wohlstandsindikatoren 124
5.1.4.1 Wohlfahrtsoptimum der Gleichwertigkeit 125
5.1.4.2 Regionale ökonomische, soziale und ökologische Indikatoren 128
5.2 Zugang II: Maxime der Beteiligung 133
5.3 Zusammenfassung 136
6 Programme zur Steigerung der regionalen Wohlfahrt: Die Angebotsseite 140
6.1 Methodisches Vorgehen 140
6.2 Direkte Förderung der Grenzregionen und der öffentlichen Institutionen: Interreg 142
6.2.1 Einbettung in den Mehrjährigen Finanzrahmen der EU 142
6.2.2 Rechtsrahmen, finanzielle und thematische Prioritäten 144
6.2.3 Die Aktionsbereiche 146
6.2.3.1 Interreg A: Grenzübergreifende Zusammenarbeit 147
6.2.3.2 Interreg B: Transnationale Zusammenarbeit 148
6.2.3.3 Interreg C: Interregionale Zusammenarbeit 151
6.2.3.4 Interreg D: Zusammenarbeit in Gebieten in äußerster Randlage 152
6.2.4 Kritische Analyse zu Bedarfen und Zugang 153
6.2.4.1 Förderberechtigte Grenzregionen 153
6.2.4.2 Förderung und Interventionskategorien 155
6.2.4.3 Zuordnung zu Interventionskategorien 156
6.2.4.4 Netzwerke 159
6.2.4.5 Bedarfe II und Zugang II: Arbeitssprache Englisch 162
6.2.5 Optimierungspotentiale 162
6.2.5.1 Erfassung von Grenzregionen 162
6.2.5.2 Erweiterte Interventionskategorien 164
6.2.5.3 Regionale Verwaltungsbehörden 166
6.2.5.4 Übertragbarkeit von Erfahrungen 167
6.2.5.5 Bessere Governance 168
6.3 Indirekte Förderung der Grenzregionen und der öffentlichen Institutionen 169
6.3.1 Förderprogramme für alle Regionen 169
6.3.1.1 Förderung via ESIF 169
6.3.1.2 Förderung via ELER 171
6.3.2 Sonstige Förder- oder Unterstützungsangebote 174
6.4 Zusammenfassung 175
7 Fazit und Ausblick 179
7.1 Fazit zu den Erkenntnissen und Formulierung von Handlungsansätzen 179
7.2 Weiterführende Forschungsansätze und Ausblick 186
Literaturverzeichnis XII
Anhang XXX
Optimierung der Nahwärmeversorgung mit Wärmepumpen-Speicher-Systemen
No full textDiese Arbeit stellt die theoretischen Untersuchungen für ein ausgewähltes Wärmepumpen-Speicher-System zur emissionsneutralen Wärmeversorgung eines Quartiers vor. Dabei dient ein Fernwärme-Rücklauf als Wärmequelle für die Wärmepumpen. Die Stromversorgung (u. a. Antriebsenergie) kann sowohl durch erneuerbaren (PV, Wind) als auch konventionellen Strom erfolgen. Zur Abbildung des Systems kamen die Programme TRNSYS und MATLAB mit Solver CPLEX zum Einsatz. Von besonderem Interesse waren die optimale Dimensionierung und der optimale bzw. flexible Betrieb der Anlage. Das Anlagenkonzept mit dem Wärmespeicher ermöglicht eine signifikante Reduktion der CO2-Emissionen sowie eine Senkung der Wärmegestehungskosten bis zu 17,7 % gegenüber einer Referenzauslegung ohne einen Wärmespeicher. Zur Gewährleistung einer hohen Anlagenflexibilität im Betrieb inklusive der Versorgungssicherheit des Quartiers ist ein relativ großer Wärmespeicher mit einem Volumen größer als 30 m³ vorteilhaft und praktisch umsetzbar. Dieses System ermöglicht es kurzfristige (wenige Minuten) und langfristige (saisonale) Schwankungen seitens der erneuerbaren Stromversorgung aufzunehmen und in eine sichere/bedarfsgerechte Wärmeversorgung zu überführen.:1 Einleitung
2 Referenzquartier und -system
3 Transiente Simulation des Wärmepumpen-Speicher-Systems
4 Modell zur Erzeugereinsatzoptimierung
5 Untersuchungen zum praktischen Einsatz vom MATLAB/CPLEX-Modell
6 Flexibilitätspotential
Anhan
Materialcharakterisierung für die Simulation der Handhabung von Textilien
No full textFür die Handhabung von Textilien mit unterschiedlichen Greifern sind diverse
Parameter entscheidend wie Luftdurchlässigkeit, Biegesteifigkeit, Querkompression,
Elastizität, Feuchtigkeitsaufnahme usw. Die Simulation von Handhabungsprozessen ist mit
Hilfe von mechanischen, termischen, strömungs- oder multiphysikalischen FEM-Verfahren
möglich. Diese erfordern jedoch eine vollständige Materialcharakteristik.
Diese Arbeit zeigt eine systematisierte Analyse der Daten und einige Probleme bei der
klaren Definition und reproduzierbaren Ermittlung, die aus der Biegeweichheit, unklaren
Querschnitten der Textilien und einer großen Anzahl frei abstehender Faserende auf der
Produktoberfläche resultieren.For the handling of cloth with different grippers, parameters like air permeability,
compressibility, elasticity, moisture absorption, etc. The simulation of handling processes
is possible with the aid of mechanical, thermal, flow or multiphysical FEM methods.
However, these require complete material characteristics.
This work shows a systematised analysis of the data and some problems in the clear
definition and reproducible determination resulting from the bending softness, unclear
cross-sections of the textiles and a large number of freely protruding fibre ends on the
product surface
Designing novel Zn-MnO2 microbatteries with boosted energy density and reversibility
No full textAs microfabrication techniques stepped into the millimeter and sub-sub-millimeter scale world, a large amount of microelectronics has been developed and even commercialized. Microbatteries are considered as the important components to continuously power microelectronics without interruption. Over past few decades, a great deal of research have been devoted into the development of microbatteries with high energy density, long cycling life and minimum footprint area. These researches mainly focus on the fabrication procedure, which contributes to reducing the footprint area. However, the battery chemistry investigation and optimization are always ignored, which have great impact on the microbatteries performances. How to take the battery chemistry into account when shrinking the size of microbatteries is a huge challenge. To take up the challenge, applying the energy-dense materials into the three-dimensional microstructures could be a direct strategy. Among different three-dimensional microstrucutres, Swiss-roll microtube was proven as an effective way to improve the energy density without influencing the electrochemical kinetics. As for the material choice, the Zn-MnO2 aqueous system with high theoretical capacity and safe working environment is a good candidate for microbatteries. More importantly, fabrication and modification of both the electrode and electrolyte is compatible with standard microfabrication process in the atmosphere. Based on this, Zn anode is modified by a photolithgraphable electrolyte with small-molecular stabilizer, while the MnO2 cathode is modified by the zincophilic binder. Then the Swiss-roll three-dimensional structure is elaborately designed through the strain-engineering rolled-up technology to accommodate the energy-dense and highly reversible materials. As the results, the gap between bulky and microscale batteries is successfully bridged
Production and Perception of non-native English in China: Focus on Sociophonetic Variation by Humans and Artificial Agents
Get PDFThis cumulative dissertation investigates features of sociolinguistic variation in spoken English by non-native humans and agents. It presents a thorough summary and systematization of previous research on Chinese English, a quantitative analysis of the Chinese English vowel spaces of speakers from Guangdong, Guangxi and Yunnan, a quantitative analysis of durational variation of speakers from different inner, outer, and expanding circle varieties of English, and a study of sociophonetic variation by a pedagogical agent. Furthermore, the thesis proposes a linguistically based quality metric for text-to-speech systems
Entwicklung des selbstregelnden Drückwalzens
No full textDie Verbesserung der Energie- und Ressourceneffizienz stellt eine zentrale Aufgabe für die Produktionstechnik dar. Inkrementelle Verfahren wie das Drückwalzen weisen bereits aufgrund ihres Prozessprinzips ein hohes Potenzial zur Ressourceneffizienz auf. Allerdings besitzen diese Verfahren eine Vielzahl von Einflussfaktoren auf das Prozessergebnis, die zudem in Wechselwirkung zueinander stehen. Die Folge schwankender Prozesseinflussgrößen (z. B. Chargenschwankungen oder variierende Halbzeuggeometrie) ist häufig Bauteilausschuss, der sich aufgrund der meist kleinen bis mittleren Losgrößen stärker auf die Produktivität auswirkt.
Die Weiterentwicklung von gesteuerten zu selbstgeregelten Umformprozessen mit Prozessrückkopplung bietet ein großes Potential zur Verbesserung der Ressourceneffizienz. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Grundlagen und Vorgehensweise zur Realisierung des selbstregelnden Drückwalzens erarbeitet. Nach der Analyse und Bewertung von Störungen auf die Prozesseinflussgrößen erfolgt die Definition eines Referenzzustandes und von Störszenarien. Auf Basis experimenteller Untersuchungen wird der Referenzzustand analysiert und ein digitaler Zwilling des Drückwalzprozesses entwickelt. Mit dessen Hilfe erfolgt die Bewertung der Störszenarien. Anschließend wird ein methodisches Vorgehen vorgestellt, mit dem das selbstregelnde Drückwalzen beliebiger Zielgrößen entwickelt werden kann. Im digitalen Zwilling werden zusätzlich ein virtueller Sensor, der Regelalgorithmus und die Aktordynamik integriert und damit die Selbstregelung für eine Prozessgröße und ein Prozessergebnis ausgelegt und untersucht. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wurde das selbstregelnde Drückwalzen erstmals erfolgreich experimentell umgesetzt. Die in der Arbeit vorgestellten Ergebnisse zeigen eine signifikante Reduzierung des Einflusses von Prozessstörungen auf das Prozessergebnis durch die Selbstregelung.Improving energy and resource efficiency is also a key challenge for production technology. Incremental processes such as flow-forming already have a high potential for resource efficiency due to their process principle. Flow-forming has a large number of influencing process parameters that also interact with each other. Fluctuating process parameters (e.g. batch fluctuations or varying semi-finished product geometry) can result in component scrap, which has a major influence on productivity due to the mostly small to medium batch sizes. The further development of controlled to self-controlled forming processes with process feed-back offers great potential for improving resource efficiency. In this thesis, the basics and the procedure for the realization of self-controlled flow-forming are developed. After the analysis and evaluation of disturbances on the process influencing variables, a reference state and disturbance scenarios are defined. The reference state is analyzed on the basis of experimental investigations and a digital twin of the flow-forming process is developed. This is used to evaluate the disturbance scenarios. Subsequently, a methodical procedure is presented to develop self-controlled flow-forming of any process parameter or process result. A virtual sensor, the control algorithm and the actuator dynamics are also integrated into the digital twin to design and investigate the self-control for a process parameter and a process result. Based on the knowledge gained, self-controlled flow-forming was successfully implemented experimentally for the first
time. The results show a significant reduction of the influence of process disturbances on the process results
Prozesseinflussgrößen zum Fließlochformen in Holzwerkstoffe
Get PDFIn der vorliegenden Arbeit wird ein spanloses und umformendes Verfahren zur Erzeugung von Durchgangslöchern mit einer lokalen Dichteerhöhung untersucht. Der Ansatz beruht auf dem Fließlochformen aus der Metalltechnik. Im Bereich der Holztechnik findet dieser Ansatz noch keine Anwendung. Im Umfang der Arbeit werden für den Prozess relevante Grundlagen erläutert sowie die Prozesseinflussfaktoren für das Verfahren aufgedeckt und angepasst. Es werden Berechnungsansätze u. a. für die Abschätzung der auftretenden Axialkraft und der vom Dorn wirkenden Kräfte auf den Werkstoff aufgestellt. Es erfolgen Untersuchungen in statischen Versuchen ohne rotierenden Dorn und dynamische Versuche mit rotierendem Dorn. Untersuchte Einflüsse sind z. B. die Axialkraft, der Spitzenwinkel, die Rauheit, der Dorndurchmesser, der Einfluss des verdrängten Volumens, die Temperatur, die Dorndrehzahl und die Prozesszeit. Die aufgedeckten Einflüsse werden sukzessiv nacheinander untersucht und positive Einflussgrößen für die nachfolgenden Untersuchungen übernommen. Ebenso werden ausgewählte Auswirkungen in der praktischen Anwendung aufgezeigt.:Bibliografische Beschreibung 3
Kurzzeichenverzeichnis 9
Anmerkungen zur Arbeit 15
1 Einführung 17
1.1 Einleitung 17
1.2 Ausgangssituation 18
1.3 Zielstellung 20
1.4 Lösungsweg 21
1.5 Abgrenzung der Arbeit 21
2 Holztechnologische Grundlagen 23
2.1 Aufbau und Anatomie 23
2.1.1 Makroskopischer Aufbau 23
2.1.2 Mikroskopischer Aufbau 25
2.1.3 Chemischer Aufbau 27
2.2 Technische Begrifflichkeiten 28
2.2.1 Anisotropie und Inhomogenität 28
2.2.2 Feuchte- und Wassergehalt 29
2.2.3 Quellen und Schwinden 30
2.2.4 Spaltfestigkeit 30
2.2.5 Nagelfestigkeit 31
2.2.6 Lochleibungsfestigkeit von Nagelverbindungen 31
2.2.7 Platten und Scheibenbeanspruchung 32
2.2.8 Druckfestigkeit und Verdichtung 33
2.2.9 Faser-Last-Winkel 33
2.2.10 Dichte 35
2.2.11 Holzhärte 37
2.2.12 Thermische Eigenschaften 41
2.2.13 Rheologische Eigenschaften 43
2.3 Furnierwerkstoffe 45
3 Stand der Technik 51
3.1 WVC in technischen Anwendungen 51
3.2 Verbindungen in der Holztechnik als WVC-Anwendung 52
3.3 Umformende Prozesse bei Holzwerkstoffen 56
3.4 Bohren bei Holzwerkstoffen 58
3.5 Fließlochformen 60
3.5.1 Fließlochformwerkzeug 60
3.5.2 Prozess des Thermofließlochformens 62
3.5.3 Wärmeübergang und Materialverhalten 64
3.5.4 Thermomechanisches Ausformfügen 65
4 Auswertungsmethodik und statistische Betrachtung 67
5 Fließlochformen in Holzwerkstoffe 71
5.1 Verfahrensansatz 71
5.2 Plattenmodelle 72
5.3 Dornmodell 78
5.4 Rechnerisches Modell 87
5.5 Dorndurchmesser 91
5.6 Vorbohrung 91
5.7 Dornzieldrehzahl 91
5.8 Einflussfaktoren auf den Fließlochformprozess 92
5.8.1 Werkzeug 93
5.8.2 Temperatur 93
5.8.3 Feuchtigkeit 94
5.8.4 Verdrängtes Volumen 95
5.8.5 Werkstoff 95
6 Versuchswerkstoff 97
6.1 Furnierwerkstoff 97
6.2 Dimension 98
6.3 Konditionierung 98
6.4 Feuchtegehalt 99
6.5 Rohdichte 100
7 Druckversuche 101
7.1 Vorbetrachtung 101
7.2 Durchführung 102
7.3 Ergebnisse 103
8 Statische Versuche 105
8.1 Vorbetrachtung 105
8.2 Durchführung 108
8.3 Auswertung 110
8.3.1 Spitzenwinkel 110
8.3.2 Rauheit 113
8.3.3 Durchmesser 113
8.3.4 Verdrängtes Volumen 114
8.3.5 Temperatur 116
8.3.6 Lochrückformung 118
8.3.7 Dichtebestimmung der Messreihen 119
8.3.8 Gewichtsdifferenz 120
8.3.9 Beidseitiges Eindringen 120
8.4 Mikroskopische Analyse 122
8.5 Modell und Versuch 124
8.6 Fazit 126
9 Dynamische Versuche 127
9.1 Ablauf 127
9.2 Vorversuche 127
9.3 Fließlochformautomat 129
9.4 Werkzeuge 131
9.5 Auswertung 132
9.5.1 Drehzahl 132
9.5.2 Axialkraft 133
9.5.3 Hubzahl 136
9.5.4 Prozesszeit 136
9.5.5 Abstand 137
9.5.6 Werkstoffeinfluss 139
9.5.7 Lochrückformung 141
9.5.8 Dichte 142
9.5.9 Gewichtsdifferenz 142
9.5.10 Maßhaltigkeitsuntersuchung 142
9.6 Mikroskopische Analyse 144
9.7 Modell und Versuch 147
10 Auswirkung auf die Praxis 149
10.1 Vorspannkraftabfall 149
10.2 Muffenauszugskraft 153
10.3 Fließlochformen in der Praxis 154
11 Fazit 157
12 Ausblick 161
13 Quellenverzeichnis 163
14 Abbildungsverzeichnis 169
15 Tabellenverzeichnis 175
Anlagen 177In the present work, a non-cutting and forming process for the production of through holes with a local density increase is investigated. The approach is based on flow drill technology from metal technology. This approach is not yet applied in the field of wood technology. In the scope of the work, fundamentals relevant to the process are explained, and process influencing factors for the process are uncovered and adjusted. Calculation approaches are used, e. g. for estimating the occurring axial force and the forces acting on the material from the mandrel. Static tests without rotating mandrel and dynamic tests with rotating mandrel are carried out. Influences investigated include axial force, point angle, roughness, mandrel diameter, influence of displaced volume, temperature, mandrel speed and process time. The revealed influences are successively investigated one by one and positive influence variables are adopted for the subsequent investigations. Likewise, selected effects in practical application are shown.:Bibliografische Beschreibung 3
Kurzzeichenverzeichnis 9
Anmerkungen zur Arbeit 15
1 Einführung 17
1.1 Einleitung 17
1.2 Ausgangssituation 18
1.3 Zielstellung 20
1.4 Lösungsweg 21
1.5 Abgrenzung der Arbeit 21
2 Holztechnologische Grundlagen 23
2.1 Aufbau und Anatomie 23
2.1.1 Makroskopischer Aufbau 23
2.1.2 Mikroskopischer Aufbau 25
2.1.3 Chemischer Aufbau 27
2.2 Technische Begrifflichkeiten 28
2.2.1 Anisotropie und Inhomogenität 28
2.2.2 Feuchte- und Wassergehalt 29
2.2.3 Quellen und Schwinden 30
2.2.4 Spaltfestigkeit 30
2.2.5 Nagelfestigkeit 31
2.2.6 Lochleibungsfestigkeit von Nagelverbindungen 31
2.2.7 Platten und Scheibenbeanspruchung 32
2.2.8 Druckfestigkeit und Verdichtung 33
2.2.9 Faser-Last-Winkel 33
2.2.10 Dichte 35
2.2.11 Holzhärte 37
2.2.12 Thermische Eigenschaften 41
2.2.13 Rheologische Eigenschaften 43
2.3 Furnierwerkstoffe 45
3 Stand der Technik 51
3.1 WVC in technischen Anwendungen 51
3.2 Verbindungen in der Holztechnik als WVC-Anwendung 52
3.3 Umformende Prozesse bei Holzwerkstoffen 56
3.4 Bohren bei Holzwerkstoffen 58
3.5 Fließlochformen 60
3.5.1 Fließlochformwerkzeug 60
3.5.2 Prozess des Thermofließlochformens 62
3.5.3 Wärmeübergang und Materialverhalten 64
3.5.4 Thermomechanisches Ausformfügen 65
4 Auswertungsmethodik und statistische Betrachtung 67
5 Fließlochformen in Holzwerkstoffe 71
5.1 Verfahrensansatz 71
5.2 Plattenmodelle 72
5.3 Dornmodell 78
5.4 Rechnerisches Modell 87
5.5 Dorndurchmesser 91
5.6 Vorbohrung 91
5.7 Dornzieldrehzahl 91
5.8 Einflussfaktoren auf den Fließlochformprozess 92
5.8.1 Werkzeug 93
5.8.2 Temperatur 93
5.8.3 Feuchtigkeit 94
5.8.4 Verdrängtes Volumen 95
5.8.5 Werkstoff 95
6 Versuchswerkstoff 97
6.1 Furnierwerkstoff 97
6.2 Dimension 98
6.3 Konditionierung 98
6.4 Feuchtegehalt 99
6.5 Rohdichte 100
7 Druckversuche 101
7.1 Vorbetrachtung 101
7.2 Durchführung 102
7.3 Ergebnisse 103
8 Statische Versuche 105
8.1 Vorbetrachtung 105
8.2 Durchführung 108
8.3 Auswertung 110
8.3.1 Spitzenwinkel 110
8.3.2 Rauheit 113
8.3.3 Durchmesser 113
8.3.4 Verdrängtes Volumen 114
8.3.5 Temperatur 116
8.3.6 Lochrückformung 118
8.3.7 Dichtebestimmung der Messreihen 119
8.3.8 Gewichtsdifferenz 120
8.3.9 Beidseitiges Eindringen 120
8.4 Mikroskopische Analyse 122
8.5 Modell und Versuch 124
8.6 Fazit 126
9 Dynamische Versuche 127
9.1 Ablauf 127
9.2 Vorversuche 127
9.3 Fließlochformautomat 129
9.4 Werkzeuge 131
9.5 Auswertung 132
9.5.1 Drehzahl 132
9.5.2 Axialkraft 133
9.5.3 Hubzahl 136
9.5.4 Prozesszeit 136
9.5.5 Abstand 137
9.5.6 Werkstoffeinfluss 139
9.5.7 Lochrückformung 141
9.5.8 Dichte 142
9.5.9 Gewichtsdifferenz 142
9.5.10 Maßhaltigkeitsuntersuchung 142
9.6 Mikroskopische Analyse 144
9.7 Modell und Versuch 147
10 Auswirkung auf die Praxis 149
10.1 Vorspannkraftabfall 149
10.2 Muffenauszugskraft 153
10.3 Fließlochformen in der Praxis 154
11 Fazit 157
12 Ausblick 161
13 Quellenverzeichnis 163
14 Abbildungsverzeichnis 169
15 Tabellenverzeichnis 175
Anlagen 17