Books in the Wissenschaftliche Reihe Fahrzeugtechnik Universitat Stuttgart series

Water injection is one of the most promising technologies to improve the engine combustion efficiency, by mitigating knock occurrences and controlling exhaust gas temperature before turbine. As result, the engine can operate at stoichiometric conditions over the whole engine map, even during the more power-demanding RDE cycles. Antonino Vacca presents a methodology to study and optimize the effect of water injection for gasoline engines by investigating different engine layouts and injection strategies through the set-up of a 3D-CFD virtual test bench. He investigates indirect and direct water injection strategies to increase the engine knock limit and to reduce exhaust gas temperature for several operating points.

Tunan Shen aims to increase the availability of powertrain systems for autonomous electric vehicles by improving the diagnostic capability for critical faults. Following the fault analysis of powertrain systems in battery electric vehicles, the focus is on the electrical and mechanical faults of the electric machine. A multi-level diagnostic approach is proposed, which consists of multiple diagnostic models, such as a physical model, a data-based anomaly detection model, and a neural network model. To improve the overall diagnostic capability, a decision making function is designed to derive a comprehensive decision from the predictions of various operating points and different models.

Jan Przewlocki provides a deep insight into the post-oxidation processes in an exhaust manifold of an SI engine. Besides the evaluation of 3D-CFD simulation results, tools are developed to evaluate them in a target-oriented way. In addition, a 1D post-oxidation simulation model was developed that is capable of reliably predicting post-oxidation effects within the exhaust manifold. This study shows the development process of the 1D model approach and elaborates its strengths and weaknesses.

To drastically reduce the emission of greenhouse gases, the development of future internal combustion engines will be strictly linked to the development of CO2 neutral fuels (e.g.

Chenyi Zhang analyzes the influences of moving ground simulation technique in wind tunnel tests. In his work, the classical investigations on vehicle shape parameters with fixed ground conditions are reviewed with modern moving ground simulation technique. The investigations are performed by means of CFD simulations and model scale wind tunnel tests at IFS, University of Stuttgart. The shape parameters of two reference vehicles - the DrivAer and the AeroSUV model with notchback, fastback and estate back - are varied and investigated. The author presents different results in drag and lift for the varied geometry parameters. The classical results of the parametric study on the vehicle basic shapes for vehicle aerodynamics could be complemented with the findings of the present research.

Sebastian Hann describes the development of a quasi-dimensional burn rate model that enables the prediction of a fuel variation, without the need for a recalibration of the model. The model is valid for spark-ignition combustion engines powered by conventional and carbon-neutral fuels. Its high predictive ability was achieved by modeling the fuel-dependent laminar flame speed based on reaction kinetics calculations. In addition, the author discards a fuel influence on flame wrinkling by performing an engine measurement data analysis. He investigates the fuel influence on engine knock and models it via ignition delay times obtained from reaction kinetics calculations.

Alexander Ahlert präsentiert ein erweitertes, modellbasiertes Regelungskonzept für einen Gesamtfahrzeug-Dynamikprüfstand. Dieser Prüfstand ermöglicht es erstmals, die Längs-, Quer- und Vertikaldynamik von Fahrzeugen unter Laborbedingungen ganzheitlich zu untersuchen. Der Autor befasst sich hierbei mit einer ausführlichen Analyse der Übereinstimmung zwischen der Fahrzeugdynamik auf dem Prüfstand und auf der Straße. Das im Rahmen der Arbeit entwickelte Regelungskonzept versetzt den Prüfstand theoretisch in die Lage, die Fahrzeugdynamik mit höchster Übereinstimmung zum dynamischen Verhalten auf der Straße zu analysieren.¿Der Autor:Alexander Ahlert war wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart im Bereich Fahrzeugtechnik und Fahrdynamik. Seine Forschungsschwerpunkte lagen auf der systemdynamischen Analyse und Regelung des Fahrzeugdynamikprüfstands sowie der Modellierung und Simulation der dazugehörigen Systeme. Derzeit ist er in der Automobilindustrie im Bereich der Software- und Funktionsentwicklung für Fahrerassistenzsysteme und hochautomatisiertes Fahren tätig.

Omar Abu Mohareb proposes a novel dynamic inductor control (DIC) that can be generally applied to various DC-DC converter types.

Philipp Bergmeir works on the development and enhancement of data mining and machine learning methods with the aim of analysing automatically huge amounts of load spectrum data that are recorded for large hybrid electric vehicle fleets.

Despite the increasing interest in multidimensional combustion engine simulation from researchers and industry, the field of application has been restricted to stationary operating points for turbocharged engines.

Die Motorbetriebstemperatur hat einen wesentlichen Einfluss auf die Brennraumwandtemperatur, auf das Brennverfahren und damit auch auf die Entstehung der Stickstoffmonoxidemissionen. Massimiliano Sosio veranschaulicht, wie die NO-Emissionsmodelle diesen Temperatureinfluss beachten müssen, um die instationären NO-Emissionen während hochdynamischer Lastwechsel korrekt darstellen zu können. Er führt dies mithilfe von Emissionsmessungen mit sehr schnellen Abgasemissionsmessgeräten am Motorprüfstand während instationärer Vorgänge an einem PKW-Dieselmotor durch. Diese Betrachtung ist von hohem Wert für die heutige Auslegung von Motorbetriebsstrategien im Hybridverbund: Daher werden auch Trade-Off-Performance vs. Rohemissionen und SOI vs. Rohemissionen dargestellt.¿Der Autor:Massimiliano Sosio ist Entwicklungsingenieur bei einem mittelständischen Automobilzulieferer. Er promovierte am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart.

Tobias Miunske stellt einen neuartigen Bewegungsalgorithmus vor, der sich zur Laufzeit adaptiv an verschiedenartige fahrdynamische Szenarien anpasst. Der vorgestellte Algorithmus wird durch eine flachheitsbasierte prädiktive Vorsteuerung erweitert und so in seiner Parametrierung optimal ausgereizt. Dadurch wird bezüglich der längsdynamischen Bewegungswahrnehmung dem Fahrer eine äußerst realitätsnahe Fahrsimulation bereitgestellt.Der Autor:Tobias Miunske hat am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart promoviert. Er ist im Bereich Motion Control für vollbewegliche Fahrsimulatoren tätig. Außerdem beschäftigt sich seine Forschungsthematik mit der Trajektoriengenerierung für das automatisierte Fahren und dessen Analyse am Stuttgarter Fahrsimulator.

Der Fahrsimulator stellt ein entscheidendes Entwicklungswerkzeug dar, um in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses Kenntnisse über das System- und das Fahrzeugverhalten zu gewinnen. Mithilfe der Subjektivbewertung im virtuellen Fahrversuch testet Minh-Tri Nguyen einzelne Systeme und bewertet sie auf Gesamtfahrzeugebene. Der Autor realisiert Versuche der menschlichen Wahrnehmung im Fahrsimulator. Darauf aufbauend erarbeitet er eine Herangehensweise zur Verbesserung des Fahrkomforts. Konkret handelt es sich hierbei um die gekoppelte Gier- und Wankbewegung des Fahrzeugs, die bei höheren Geschwindigkeiten durch Straßenunebenheiten hervorgerufen wird.¿Der Autor:Minh-Tri Nguyen arbeitet derzeit als Systemingenieur im Bereich des autonomen Fahrens bei einem deutschen Automobilzulieferer. Er hat am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart promoviert.

Simon Malcher untersucht den durchgängigen Einsatz von Modellen im Entwicklungsprozess von Motorsport-Motoren. Dabei werden die Entwicklungsphasen tiefergehend analysiert, um die Modellanforderungen abzuleiten und eine übergreifende Modellarchitektur zu entwickeln. Mit beispielhaften Modellanwendungen aus den Entwicklungsphasen wird der Modelleinsatz verifiziert und die Durchgängigkeit validiert. Die 0D/1D-Motormodellierung wird detailliert vorgestellt, mit besonderem Fokus auf der Verbrennungsmodellierung. Darüber hinaus wird ein Ansatz zur Rundenzeitsimulation mit detaillierten Motormodellen aufgezeigt. Zudem wird die Modellentwicklung für die Echtzeitanwendungen ¿Driver-in-the-Loop Simulation¿ sowie ¿Hardware-in-the-Loop Simulation¿ zur modellbasierten Applikation ausführlich erläutert.Der Autor:Simon Malcher promovierte am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart in enger Zusammenarbeit mit der Motorsport-Motorenentwicklung eines deutschen Automobilherstellers. Heute ist er weiterhin in diesem Bereich tätig.