Das Fahrzeug

Zu Beginn des EHV-Projekts wurden die Zielwerte grob festgelegt. Wichtigster Punkt dieser Zielwerte ist eine hohe Flexibilität durch einen modularen Aufbau. Gemeinsam mit dem Vorhaben, das Fahrzeug auch auf öffentlichen Strassen zu betreiben, wurde ein torsionssteifer Basisrahmen entwickelt. An diesem Rahmen werden die unten näher erläuterten Module befestigt.

EHV

Die ersten Basis-Module des Fahrzeugs sind mit konventioneller Technik ausgestattet, so dass keine Gefahren aus Sicht der Geheimhaltung auftauchen. Unterteilt in die Rubriken Antrieb, Elektrik, Fahrwerk und Karosserie sind die technisch relevanten Themen aufgeführt. Übergreifende Themen und die Bearbeitung des maßstabsgetreuen 1:4 Modells sind am Ende aufgeführt.


Antrieb

Motor & Getriebe

Das Basis-Motor-Modul ist mit einem V8 4,2 l Otto-Motor ausgestattet.
Normalerweise wird dieser Serienmotor in Längsrichtung vor der Vorderachse verbaut. Das dahinter liegende 6-Gang Handschaltgetriebe treibt üblicherweise die Vorderräder an.
Beim EHV wird Motor und Getriebe soweit nach hinten verschoben, dass es ein Konzept mit Mittelmotor mit Heckantrieb wird.
Die mechanische Anbindung erfolgt über eine gedämpfte 3-Punkt-Lagerung am Rahmen.

Ein Allrad-Konzept wird zur Zeit erarbeitet.

Themen von Studienarbeiten:
Konstruktive Umsetzung der Motor- und Getriebeanbindung (SA fertiggestellt)
Konstruktive Gestaltung eines Antriebsmoduls (DA fertiggestellt)
Konstruktive Gestaltung eines alternativen Antriebsmoduls (SA fertiggestellt)


Die Anforderungen an das Abgasanlagen-Modul ergeben sich aus der neuen Position des Motors. Die gesamte Anlage muß verkürzt werden und dennoch den Geräusch-Vorschriften gerecht werden. Die Schalltöpfe sind so konstruiert, dass die innere Gestaltung mit wenigen Handgriffen ausgetauscht werden kann.

Themen von Studienarbeiten:
Konstruktive Gestaltung der Abgasanlage (SA fertiggestellt)
Konstruktive Überarbeitung und Umsetzung der Abgasanlage (SA fertiggestellt)


Abgasanlage
Schaltung

Unabhängig von jeglicher Serienvorstellung wurde ein Konzept entwickelt, das mit reinen Seilzügen arbeitet. Doch vor der Umsetzung wurde der Fertigungsaufwand geprüft und festgestellt, dass sich die Vorteile nicht rechnen werden.
In der umgesetzten Variante wird auf die bewährte Bowden-zug-Schaltung gesetzt die größtenteils aus Serienkomponenten besteht.
Durch kinematische Berechnungen wurde vorab ein sportlicheres Schaltgefühl angestrebt und bei der Umsetzung auch erreicht.

Themen von Studienarbeiten:
Konstruktive Gestaltung eines mechanischen Schaltsystems (SA fertiggestellt)
Konstruktive Optimierung des Schaltsystems (SA fertiggestellt)


Aus Sicht der Fahrdynamik wurde das Ziel gesteckt, den Kraftstoffvorrat möglichst im Schwerpunkt zu positionieren. Es ergab sich somit der Bereich direkt hinter dem Fahrer.
Weiterhin war die Anforderung, das größtmögliche Tankvolumen zu bestimmen und umzusetzen. Mit einem Fassungsvermögen von über 130 Litern ist auch diese Anforderung erfüllt worden.
Die Zweiteilung des Tanks und ein ausgetüfteltes Konzept ermöglicht den Ausbau einer Tankhälfte. Der so gewonnene Platz kann für weitere Messtechnik verwendet werden.

Themen von Studienarbeiten:
Konstruktive Gestaltung der Kraftstoffversorgung (SA fertiggestellt)


Tank
Kühlung

In der Konzeptphase des Projekts wurden ersten Überlegungen angestellt, ein möglichst "saubere" Unterbodenströmung zu erzielen. Ein wesentlicher Anteil würde auch der Kühler beitragen, wenn dessen Nachlauf nicht nach unten abgeleitet wird.
Daraus entwickelte sich ein zweigeteilter Kühler mit einer Kühlfläche von 0.32 m², der die Kühlleistung der meisten Motoren übernehmen kann.
Gleichzeitig zu der Kühlfunktion wird der Kühler zum Teil die unerfreuliche Aufgabe der Energieabsorbtion im Falles eines Crashs übernehmen.

Themen von Studienarbeiten:
Konstruktive Gestaltung der Kühlung (SA fertiggestellt)


Elektrik & Elektronik

Elektronik

Der zunehmende Anteil von Elektronik im Fahrzeugbau muss auch beim EHV berücksichtigt werden. Zum einen, da die Lehre sich auch auf diesen Bereich aktualisiert, und zum anderen werden mit diesem Bereich viele neue Zusammenhänge aktiv beeinflußbar, die vorher als gegeben hingenommen werden mussten.
Doch bevor ein bestehendes System verändert wird mussten intensive Recherchen durchgeführt werden, wie die einzelnen Komponenten miteinander arbeiten.

Themen von Studienarbeiten:
Konzeptgestaltung der Elektrik/Elektronik beim Aufbau eines Fahrzeugs (SA fertiggestellt)
Elektronische Funktionsprüfung der Antriebseinheit (SA fertiggestellt)


Kaum ein Fahrzeugsystem von aktuellen Fahrzeugen wird nicht mit einem Steuergerät versehen. Damit ist eine Vernetzung und eine Kommunikation der Einzelsysteme möglich, der Aufwand der Überarbeitung erhöht sich aber gleichzeitig mit.
Gerade bei der Gestaltung der Module ist das Einhalten der Modulschnittstellen von den Kooperationspartnern nicht gewährleistet. Über selbst programmierte Steuergeräte können diese Kommunikationsprobleme behoben werden.
Natürlich wird an einen aktiven Eingriff in die Fahrdynamik durch sinnvolle Steuerungen wird zur Zeit aktiv nachgedacht.

Themen von Studienarbeiten:
Implementierung von Steuergeräten (SA in Bearbeitung)


Steuergeräte
Fahrwerk

Radaufhängungen

Die konventionelle Umsetzung des ersten Fahrwerksmoduls erfolgt mit Doppelquerlenkerachsen und längs liegenden Federdämpferbeinen. Dabei wird eine progressive Federübersetzung mit einem Umlenkhebel realisiert.
Mit über 15 unabhängig einstellbaren Parametern ist diese Radaufhängung ideal geeignet, in der Lehre zur fahrdynamischen Abstimmung eingesetzt zu werden.
Es werden zur Vereinfachung der Erklärung Uniball-Gelenke eingesetzt, wobei der Komfort in dieser Achsvariante eine untergeordnete Rolle spielt.
Mit einer Bereifung von 245 bzw. 335 auf 20" Felgen ist das Fahrzeug auch für hohe Querdynamik gerüstet.

Die Untersuchung der Fahrdynamik ist das Hauptanwendungsgebiet es "Experimental Handling Vehicle", wie der Name schon sagt.

Themen von Studienarbeiten:
Abbildung eines vorhandenen Gitterrohrrahmenfahrzeugs mit dem MKS-Tool ADAMS/Car und Untersuchung der Kinematik (SA fertiggestellt)
Optimierung der Achskinematik eines vorhandenen Gitterrohrrahmens durch systematische Variation der Kinematikpunkte (SA fertiggestellt)
Konstruktive Gestaltung des Feder-Däpfersystems mit vertikaldynamischer Abstimmung (SA fertiggestellt)
Konstruktive Umsetzung einer Achskonstruktion (DA fertiggestellt)
Konstruktive Erarbeitung der Variantenvielfalt der bestehenden Achskonstruktion (SA fertiggestellt)
Konzepterarbeitung von alternativen Achsbauweisen (SA in Aussicht)
Konstruktive Gestaltung parametrisierter Radaufhängungen (SA fertiggestellt)
Konstruktive Anbindung der Radaufhängung unter Berücksichtigung der Kinematik (SA fertiggestellt)
Festigkeitüberprüfung von Querdynamischen Konstruktionselementen (SA fertiggestellt)
Festigkeitüberprüfung von vertikaldynamischen Konstruktionselementen (SA fertiggestellt)


Entkoppelt vom Antriebsmodul wird bei der Lenkung auf eine elektrohydraulische Unterstützung gesetzt. Es wurden Komponenten aus Serienfahrzeugen verwendet, damit bei diesem sicherheitsrelevanten System auch die Straßenzulassung nicht unnötig erschwert wird.

Themen von Studienarbeiten:
Konstruktive Anbindung eines Lenksystems beim Aufbau eines Fahrzeugs (SA fertiggestellt)
Umsetzung der Lenkung und Konzepterarbeitung für Stabilisatoren (SA fertiggestellt)


Lenkung

Bremsen

Das wohl wichtigste Sicherheitsbauteil bei einem Forschungsfahrzeug ist die Bremsanlage. In der Dimensionierung und Leistungsstärke ist kein Kompromiss eingegangen worden. Die elektronischen Systeme aus Serienfahrzeugen wie ESP und ABS können auch im EHV eingesetzt werden.
Die Anpassung dieser Systeme wird Kernstück vieler Studienarbeiten sein. Der Abstimmungsablauf kann dabei vom rein virtuellen bis hin zum Gesamtfahrzeug vorgenommen werden.

Themen von Studienarbeiten:
Konstruktive Gestaltung der Bremsanlage (SA in Bearbeitung)


Karosserie

Konstruktion Rahmen

Mit mehreren Iterationsschleifen wurde eine Gitterrohrrahmen entwickelt und aufgebaut, die den Anforderungen eines Forschungsfahrzeugs genügt. Darunter fallen zum Beispiel die schnelle Austauschbarbeit der einzelnen Module, eine hohe Torsionssteifigkeit, um fahrdynamische Interaktionen zu vermeiden, und die Sicherheitsaspekte zum Insassenschutz.
Als erschwerende Randbedingung wurde von Beginn an eine offene Roadster-Bauweise angestrebt, um die Anzahl von Türen und Klappen auf ein Minimum zu reduzieren.
Der gesamte Rahmenaufbau ist am Lehrstuhl mit studentischer Handarbeit geschehen. Obwohl ein optimales Gewicht nicht als Zielwert vorgegeben worden ist, sind die erzielten Werte im akzeptablen Rahmen.
Mit Anschraubebenen am Ramen im Bereich der Achsmodule ist eine hohe Flexibilität der Anbringung vorhanden. Erweiterungsmöglichkeiten ist durch die Wahl des Materials (Stahl) ohne großen Aufwand möglich.

Themen von Studienarbeiten:
Abbildung eines vorhandenen Gitterrohrrahmens mittels eines CAD-Tools (SA fertiggestellt)
Untersuchung und Optimierung eines vorhandenen Gitterrohrrahmens bezüglich Package und Steifigkeit (SA fertiggestellt)
Konstruktive Optimierung des Gitterrohrrahmens (SA fertiggestellt)
Strukturuntersuchung und Optimierung eines vorhandenen Gitterrohrrahmens mittels FEM-Tools (SA fertiggestellt)
Detailuntersuchung und Optimierung eines vorhandenen Gitterrohrrahmens mittels FEM-Vernetzung (SA fertiggestellt)


Ausgehend von einem bestehenden Design wurde die Verwendbarkeit für das EHV überprüft. Als Ergebnis wurde ein neues Design im EHV-Team entwickelt, das zur Zeit in Hardware umgesetzt wird. Dabei ist die enge Zusammenarbeit und der ästhetische Rat von einem professionellen Kfz-Designer unabdingbar.
Von den ersten Skizzen wurden 1:10 Modelle abgeleitet, die anschließend im Virtuellen auf die Packageverträglichkeit überprüft wurden. Dabei wird immer wieder das 3D Visualisierungstool einer Power-Wall herangezogen.

Themen von Studienarbeiten:
Konstruktive Gestaltung des Unterbodens und des Vorderwagens (DA fertiggestellt)
Konstruktive Gestaltung von Türen und des Hinterwagens (DA fertiggestellt)
Konstruktive Gestaltung einer kostengünstigen 3D Erfassung (DA fertiggestellt)
Konstruktiver Aufbau eines eigenständigen Funktionsdesigns (SA fertiggestellt)
Innenraumgestaltung mit Berücksichtigung der Fahrersicherheit (SA in Bearbeitung)


Konstruktion Karosserie

Aerodynamik

Gerade bei höheren Geschwindigkeiten ist die Aerodynamik ein wichtiger Bestandteil der Stabilität. Dazu wurde der Unterboden gezielt abgestimmt, um die Balance des Fahrzeugs beizubehalten und zusätzlich im gleichen Verhältnis Abtrieb zu erzeugen.
Validierungen im Windkanal der TUM (1:4) bestätigten Simulationen.
Auch die Randbedinguen wie Kühlerdurchströmung wurde mit 2,5 m³ pro Sekunde als Auslegungswert des Kühlermoduls errechnet.

Themen von Studienarbeiten:
Aerodynamische Gestaltung der Unterbodenverkleidung mit dem CFD-Tool STAR-CD (DA fertiggestellt)
Aerodynamische Überarbeitung des Designs mit dem CFD-Tool STAR-CD (DA in Bearbeitung)
Aerodynamische Validierung des überarbeiteten Designs im 1:4 Windkanal (DA in Bearbeitung)


Modell - StVZO - Package

Modell


Für Untersuchungen im Windkanal werden meist erst 1:4 Modelle untersucht, da somit die enormen Betriebskosten von großen Windkanäle reduziert werden können.
Auch für Forschungsvorhaben, die in die Richtung autonomes Fahren gehen, bieten sich für die ersten Routinen-Erprobungen fahrtüchtige Modelle an, da der maximale Schaden auf ein Minimum reduziert wird.

Themen von Studienarbeiten:
Umsetzung eines modularen Fahrzeugrahmenkonzeptes im Maßstab 1:4 (SA fertiggestellt)
Funktionsgestaltung eines bestehenden Modellbausatzes auf das EHV (SA fertiggestellt)
Konstruktive Gestaltung und Umsetzung eines Designs mit Hinblick auf das Package (SA fertiggestellt)


Da nicht nur die Einhaltung der Paragraphen der StVZO für eine angestrebte Straßenzulassung wichtig ist, sondern auch deren Dokumentation, werden in diesem Bereich auch gezielte Studienarbeiten ausgeführt.
Da auch der Studiengang Fahrzeugtechnik für die späteren TÜV-Prüfer durchlaufen wird, bietet dieses Gebiet eine sinnvolle Ergänzung zur technischen Bearbeitung.

Themen von Studienarbeiten:
Überprüfung des Experimental Handling Vehicle auf Strassenzulassung (SA fertiggestellt)


Straßenzulassung

Package

Die Raumgestaltung der Komponenten in einem Fahrzeug bildet die Basis aller Fahrzeugkonzepte. Daher wurde schon früh mit den technischen Komponenten ein verträgliches Package gesucht.
Auch die ergonomische Einbindung des Fahrers spielt bei der Positionierung der technischen Elemente eine wesentliche Rolle.

Themen von Studienarbeiten:
Anordnung von Fahrzeugbasiskomponenten unter Berücksichtigung fahrdynamischer Anforderungen (SA fertiggestellt)
Konstruktive Innenraumgestaltung unter Berücksichtigung ergonomischer Bedienbarkeit (SA fertiggestellt)