Die Fakultät für Elektrotechnik der Hochschule Mannheim hat ein Leitprojekt Elektromobilität initiiert, in dessen Rahmen u.a. ein Prüfstand für elektrisch unterstützte Fahrräder, die sogenannten Pedelecs, entwickelt werden soll. Mit dem Prüfstand und seiner Entwicklung sollen zum einen Studierende an das Thema Elektromobilität herangeführt werden, andererseits sollen den Studierenden praxisnahe Arbeiten begleitend zu Vorlesungen ermöglicht werden. Dabei soll der Prüfstand aber auch tatsächliche Anforderungen der Zweirad-Industrie adressieren. Der Posterbeitrag trägt zunächst Anwendungsfälle für Pedelec-Prüfstände zusammen. Darauf aufbau-end werden Anforderungen für den Prüfstandsaufbau sowie benötigte Betriebsmodi abgeleitet.

Bicycles are becoming always more popular as a cheap and healthy tool for urban travels. The concerns für crowded public transport means are changing the habits after the pandemic situation caused by Covid-19, encomaging people towards the use of bicycle. As stated in literature, tyres play a large role in the handling ofbicycles . This is why it is necessary to characterize tyres so as to derive useful parameters for modeling. To this purpose, proper experimental methods have been implemented for bicycle tyres. A deepen knowledge of the phenomena occurring at tyre/road contact patch is indeed fundamental to ensure proper adherence and safety conditions, especiatly for vehicles as bicycles or motorcycles working with high camber angles. This paper aims at enabling the future development of bicycle tyres, in order to improve the safety and the performances. Specifically, the focus is devoted to understand how the road temperature can impact on tyre performances, and therefore on bicycle handling. After a brief section describing the methods and instruments used für this research activity, the results of an experimental campaign carried out on road racing tyre are presented and discussed. The remarkable variation of temperature oftyre rolling surface can have multiple impacts on the performances. lt can affect the noise emissions as weil as rolling resistance, as noted in, where higher temperature was co.rrelated to lower rolling resistance coefficient. In the temperatu.re influence on car tyre lateral characteristics is investigated on a drum testrig. A They found a decrease in cornering stiffness as temperature increases, while no particular variations on relaxation length were observed. Despite the known influence of the temperature on tyre properties, there is a lack of studies regarding bicycle tyres. In a test on testrig of wintertype tyre revealed remarkable differences with respect to the mechanical characteristics of other tyres tested at room temperature. This may suggest the important role played by temperature on bicycle tyres characteristics, thus affecting the tyre/road interaction.

Die Marktbedingungen in der Automobilindustrie sind durch kürzere Entwicklungszeiträume, eine zunehmende Anzahl an Komfortfunktionen und Fahrzeugderivaten sowie steigende Erwartungen an Qualität, Effizienz und Sicherheit geprägt. Die reale Erprobung ist ein kritischer Pfad im Entwicklungsprozess. Die vorliegende Arbeit beschreibt ein neues Prüfsystemkonzept für die Komponentenerprobung, welches diesen Anforderungen Rechnung trägt. Das Herzstück ist eine softwarebasierte Systemarchitektur zur Automatisierung von Prototypentests. Schwerpunkte sind die Flexibilität in der Praxisanwendung, die Ausweitung der Messdatenerfassung mit zweckmäßiger Verwaltung zur Bauteilüberwachung und Fehlerrekonstruktion sowie eine aufgabenorientierte Schnittstelle zur Integration von Robotern. Diese übernehmen die mechanische Betätigung von beweglichen Fahrzeugkomponenten. Anhand von zwei konkreten Beispielen, einem Prüfstand zur Absicherung von Fahrzeugtüren sowie einem Prüfstand für Steifigkeitsmessungen wird die Praxistauglichkeit nachgewiesen.

Motormanagement Systeme im modernen Kraftfahrzeug werden zunehmend umfangreicher und komplexer. Die Steuergeräte als zentrale Komponente dieser Systeme werden in ihrer Funktionalität durch Hard- und Software bestimmt. Sie sind das Ergebnis eines langen Entwicklungs- und Fertigungsprozesses. Fahrversuche und Versuche am Motorenprüfstand zum Test von Steuergeräten sind sehr zeit- und kostenintensiv. Eine Alternative ist der Test von Steuergeräten außerhalb ihrer realen Umgebung. Das Steuergerät wird dabei auf einem Hardware-in-the-Loop-Prüfstand betrieben. Die große Zahl von Einzelfunktionen und miteinander verknüpften Funktionen des Steuergerätes erfordert einen strukturierten und reproduzierbaren Ablauf beim Test. Diese Tests sind aber erst nach Fertigstellung eines Motorprototypen möglich, da die Parameter der vorhandenen Modelle aus den gemessenen Prüfstandsdaten ermittelt werden. Eine weitere Fragestellung zu diesem Thema bezieht sich auf die Modelltiefe: Heutige Modelle basieren auf Daten, die über einem Arbeitsspiel gemittelt werden. Untersuchungen wie z.B. der Momentanbeschleunigung von Kurbelwellen sind somit nicht möglich. Aus diesem Grund untersucht diese Arbeit Strategien im Hinblick auf den modellbasierten Test von Motormanagement Systemen. Dabei wird das Potenzial zur Zeiteinsparung bei einem neuen Motormodell großer Tiefe betrachtet.

Motormanagement Systeme im modernen Kraftfahrzeug werden zunehmend umfangreicher und komplexer. Die Steuergeräte als zentrale Komponente dieser Systeme werden in ihrer Funktionalität durch Hard- und Software bestimmt. Sie sind das Ergebnis eines langen Entwicklungs- und Fertigungsprozesses. Fahrversuche und Versuche am Motorenprüfstand zum Test von Steuergeräten sind sehr zeit- und kostenintensiv. Eine Alternative ist der Test von Steuergeräten außerhalb ihrer realen Umgebung. Das Steuergerät wird dabei auf einem Hardware-in-the-Loop-Prüfstand betrieben. Die große Zahl von Einzelfunktionen und miteinander verknüpften Funktionen des Steuergerätes erfordert einen strukturierten und reproduzierbaren Ablauf beim Test. Diese Tests sind aber erst nach Fertigstellung eines Motorprototypen möglich, da die Parameter der vorhandenen Modelle aus den gemessenen Prüfstandsdaten ermittelt werden. Eine weitere Fragestellung zu diesem Thema bezieht sich auf die Modelltiefe: Heutige Modelle basieren auf Daten, die über einem Arbeitsspiel gemittelt werden. Untersuchungen wie z.B. der Momentanbeschleunigung von Kurbelwellen sind somit nicht möglich. Aus diesem Grund untersucht diese Arbeit Strategien im Hinblick auf den modellbasierten Test von Motormanagement Systemen. Dabei wird das Potenzial zur Zeiteinsparung bei einem neuen Motormodell großer Tiefe betrachtet.

Mobile Netzwerke der fünften Generation zeichen sich aus durch vielfältigen Anforderungen und Einsatzszenarien. Drei unterschiedliche Anwendungsfälle sind hierbei besonders relevant: 1) Industrie-Applikationen fordern Echtzeitfunkübertragungen mit besonders niedrigen Ausfallraten. 2) Internet-of-things-Anwendungen erfordern die Anbindung einer Vielzahl von verteilten Sensoren. 3) Die Datenraten für Anwendung wie z.B. der Übermittlung von Videoinhalten sind massiv gestiegen. Diese zum Teil gegensätzlichen Erwartungen veranlassen Forscher und Ingenieure dazu, neue Konzepte und Technologien für zukünftige drahtlose Kommunikationssysteme in Betracht zu ziehen. Ziel ist es, aus einer Vielzahl neuer Ideen vielversprechende Kandidatentechnologien zu identifizieren und zu entscheiden, welche für die Umsetzung in zukünftige Produkte geeignet sind. Die Herausforderungen, diese Anforderungen zu erreichen, liegen jedoch jenseits der Möglichkeiten, die eine einzelne Verarbeitungsschicht in einem drahtlosen Netzwerk bieten kann. Daher müssen mehrere Forschungsbereiche Forschungsideen gemeinsam nutzen. Diese Arbeit beschreibt daher eine Plattform als Basis für zukünftige experimentelle Erforschung von drahtlosen Netzwerken unter reellen Bedingungen. Es werden folgende drei Aspekte näher vorgestellt: Zunächst erfolgt ein Überblick über moderne Prototypen und Testbed-Lösungen, die auf großes Interesse, Nachfrage, aber auch Förderungsmöglichkeiten stoßen. Allerdings ist der Entwicklungsaufwand nicht unerheblich und richtet sich stark nach den gewählten Eigenschaften der Plattform. Der Auswahlprozess ist jedoch aufgrund der Menge der verfügbaren Optionen und ihrer jeweiligen (versteckten) Implikationen komplex. Daher wird ein Leitfaden anhand verschiedener Beispiele vorgestellt, mit dem Ziel Erwartungen im Vergleich zu den für den Prototyp erforderlichen Aufwänden zu bewerten. Zweitens wird ein flexibler, aber echtzeitfähiger Signalprozessor eingeführt, der auf einer software-programmierbaren Funkplattform läuft. Der Prozessor ermöglicht die Rekonfiguration wichtiger Parameter der physikalischen Schicht während der Laufzeit, um eine Vielzahl moderner Wellenformen zu erzeugen. Es werden vier Parametereinstellungen 'LLC', 'WiFi', 'eMBB' und 'IoT' vorgestellt, um die Anforderungen der verschiedenen drahtlosen Anwendungen widerzuspiegeln. Diese werden dann zur Evaluierung der die in dieser Arbeit vorgestellte Implementierung herangezogen. Drittens wird durch die Einführung einer generischen Testinfrastruktur die Einbeziehung externer Partner aus der Ferne ermöglicht. Das Testfeld kann hier für verschiedenste Experimente flexibel auf die Anforderungen drahtloser Technologien zugeschnitten werden. Mit Hilfe der Testinfrastruktur wird die Leistung des vorgestellten Transceivers hinsichtlich Latenz, erreichbarem Durchsatz und Paketfehlerraten bewertet. Die öffentliche Demonstration eines taktilen Internet-Prototypen, unter Verwendung von Roboterarmen in einer Mehrbenutzerumgebung, konnte erfolgreich durchgeführt und bei mehreren Gelegenheiten präsentiert werden.:List of figures List of tables Abbreviations Notations 1 Introduction 1.1 Wireless applications 1.2 Motivation 1.3 Software-Defined Radio 1.4 State of the art 1.5 Testbed 1.6 Summary 2 Background 2.1 System Model 2.2 PHY Layer Structure 2.3 Generalized Frequency Division Multiplexing 2.4 Wireless Standards 2.4.1 IEEE 802.15.4 2.4.2 802.11 WLAN 2.4.3 LTE 2.4.4 Low Latency Industrial Wireless Communications 2.4.5 Summary 3 Wireless Prototyping 3.1 Testbed Examples 3.1.1 PHY - focused Testbeds 3.1.2 MAC - focused Testbeds 3.1.3 Network - focused testbeds 3.1.4 Generic testbeds 3.2 Considerations 3.3 Use cases and Scenarios 3.4 Requirements 3.5 Methodology 3.6 Hardware Platform 3.6.1 Host 3.6.2 FPGA 3.6.3 Hybrid 3.6.4 ASIC 3.7 Software Platform 3.7.1 Testbed Management Frameworks 3.7.2 Development Frameworks 3.7.3 Software Implementations 3.8 Deployment 3.9 Discussion 3.10 Conclusion 4 Flexible Transceiver 4.1 Signal Processing Modules 4.1.1 MAC interface 4.1.2 Encoding and Mapping 4.1.3 Modem 4.1.4 Post modem processing 4.1.5 Synchronization 4.1.6 Channel Estimation and Equalization 4.1.7 Demapping 4.1.8 Flexible Configuration 4.2 Analysis 4.2.1 Numerical Precision 4.2.2 Spectral analysis 4.2.3 Latency 4.2.4 Resource Consumption 4.3 Discussion 4.3.1 Extension to MIMO 4.4 Summary 5 Testbed 5.1 Infrastructure 5.2 Automation 5.3 Software Defined Radio Platform 5.4 Radio Frequency Front-end 5.4.1 Sub 6 GHz front-end 5.4.2 26 GHz mmWave front-end 5.5 Performance evaluation 5.6 Summary 6 Experiments 6.1 Single Link 6.1.1 Infrastructure 6.1.2 Single Link Experiments 6.1.3 End-to-End 6.2 Multi-User 6.3 26 GHz mmWave experimentation 6.4 Summary 7 Key lessons 7.1 Limitations Experienced During Development 7.2 Prototyping Future 7.3 Open points 7.4 Workflow 7.5 Summary 8 Conclusions 8.1 Future Work 8.1.1 Prototyping Workflow 8.1.2 Flexible Transceiver Core 8.1.3 Experimental Data-sets 8.1.4 Evolved Access Point Prototype For Industrial Networks 8.1.5 Testbed Standardization A Additional Resources A.1 Fourier Transform Blocks A.2 Resource Consumption A.3 Channel Sounding using Chirp sequences A.3.1 SNR Estimation A.3.2 Channel Estimation A.4 Hardware part list / The demand to achieve higher data rates for the Enhanced Mobile Broadband scenario and novel fifth generation use cases like Ultra-Reliable Low-Latency and Massive Machine-type Communications drive researchers and engineers to consider new concepts and technologies for future wireless communication systems. The goal is to identify promising candidate technologies among a vast number of new ideas and to decide, which are suitable for implementation in future products. However, the challenges to achieve those demands are beyond the capabilities a single processing layer in a wireless network can offer. Therefore, several research domains have to collaboratively exploit research ideas. This thesis presents a platform to provide a base for future applied research on wireless networks. Firstly, by giving an overview of state-of-the-art prototypes and testbed solutions. Secondly by introducing a flexible, yet real-time physical layer signal processor running on a software defined radio platform. The processor enables reconfiguring important parameters of the physical layer during run-time in order to create a multitude of modern waveforms. Thirdly, by introducing a generic test infrastructure, which can be tailored to prototype diverse wireless technology and which is remotely accessible in order to invite new ideas by third parties. Using the test infrastructure, the performance of the flexible transceiver is evaluated regarding latency, achievable throughput and packet error rates.:List of figures List of tables Abbreviations Notations 1 Introduction 1.1 Wireless applications 1.2 Motivation 1.3 Software-Defined Radio 1.4 State of the art 1.5 Testbed 1.6 Summary 2 Background 2.1 System Model 2.2 PHY Layer Structure 2.3 Generalized Frequency Division Multiplexing 2.4 Wireless Standards 2.4.1 IEEE 802.15.4 2.4.2 802.11 WLAN 2.4.3 LTE 2.4.4 Low Latency Industrial Wireless Communications 2.4.5 Summary 3 Wireless Prototyping 3.1 Testbed Examples 3.1.1 PHY - focused Testbeds 3.1.2 MAC - focused Testbeds 3.1.3 Network - focused testbeds 3.1.4 Generic testbeds 3.2 Considerations 3.3 Use cases and Scenarios 3.4 Requirements 3.5 Methodology 3.6 Hardware Platform 3.6.1 Host 3.6.2 FPGA 3.6.3 Hybrid 3.6.4 ASIC 3.7 Software Platform 3.7.1 Testbed Management Frameworks 3.7.2 Development Frameworks 3.7.3 Software Implementations 3.8 Deployment 3.9 Discussion 3.10 Conclusion 4 Flexible Transceiver 4.1 Signal Processing Modules 4.1.1 MAC interface 4.1.2 Encoding and Mapping 4.1.3 Modem 4.1.4 Post modem processing 4.1.5 Synchronization 4.1.6 Channel Estimation and Equalization 4.1.7 Demapping 4.1.8 Flexible Configuration 4.2 Analysis 4.2.1 Numerical Precision 4.2.2 Spectral analysis 4.2.3 Latency 4.2.4 Resource Consumption 4.3 Discussion 4.3.1 Extension to MIMO 4.4 Summary 5 Testbed 5.1 Infrastructure 5.2 Automation 5.3 Software Defined Radio Platform 5.4 Radio Frequency Front-end 5.4.1 Sub 6 GHz front-end 5.4.2 26 GHz mmWave front-end 5.5 Performance evaluation 5.6 Summary 6 Experiments 6.1 Single Link 6.1.1 Infrastructure 6.1.2 Single Link Experiments 6.1.3 End-to-End 6.2 Multi-User 6.3 26 GHz mmWave experimentation 6.4 Summary 7 Key lessons 7.1 Limitations Experienced During Development 7.2 Prototyping Future 7.3 Open points 7.4 Workflow 7.5 Summary 8 Conclusions 8.1 Future Work 8.1.1 Prototyping Workflow 8.1.2 Flexible Transceiver Core 8.1.3 Experimental Data-sets 8.1.4 Evolved Access Point Prototype For Industrial Networks 8.1.5 Testbed Standardization A Additional Resources A.1 Fourier Transform Blocks A.2 Resource Consumption A.3 Channel Sounding using Chirp sequences A.3.1 SNR Estimation A.3.2 Channel Estimation A.4 Hardware part list

Die Marktbedingungen in der Automobilindustrie sind durch kürzere Entwicklungszeiträume, eine zunehmende Anzahl an Komfortfunktionen und Fahrzeugderivaten sowie steigende Erwartungen an Qualität, Effizienz und Sicherheit geprägt. Die reale Erprobung ist ein kritischer Pfad im Entwicklungsprozess. Die vorliegende Arbeit beschreibt ein neues Prüfsystemkonzept für die Komponentenerprobung, welches diesen Anforderungen Rechnung trägt. Das Herzstück ist eine softwarebasierte Systemarchitektur zur Automatisierung von Prototypentests. Schwerpunkte sind die Flexibilität in der Praxisanwendung, die Ausweitung der Messdatenerfassung mit zweckmäßiger Verwaltung zur Bauteilüberwachung und Fehlerrekonstruktion sowie eine aufgabenorientierte Schnittstelle zur Integration von Robotern. Diese übernehmen die mechanische Betätigung von beweglichen Fahrzeugkomponenten. Anhand von zwei konkreten Beispielen, einem Prüfstand zur Absicherung von Fahrzeugtüren sowie einem Prüfstand für Steifigkeitsmessungen wird die Praxistauglichkeit nachgewiesen.

Um eine zielgerichtete Ableitung von Fahrzeugeigenschaften in frühen Entwicklungsphasen zu ermöglichen, ist eine Subsystemebene erforderlich, die eine konzeptunabhängige Auslegung des Gesamtfahrzeugverhaltens zulässt. In der vorliegenden Arbeit wird daher eine neue Methodik zur Auslegung von Fahrkomfort-Kennwerten auf Basis von Subsystemeigenschaften vorgestellt. Neben der Entwicklung eines geeigneten Modellansatzes, in dem die Subsysteme des Gesamtfahrzeugs durch Greybox-Modelle ohne Komponentenbezug miteinander verknüpft werden, stehen dabei auch dessen Parametrierung sowie die Integration der Methodik im Entwicklungsprozess im Vordergrund. Zur Ableitung der damit verbundenen physikalisch-mechanischen Zusammenhänge werden statische und dynamische Achsprüfstände sowie Simulationen eingesetzt. Die Anwendung der Methodik lässt eine gezielte Eigenschaftsableitung zwischen Gesamtfahrzeug-, Subsystem- und Komponentenebene im Fahrkomfort zu, bei der die Subsystemebene als neue Referenz für die Ableitung von Komponenteneigenschaften dient. Weiterhin erlaubt das Vorgehen eine eigenschaftsbasierte Vorauswahl optimaler Komponentenkonzepte sowie detaillierte Wettbewerbsanalysen. Dadurch wird eine nachhaltige Steigerung der Effizienz im Entwicklungsprozess des Fahrkomforts ermöglicht.

Gurtförderanlagen werden im Bergbau und anderen Industriezweigen zum Transport von Schüttgütern eingesetzt. Der Anlagenbetrieb ist mit Geräuschemissionen verbunden. Dies kann bei Kontrolle und Wartung eine erhöhte Lärmbelastung für betroffene Mitarbeiter hervorrufen. Im Umfeld von Wohnbebauungen oder schutzbedürftigen Objekten kann die Überschreitung von Immissionsrichtwerten zu einer zeitlichen Betriebseinschränkung der hocheffizienten Anlagen führen. Zur Lärmminderung an der Quelle oder deren Nähe erfordert dies technische Schallschutzmaßnahmen. Die Tragrollen im Obertrum der Gurtförderanlagen sind bei der akustischen Wirkung von entscheidender Bedeutung. Mit einem Prüfstand für Tragrollen ist deren Schallleistung bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten bestimmbar. Die Ergebnisse lassen Rückschlüsse auf die mechanische Belastung und die Schallemission beim Betrieb in einer Förderanlage zu. Die Arbeit benennt die Ursachen der Geräuschemissionen beim Ablauf der Rollen und stellt diese in Verbindung mit den Eigenschaften der Oberfläche und der Außermittigkeit der Drehachse dar. Die Prüfung beider Parameter basiert auf einer Rundlaufmessung. Die gewonnenen winkelabhängigen Daten erlauben eine Berechnung der Exzentrizität der Drehachse und des Verlaufs der Kreisformabweichung auf dem Rollenmantel. Daraus abgeleitete Kennwerte dienen als Vorgaben zur Anpassung und Entwicklung von Herstellungsverfahren sowie zur gezielten Auswahl geräuscharmer Tragrollen für Gurtförderanlagen. / Belt conveyor systems are used in mining operations and other industry sectors to transport bulk material. The plant operation is being linked to noise emissions. During inspections and maintenance this can cause an increased noise exposure for affected employees. In the environment of residential buildings or areas in need of protection the exceedance of immission guideline values can lead to a temporary operational limitation of these highly efficient plants. Noise abatement measures primarily at the source or in the vicinity are required to reduce noise immission. The idlers on the carrying belt side of the belt conveyor systems are of crucial importance to the acoustical properties. Their sound power level is determinable at different belt speeds with a test stand for idlers. The results allow conclusions about the mechanical stress and sound emissions during operation in a belt conveyor system. The thesis identifies the sources of noise during the roll process and places them in conjunction with the properties of the surface and the centre offset of the axis. The examination of these two parameters is based on a total indicator reading (TIR) measurement. The angle-dependent data obtained allow a calculation of the eccentricity of the axis and the curve of the circular deviation of the roller tubes. Therefrom derived characteristic values serve as specifications for the adaptation and development of manufacturing processes as well as for a careful selection of low noise idlers for belt conveyors.

Um eine zielgerichtete Ableitung von Fahrzeugeigenschaften in frühen Entwicklungsphasen zu ermöglichen, ist eine Subsystemebene erforderlich, die eine konzeptunabhängige Auslegung des Gesamtfahrzeugverhaltens zulässt. In der vorliegenden Arbeit wird daher eine neue Methodik zur Auslegung von Fahrkomfort-Kennwerten auf Basis von Subsystemeigenschaften vorgestellt. Neben der Entwicklung eines geeigneten Modellansatzes, in dem die Subsysteme des Gesamtfahrzeugs durch Greybox-Modelle ohne Komponentenbezug miteinander verknüpft werden, stehen dabei auch dessen Parametrierung sowie die Integration der Methodik im Entwicklungsprozess im Vordergrund. Zur Ableitung der damit verbundenen physikalisch-mechanischen Zusammenhänge werden statische und dynamische Achsprüfstände sowie Simulationen eingesetzt. Die Anwendung der Methodik lässt eine gezielte Eigenschaftsableitung zwischen Gesamtfahrzeug-, Subsystem- und Komponentenebene im Fahrkomfort zu, bei der die Subsystemebene als neue Referenz für die Ableitung von Komponenteneigenschaften dient. Weiterhin erlaubt das Vorgehen eine eigenschaftsbasierte Vorauswahl optimaler Komponentenkonzepte sowie detaillierte Wettbewerbsanalysen. Dadurch wird eine nachhaltige Steigerung der Effizienz im Entwicklungsprozess des Fahrkomforts ermöglicht.