HRK-Forschungsschwerpunkt Automotive

Die Hochschule Coburg ist mit dem Schwerpunkt „Automotive“ auf der Forschungslandkarte der Hochschulrektorenkonferenz vertreten. Im Bereich Automotive geht es hauptsächlich um die Wechselwirkung unterschiedlicher Kraftstoffe mit Motoren verschiedenen Alters und Bauart, die Optimierung des Energiemanagement von hybriden Antriebssträngen, die Entwicklung zuverlässiger Softwarefunktionen für Antriebsstrang und Fahrwerk im KFZ, Mechatronische Bewegungssysteme in Kraftfahrzeugen sowie Innovations- und Prozessmanagement im Bereich Automotive.

Analytische Chemie und Kraftstoffforschung

Im Fachressort „Analytische Chemie und Kraftstoffforschung“ des Technologietransferzentrum Automotive (TAC) arbeiten Chemiker, Physiker und Ingenieure an der Entwicklung schneller analytischer Methoden zur Spurenstoffanalyse. Das Arbeitsfeld ist nicht auf Kraftstoffe beschränkt, sondern deckt den gesamten Bereich der Konzentrationsanalytik ab. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung und Erprobung neuer Sensorkonzepte, die maßgeblich auf den Prinzipien der dielektrischen Spektroskopie und der Laserfluoreszenzspektroskopie beruhen. Beide Verfahren eröffnen die Möglichkeit der Prozessüberwachung und der zerstörungsfreien Qualitätsüberwachung.

Die Kompetenz liegt einerseits in den Bereichen des Kraftstoffdesigns, der Kraftstoff-Kraftstoff- und der Kraftstoff-Motoröl-Wechselwirkungsuntersuchung. Andererseits ist das Fachressort bei der Bestimmung limitierter und nichtlimitierter Abgaskomponenten ausgewiesen. Die Hochschule verfügt über leistungsfähige Motorenprüfstände. Das Fachressort ist Mitglied der Fuels Joint Reseach Group und damit in der Lage, Kraftstoffforschung im interdisziplinären Verbund durchzuführen. Gemeinsam mit seinen Partnern konzipierte das Fachressort bereits etliche Flottentests zur Erprobung neuer Kraftstoffe und führte sie erfolgreich durch.

Schwerpunkte:

  • Ökologische Chemie
  • Anorganische Chemie
  • Biokraftstoffe
  • Kraftstoffdesign
  • Abgasanalytik

Funktionale Sicherheit

Prof. Dr. Ralf Reißing arbeitet auf dem Gebiet der Software-Entwicklung für das Automobil. Ein immer größerer Anteil an Fahrzeugfunktionen wird überwiegend in Software realisiert, beispielsweise bei der Vernetzung und beim autonomen Fahren. Die funktionale Sicherheit spielt dabei eine wichtige Rolle. Sie soll gewährleisten, dass es nicht zu Fehlfunktionen der Software kommt und dadurch Personen zu Schaden kommen. Dazu muss bei der Entwicklung sicherheitsrelevanter Systeme auch die Einsatztauglichkeit von Software-Entwicklungswerkzeugen nachgewiesen werden.Prof. Reißing leitet im Technologietransferzentrum Automotive der Hochschule Coburg TAC das Fachressorts „Software und Funktionale Sicherheit“. Seine Arbeitsschwerpunkte sind Beratung, Befähigung von Automobilherstellern und Lieferanten sowie Audits zu den Themen Requirements Engineering, Qualitätssicherung, Test und funktionale Sicherheit.Ein internationaler Austausch des Ressorts mit Fachexperten stellt eine nachhaltige Anpassung der Kompetenzen sicher und schafft so eine wichtige Voraussetzung für eine zielorientierte Unterstützung von Unternehmen.

Schwerpunkte:

  • Funktionale Sicherheit
  • Automotive Software Engineering
  • Requirements Engineering
  • Qualitätssicherung und Test

Kraftfahrzeugtechnik und Thermodynamik

Im TAC-Fachressort „Kraftfahrzeugtechnik und Thermodynamik“ von Prof. Dr. Hartmut Gnuschke liegt der Fokus auf dem Verbrennungsmotor mit seinen vielfältigen Fragestellungen der Wirkungsgrad- und
Emissionsoptimierung, auch unter dem Einsatz neuer Kraftstoffe. Im Labor für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrzeuge steht ein Verbrennungsmotorenprüfstand zur Verfügung, an dem für fremd- und selbstzündende Motoren bis 250 kW Leistung thermodynamische Analysen jedweder Art durchgeführt sowie der Einfluss variierender Kraftstoffe im Hinblick auf Wirkungsgrad, Leistung, Emissionen, Geräusch und Verschleißverhalten (Letzteres in Zusammenarbeit mit dem werkstofftechnischen Labor der Hochschule) untersucht werden können.

Mittels anspruchsvoller Messtechnik ist es möglich, den innermotorischen Prozess hoch aufgelöst darzustellen und thermodynamisch zu analysieren. Daraus ergeben sich wertvolle Hinweise, beispielsweise auf die Ursachen von Schadstoffemissionen oder auf wirkungsgradbestimmende Einflussgrößen. Da nicht nur die Messtechnik zur Erfassung und nachfolgenden Analyse der Einflüsse auf den motorischen Betrieb vorhanden ist, sondern ebenso die Werkzeugkette zur effizienten Optimierung der Motorabstimmung mittels statistischer Versuchsplanung zur Verfügung steht, können konkrete Optimierungsaufgaben gelöst werden.

Im Bereich der Thermodynamik kann ein langjähriges Projekt mit einem Hersteller für Fahrzeugklimatisierungen erwähnt werden, das zum Ziel hatte, die durch den Einsatz der Fahrzeugklimatisierung signifikant reduzierte Reichweite mittels Einbeziehung der thermischen Kapazität der Traktionsbatterie wieder zu erhöhen. Das hierbei entwickelte System ermöglicht signifikant höhere Reichweiten im realen Fahrbetrieb.

Schwerpunkte:

  • Analyse des motorischen Prozesses
  • Emissionsanalyse
  • Bauteilanalyse
  • Kennfeldoptimierung mittels DoE
  • Antriebsstrang, Fahrwerk
  • Fahrdynamiksimulation
  • Gesamtfahrzeug als thermodynamisches System

Mechatronische Systeme

Das Fachressort „Mechatronische Systeme“ von Prof. Dr. Stefan Gast umfasst alle wesentlichen Eckpunkte der mechatronischen Systementwicklung: den Systementwurf, die prototypische Implementierung mechatronischer Systeme (RCP – Rapid Control Prototyping, Software, Sensor- und Aktorintegration) sowie Tests auf Komponenten- und Fahrzeugebene zur Qualifizierung und Analyse der mechatronischen Systeme.

Dabei kommen modernste Entwicklungswerkzeuge und -methoden zum Einsatz, wie Anforderungsmanagement gemäß ISO 26262 (z.B. DOORS), mechatronische Systemsimulation (Matlab-Familie, SimulationX), System-FMEA (z.B. APIS), prototypische Steuergeräte zur Implementierung software-basierter Algorithmen (DSpace Micro-Autobox, Matlab / Simulink / Stateflow) sowie umfangreiche mobile Messtechnik (Ipetronik Messtechnik und Datalogging, Vector CANape, CANalyzer, CANoe) und Skript-basierte Datenaufbereitung in Matlab unter Nutzung der Methoden des Data Mining.

Schwerpunkte:

  • Sensorik und Aktorik im Kraftfahrzeug
  • Energiemanagement in Kraftfahrzeugen
  • Systemsimulation von mechatronischen Systemen und deren Komponenten
  • Rapid Control Prototyping im Kraftfahrzeug

Sprecher des Forschungsschwerpunkts

T. +49 (0)9561 317-235
F. +49 (0)9561 317-171
Raum 2-242
stefan.gast[at]hs-coburg.de

Weitere Forschung im Bereich Mobilität und Energie

Die Erzeugung, der Transport, die Verteilung und die effiziente Nutzung von Energie unterliegen einem rasanten technologischen Wandel. An der Hochschule Coburg wird auf folgenden Gebieten dazu geforscht und entwickelt:

Biogene Energieträger

Prof. Dr. Matthias Noll forscht auf dem Gebiet der biogenen Energieträger und entwickelt effiziente Biogasausbeuten aus einer Vielzahl von mikrobiellen Substraten (z.B. Nachwachsende Rohstoffe, kommunale Reststoffe). Neben der Gasanalytik charakterisiert er die Zusammensetzung der
mikrobiellen Gemeinschaft und deren Funktion, um möglichst viel Biomasse in biogene Energieträger
überführen zu können.
Die Erkenntnisse zu den mikrobiellen Mechanismen können in der Algenbiotechnologie, in Biogasanlagen, aber auch in Faultürmen von Kläranlagen zum Einsatz kommen bzw. ein neues Geschäftsmodell für die Biogasbranche bilden. Professor Noll leitet gemeinsam mit Prof. Dr. Susanne Aileen Funke und Prof. Dr. Stefan Kalkhof das Institut für Bioanalytik der Hochschule Coburg.

Schwerpunkte:

  • Umweltmikrobiologie
  • Molekulare mikrobielle Ökologie
  • Materialbeständigkeit gegenüber Mikroorganismen
  • Lebensmittelmikrobiologie

Elektrische Antriebs- und Stromrichtertechnik

Die Forschungsschwerpunkte von Prof. Dr. Omid Forati Kashani liegen auf dem Gebiet der elektrischen Antriebs– und Stromrichtertechnik. Beispielhaft kann die aktive Geräuschreduzierung im von einem Umrichter gespeisten Elektromotor durch Eingriff in der Regelung genannt werden. Prof. Forati Kashani verfügt über mehrjährige Erfahrungen in der Entwicklung und der Regelung von netzseitigen Stromrichtern, den Fahrantrieben in Elektro- und Hybridfahrzeugen sowie Startergeneratoren in Fahrzeugen.

Im Aufbau befindet sich ein vollautomatischer Prüfstand für elektrische Antriebe, um die Reproduzierbarkeit der Testergebnisse unabhängig von Prüfpersonen zu gewährleisten. Weitere Schwerpunkte sind Stromrichtertechnik, Stromrichterschaltungen und ihre Steuerungen sowie Elektromobilität.

Schwerpunkte:

  • Elektrische Antriebs- und Stromrichtertechnik
  • Regelung elektrischer Antriebe
  • Stromrichterschaltungen und ihre Steuerungen
  • Elektrische Fahrantriebe und Stromrichter in Hybrid- und Elektroautos

Energie- und Hochspannungstechnik

Prof. Dr. Michael Rossner forscht im Rahmen eines Verbundes an der Weiterentwicklung einer Brennstoffzelle mit Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM). Im Fokus der Forschenden steht die Schwachstelle einer Brennstoffzelle, die Membran. Dabei ist von Interesse, wie die Membran unter anderem bei großer Überlastung, geringem Lastzustand sowie bei plötzlichen Schwankungen reagiert. Die Forschenden erwarten Erkenntnisse, wie Strategien für eine membranschonende Betriebsweise zu einer Erhöhung der Betriebsstunden von Brennstoffzellen führen können.

Ein weiteres Forschungsprojekt zielt darauf ab, Blei-Säure-Batterien für den Einsatz in großen Stromspeichern zu optimieren. Dazu werden Be- und Entladevorgänge messtechnisch verfolgt und mit Wetterdaten, Daten zum Verbrauchsverhalten und zu Lastsprüngen im System korreliert, um so Rückschlüsse auf das Alterungsverhalten der Speicher bei einem realitätsnahen Belastungsprofil zu schließen.

Forschungsschwerpunkte im Bereich Hochspannungstechnik zielen auf Substitution des Isoliergases SF6 in der Hochspannungstechnik ab. SF6 ist wegen seiner hohen Durchschlagfestigkeit und geringen dielektrischen Verluste prädestiniert für den Einsatz in Koaxialkabeln und Hochfrequenz-Kondensatoren, ist aber als umweltschädlich eingestuft. In diesem Zusammenhang werden Untersuchungen auch an isolierenden Folien durchgeführt.

Schwerpunkte:

  • Energie- und Hochspannungstechnik
  • Netzintegration von Batteriespeichern
  • Isolierverhalten von Gasen
  • DC-Durchführungen

Erneuerbare Energien - Photovoltaik

Prof. Dr. Bernd Hüttl lehrt und forscht auf dem Gebiet der Photovoltaik. Zentrales Element des Labors für Photovoltaik und Solare Energiewandlung der Hochschule Coburg ist ein Modul-Flasher der Klasse AAA. Hier können unter standardisierten Testbedingungen (STC) die wesentlichen elektrischen Parameter von Solarmodulen und –zellen bestimmt werden. Zudem bietet das Labor einen Feldmessplatz zur Untersuchung des elektrischen Verhaltens von Solarmodulen unter Realbedingungen. Das Outdoor-Messsystem besitzt zusätzlich eine Heizoption zur Temperaturkontrolle der Module. Mit einem eigens entwickelten Messverfahren lassen sich Outdoor-Messungen so präzise wie im STC-Labor durchführen. Mit der Feld-Messtechnik können geringe Light-Soaking- und Degradationseffekte präzise nachgewiesen werden.

Das Labor und seine Arbeitsgruppe stehen kleinen und mittleren Unternehmen sowie  Handwerksbetrieben für vielfältige Kooperationen zur Verfügung, z.B. für Standardtests an  Photovoltaik-Modulen, für Vergleichsmessungen und Vorort-Analysen an PV-Anlagen und für Ertragsprognosen. Das Labor wird derzeit um ein PV-Zellen-Analysesystem erweitert. Mit diesem Equipment ist es künftig möglich, PV-Zellen auf der Basis direkter Halbleiter bezüglich der Ladungsträgerlebensdauer, der Dotierung und möglicher Defektdichten zu charakterisieren. Die Untersuchung elektrischer Parameter von Solarzellen kann die Technologieentwicklung von Dünnschichtsolarzellen-Herstellern unterstützen.

Schwerpunkte:

  • Photovoltaik (Technologie, Systemtechnik, Netzintegration - Messtechnik,
    Stabilitätsuntersuchungen, Betriebsführung)
  • Erzeugung Erneuerbarer Energien
  • Ertragsprognose von Photovoltaik- und Windkraftanlagen; Energiemeteorologie
  • Halbleitercharaktersierung von Solarzellen

Gebäudetechnik und Energietechnik

Das Energiemonitoring steht im Fokus der Forschung von Prof. Dr. Manfred Casties. Ziel ist es u.a. durch Energiemessungen den Nachweis zu erbringen, ob Energieeinsparkonzepte in Gebäuden erfolgreich sind. Dazu zählen beispielsweise Wärmedämmung und neue Anlagetechniken.

Durch Energieanalysen lassen sich zudem Schwachstellen erkennen und Verbesserungs- bzw. Optimierungsvorschläge entwickeln. Diese Vorgehensweise kommt auch beim Forschungsprojekt „Green Hospital Lichtenfels“ zum Einsatz, für das ein Konzept zum Energiemonitoring erstellt wurde, das bei der Errichtung eines Klinikneubaus umgesetzt wird.

Schwerpunkte:

  • Energieanalyse und -optimierung von Gebäuden
  • Energiekennwerte
  • Energiemonitoring
  • Nutzerverhalten
  • Lüftungs- und Klimatechnik

Mikrooptik und Mikrostrukturtechnik

Am Institut für Sensor- und Aktortechnik der Hochschule Coburg ISAT entwickeln Prof. Dr. Maria Kufner und Prof. Dr. Klaus Drese u.a. mikrooptische und akustische Sensoren für Automotive-Anwendungen.
Im Fokus stehen dabei vor allem sicherheitsrelevante Themen im Kontext des autonomen Fahrens. Aufgaben des ISAT sind die simulationsgestützte Sensorauslegung, kundenspezifische Sensorentwicklung und Unterstützung bei der Sensorimplementierung im realen Testumfeld. Weitere aktuelle Forschungsthemen sind beispielsweise die akustisch beschleunigte Aufladung von Energiespeichern oder die Entwicklung mikrofluidischer Lab-on-a Chip-Systeme für die Gas- und Flüssigkeitsanalytik.

Schwerpunkte Prof. Kufner:

  • Sensor- und Aktortechnik
  • Faseroptik und integrierte Optik
  • Photonik
  • Mikrosystemtechnik

Schwerpunkte Prof. Drese:

  • Mikrofluidik, Sensorik und Messtechnik
  • Simulation und Modellierung
  • Mikrosystemtechnik
  • Physik