Rückblick Tagungen

Auf der im Rhythmus von zwei Jahren stattfindenden Fachtagung zeigen Referenten namhafter Unternehmen und Hochschulen zukunftsweisende Technologien auf. Die Tagung bietet Experten aus dem Bereich der Erprobung und Simulation sowie der Mess- und Versuchstechnik in der Fahrzeugentwicklung die Gelegenheit, Ideen auszutauschen, Lösungen zu diskutieren und Netzwerke zu knüpfen. Der vorliegende Beitrag liefert einen Überblick über die diesjährigen Inhalte.



1 Einleitung
Die 145 Teilnehmer der 12. Tagung "Erprobung und Simulation in der Fahrzeugentwicklung – Mess- und Versuchstechnik" diskutierten am 16. und 17. Juni in Würzburg aktuelle Themen der Mess- und Versuchstechnik. Abgerundet wurde die Veranstaltung durch 13 Aussteller, die ihre technischen Innovationen und Dienstleistungen einem interessierten Fachpublikum präsentierten.
Die Vorträge der Tagung beschäftigten sich mit dem Zusammenspiel Erprobung/ Simulation, mit der Thematik Versuch und Berechnung sowie mit neuen Mess- und Prüfverfahren, Anwendungen und Datenmanagement.
Neben den Fachvorträgen wurde erstmalig ein sogenanntes Innovationsforum mit großem Erfolg durchgeführt. Unter der Leitung von Prof. Norbert Schaub (DaimlerCh-rysler AG) hatten Prüf-, Messtechnikhersteller sowie Hersteller von Simulationstechnologien die Möglichkeit, im Rahmen eines ca. fünfminütigen Kurzvortrages ihre Innovationen vorzustellen. Die Kurzvorträge wurden nach Themenbereichen gegliedert. Jeder Vortragsrunde schloss sich eine kurze Diskussion an.

2 Einleitende Plenarvorträge
Berechnung und Simulation ist nicht nur in der Automobilindustrie ein wesentlicher Bestandteil des Entwicklungsprozesses. Fritz W. Gampe (European Space Agency) erläuterte diesbezüglich Szenarien der Simulation und Verifikation in der Raumfahrt unter den dort geltenden extremen Rahmenbedingungen. Er umriss damit in beeindruckender Weise die technologischen Herausforderungen, welche punktgenau zum Beispiel zum Start eines Satelliten in den Weltraum mittels einer Trägerrakete sicher und abgeprüft umgesetzt sein müssen.
Gerhard Heider (MTU Aero Engines GmbH) hingegen beschäftigte sich im zweiten Plenarvortrag mit den aktuellen Tendenzen in der Erprobung und Messtechnik bei der Entwicklung von Flugtriebwerken. Hierbei wurden viele Gemeinsamkeiten, wie beispielsweise steigende Anforderungsprofile und Optimierungsbestrebungen, aber auch Unterschiede zwischen den Branchen deutlich. Ein Video als Zusammenfas-sung zeigte zum Schluss die sehr interessanten und beeindruckenden Erprobungen im Labor und während der Testflüge.
Am zweiten Tagungstag stellte Christian Peter (BMW-Group, München) in einem Plenarvortrag die aktuellen ASAM-Standards für das Auto von der Entwicklung bis zur Serie vor. Hierbei stellte er besonderst die schon erreichten Standardisierungserfolge heraus und zeigte die nächsten Aktivitäten für die nahe Zukunft auf.

3 Systeme und Anwendungen
Im Mittelpunkt des ersten Teils der von Prof. Dr. rer. nat. Hermann Winner (TU Darmstadt) geleiteten Session stand die Simulations- und Testumgebung für Fahrerassistenzsysteme.
Nach der Vorstellung und Bewertung heute eingesetzter Ansätze, insbesondere für den Test von Collision Mitigation Systemen, wurde eine neue Methodik vorgestellt. Das auf Basis der erweiterten Realität (Augmented Reality) basierende Verfahren bedient sich eines Head-Mounted-Displays im fahrenden Fahrzeug.
Am Beispiel der Spurhalteassistenz wurde nachfolgend eine Möglichkeit zur modellbasierten Komfortbewertung von Fahrerassistenzsystemen erläutert. Die bei einem Vergleich zwischen der Fahrreaktion von Fahrern und Fahrerassistenzsystemen identifizierten Unterschiede werden als Indiz für Komfortminderung gewertet.
Die Erprobung von Fahrerassistenzsystemen ist mit Hilfe des Interactive Driving Simulators möglich. Eine Entwicklungsmethodik für einen Betriebsversuch von LKW-Konvois erlaubt es, in der Phase vor der Umsetzung in Fahrzeugen ausgiebige Tests in einem LKW-Fahrsimulator durchzuführen. Untersuchungsscherpunkte der Simulatorversuche sind die Funktionsüberprüfung, das Ausfallverhalten und die Nutzerakzeptanz.
Darüber hinaus wurde in dieser Session das Zusammenspiel von Simulation und Erprobung zwecks Optimierung der Schaltqualität von Handschaltgetrieben betrachtet. Die dabei verwendete Methodik bedient sich der statistischen Versuchsplanung (Design of Experiments) und eines detaillierten Getriebemodells.
Im letzten Vortrag dieser Vortragsreihe wurde ein interdisziplinäres Verbundprojekt vorgestellt, in dem mehrere Prüfstände und –felder gekoppelt werden. Auch Simulationsmodelle bilden dabei Teile dieser gekoppelten Prüfstände, die somit ein gesammtes Steuergerätenetzwerk testen können.

4 Virtual Testing / Hardware-in-the-Loop (HIL) / Chancen & Risiken
In der von Karl-Ulrich Reisenweber (BMW AG) geleiteten Session wurde deutlich, dass die Nutzung von HIL-Einrichtungen zur Entwicklung von Komponenten, Teil- oder Komplettsysteme des Fahrzeugs inzwischen einen unverzichtbarer Bestandteil des Produktentwicklungs-Prozesses in der Automobilindustrie darstellt.
Die Verwendung eines hochdynamischen Motorprüfstands erlaubt es, das subjektive Fahrgefühl zu optimieren. Dieser Motorprüfstand ist durch Einsatz eines echtzeitfähigen Fahrzeugmodells und entsprechend schneller Regel- und Stellsysteme in der Lage, die für diese Entwicklungsaufgabe relevanten dynamischen Fahrzeugeigenschaften nachzubilden und damit objektive Messwerte als Eingangsgröße für ein Verfahren zur Optimierung zu liefern.
Um die ständig steigende Datenmenge in komplexen und sicherheitsrelevanten Sys-temen zukünftiger Fahrzeuge beherrschen zu können, ist u.a. der Einsatz von Flex-Ray Bussystemen geplant. Die unverzichtbare Verwendung von HIL-Testeinrichtungen für die Entwicklung und Absicherung dieser Systeme ist im zweiten Vortrag erläutert und die Anforderungen an die Weiterentwicklung der Testsysteme beschrieben worden.
Besonders bei neuen in das Fahrzeug zu implementierenden Funktionen wie z. B. Spurhaltessysteme, Spurwechselassistent usw. ist eine hohe Testabsicherung bei der Fahrzeugerprobung erforderlich. Der dritte Vortrag beschrieb eine Methode zur automatischen Generierung von Testzuständen für das Fahrzeuggesamtsystem und dessen Teilsysteme. Die Methodik wird durch alle gängigen Simulationstools unter-stützt.
Die systemorientierte Entwicklungsmethodik, das heißt die ganzheitliche Betrachtung des Gesamtsystems, spielt bei dessen steigender Komplexität und zunehmender Vernetzung eine immer größere Rolle. Der letzte Beitrag widmete sich dem Übergangsprozess von der reinen Simulation zur Erprobung an HIL-Systemen. Der Einsatz von Standardsoftware in den Systemen und von Standardwerkzeugen ist dabei zwar wichtig, darf der Individualisierung eines Produktes allerdings nicht entgegen-stehen.

5 Datenbanksysteme
Neue Simulations- und Testverfahren ermöglichen auf der einen Seite immer genau-ere Vorhersagen, auf der anderen Seite werden dadurch aber auch immer größere Datenmengen erzeugt. Diese Datenmengen müssen zum einen unter dem Aspekt der Qualitätssicherung verwaltet werden, zum anderen durch die beteiligten Entwicklungsingenieure überhaupt erst gefunden werden. Diese Problematik behandelten zwei Vorträge der von Dr.-Ing. Hans-Peter Dohmen (Schenk Pegasus GmbH) geleiteten Session "Datenbanksysteme".
Mit „PaCo“ wurde ein neues Datenformat zum standardisierten Austausch von Para-meterwerten und Meta-Informationen vorgestellt. Hierbei wird ein Medium bereitgestellt, das sowohl Parameterwerte wie auch Reifegradinformationen transportieren kann. Dies erlaubt eine nachvollziehbare Dokumentation der Bewertung sowie die Möglichkeit, Informationen über den Projektstatus zu erhalten. Aktuell hat die Bemühung schon zu einer Vereinheitlichung der Begriffe innerhalb der Automobilindustrie geführt.
Informationsmanagement auf der Basis von Semantic-Web Techniken – oder einfa-cher ausgedrückt: "Ein Google für Entwickler" – war das Thema des zweiten Vortrages. Vorgestellt wurden die Ergebnisse eines europäischen Forschungsprojektes, in dem Queries auf den jeweiligen Kontext eines Aufgabengebietes abgebildet werden können. Dabei ist die Suchmaschine WIDE in der Lage, Queries auf verschiedene Datenquellen gleichzeitig abzubilden. Die Suchmaschine kann so unter anderem zur Recherche von Textdokumenten oder Prüfstandsversuchsergebnissen in ASAM-ODS Datenquellen genutzt werden.

6 Aktive und Passive Sicherheit
In der Entwicklung der passiven Fahrzeugsicherheit spielt der Crashversuch als ultimativer Fahrzeugtest nach wie vor eine zentrale Rolle. Die Simulation des Fahr-zeugcrashes sowohl in der praktischen Variante, als auch auf dem Beschleunigungsschlitten und in der numerischen Simulation gewinnen als wirtschaftliche Alternative immer mehr an Bedeutung. Folgerichtig befassten sich die drei Vorträge in der von Dieter Fahrländer (ACTS GmbH & Co. KG) moderierten Session mit diesen Themen.
Mittels präzise überlagerter Visualisierung von Film und Berechnungsanimationen (vgl. Abbildung 1) können eventuelle Unstimmigkeiten zwischen Simulations- und realen Versuchsergebnissen beim Crash direkt und leicht erkannt werden.

Ein weiterer Vortrag beschäftigte sich mit der Untersuchung und Umsetzung eines Verfahrens für die Überprüfung von Türkonzepten auf ihr Crashverhalten ohne den Einsatz einer Fahrzeugkarosse. Auch hierbei spielt der Abgleich der Ergebnisse aus der numerischen Simulation, aus dem Prüfstand und dem Fahrzeugcrash eine entscheidende Rolle.
Abschließend wurde ein System vorgestellt, das es ermöglicht, die im Fahrzeugcrash auftretenden Intrusionen in der praktischen Crashsimulation auf dem Schlitten einfach und hoch reproduzierbar darzustellen. Hierzu wird ein eingesetzter Intrusionszy-linder verwendet, der die Schubkraft aus einer vorgespannten Luftfeder bezieht. Die Regelung der Beschleunigung erfolgt über eine hydraulische Bremse.

7 Betriebsfestigkeit
Dass auch bei den verschiedenen Problemstellungen der Festigkeitsauslegung die Anwendung von virtuellen Verfahren mittlerweile einen Schwerpunkt bildet, wurde in dem von Dr.-Ing. Holgard Tunker (Audi AG) geleiteten Vortragsblock deutlich.
Für das individuelle Bauteil erlauben die heutigen numerischen Verfahren vergleichende Betrachtungen, um die Auslegung und die Interpretation von Prüfstandsergebnissen zu verbessern. Um die Einführung eines neuen Achsprüfkonzeptes, das auf zwei Hexapoden basiert (vgl. Abbildung 2), bei der Auslegung und Verifikation der Eigenschaften zu unterstützen, werden weitergehende Methoden benötigt. Dabei werden nicht nur die mechanischen Komponenten des Prüfstandes einbezogen, sondern auch die zu untersuchenden Achsbauteile mitsimuliert sowie die Eigenschaften von Hydraulik und Controller einschließlich Reglerverhalten berücksichtigt. Der Prüfstand mit dem zu prüfenden Objekt kann so komplett am Rechner ausgetestet werden.

Darüber hinaus ist es durch konsequenten Einsatz im frühen Stadium der Fahrzeugentwicklung möglich, mit den aus Mehrkörpersimulationen gewonnenen Lasten Prüfstände vorzukonfigurieren und im virtuellen Betriebslastennachfahrversuch das Sys-temverhalten – Prüfteil, Prüfstand und Steuerung – zu untersuchen. Eine Basisbeurteilung des Bauteils kann dann schon in diesem frühen Entwicklungsstand auch in einer komplexen Umgebung durchgeführt werden.

8 Strömung und Verbrennung
Auch in der Motorenentwicklung spielt die optimale Verbindung von Messtechnik und Simulation vor dem Hintergrund der immer kürzer werdenden Entwicklungszeiten sowie der strengen Gesetzgebung auf dem Gebiet des Fahrzeugflottenverbrauchs und der Fahrzeugemissionen eine entscheidende Rolle.
Durch die im Rahmen der Tagung vorgestellte Werkzeugkette für die Thermodynamikentwicklung lassen sich die Entwicklungszeiten von hochflexiblen Verbrennungsmotoren verkürzen. Dabei stehen durch eine geeignete Kombination von Messtechnik und Verbrennungsanalyse mit Ladewechselberechnung sehr schnell Ergebnisse für Entwicklungsarbeiten zur Verfügung.
Der zweite Vortrag in der von Dr.-Ing. Stefan Loth (Ford-Werke GmbH) geleiteten Session beschäftigte sich mit neuen Anwendungsfeldern in der Messtechnik bei Brennstoffzellenfahrzeugen. Dazu wurden Messverfahren erläutert, mit denen das Verhalten des Gesamtfahrzeugs erfasst und bewertet werden kann.

9 Fahrdynamik / NVH
Fahrdynamische Berechnungen und Versuchsinterpretationen setzen häufig die genaue Kenntnis des Fahrbahnprofils voraus. Ein Messfahrzeug mit mehreren integrierten Messsystemen ermöglicht die exakte Erfassung der gesamten Fahrbahngeometrie im laufenden Verkehr. In der Automobilindustrie können die so gewonnenen Informationen nicht nur in der Fahrdynamik, sondern auch als Referenzdaten für Fahrerassistenzsysteme verwendet werden.
Gegenstand der von Dr.-Ing. Bernd Stoffregen (Volkswagen AG) geleiteten Diskussion war auch der Sitzkomfort von Pkw-Sitzen. Dieser hängt unter anderem von der Anatomie der darauf sitzenden Person ab. Mit Hilfe eines neu entwickelten Schwingungsdummys können die Schwingungseigenschaften von unterschiedlichen Insassen nachgebildet werden, um die Komforteigenschaften von Sitzen reproduzierbar zu beurteilen.

10 NVH (Akustik) / Schwingungen
Die Schwingbeanspruchung von Kraftfahrzeugkomponenten, speziell der elektronischen Bauteile, wird wesentlich beeinflusst von den dynamischen Eigenschaften des Fahrzeuges. In der von Dr.-Ing. Werner Dirschmid (CAE Consulting) moderierten Session wurden zunächst Wege aufgezeigt, wie durch den Einsatz numerischer Verfahren eine Zuverlässigkeitsabsicherung der Komponenten ermittelt werden kann.
Nachfolgend wurde das Konzept eines Prüfstandes vorgestellt, der es erlaubt, Belastungen und Fahrmanöver in Verbindung mit akustischen Phänomenen zu simulieren. Hochdynamische Anregungen erfolgen hierbei nicht mechanisch, sondern durch Einkoppelung hochfrequenter Signale über aktive Interfacemodule.
Die Optimierung des Abstrahlverhaltens eines NKW-Getriebes im Entwicklungspro-zess war der Inhalt des dritten Vortrages. Abhängig vom Reifezustand der Konstruktion werden, koordiniert von einem Akustikteam, geeignete Verfahren der Berechnung und des Versuches eingesetzt.

11 Schlussbemerkung
Die Tagung wurde unterstützt von AVL Deutschland GmbH und Schenck Pegasus GmbH. Der Tagungsband ist als VDI Bericht 1900 publiziert worden und kann zum Preis von 90 € über den VDI-Verlag in Düsseldorf bezogen werden. Die nächste VDI-FVT-Tagung "Erprobung und Simulation in der Fahrzeugentwicklung" findet am 21. und 22. Juni 2007 in Würzburg statt.

Bildquellen:
Raguse, K.; Derpmann-Hagenström, P.; Köller, P.; Wolf, A.: Abgleich von Versuch und Simulation beim Crashtest anhand präzise überlagerter Visualisierung von Film und Berechnungsanimation, VDI-Bericht 1900, S. 181 ff., VDI-Verlag, Düsseldorf (2005).
Speckert, M.; Dreßler, K.; Mauch, H.; Lion, A.; Wierda, G.J.: Simulation eines neuar-tigen Prüfsystems für Achserprobung durch MKS-Modellierung einschließlich Rege-lung, VDI-Bericht 1900, S. 227 ff., VDI-Verlag, Düsseldorf (2005).
Dieser Artikel ist erschienen in
"Automobiltechnische Zeitschrift" Ausgabe 01/2006.

Die Vorträge sind im Begleitband der Tagung publiziert. Dieser kann beim VDI-Verlag bestellt werden.

Nähere Informationen erhalten Sie unter:
VDI-Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik
VDI-Platz 1
40468 Düsseldorf
Tel.: +49 (0)211 6214-445, Fax: +49 (0)211 6214-163