Fahrzeugdynamik

Institut für Fahrzeugtechnik Stuttgart (IFS)

Dynamik, Komfort und aktive Systeme. Fahrspaß, Fahrsicherheit und Fahrkomfort sind Begriffe, die untrennbar mit der Dynamik von Kraftfahrzeugen verbunden sind.

Um in allen Teilaspekten die gesteckten Ziele zu erreichen, muss das Gesamtsystem Fahrzeug betrachtet werden. Zudem muss die Interaktion mit Fahrer, seinen Assistenzsystemen und der Umwelt berücksichtigt werden. Am IFS werden zur Fahrzeugdynamik theoretische wie praktische Untersuchungen durchgeführt. Das Spektrum reicht von Modellbildung und Simulation, Methoden- und Funktionsentwicklung über den realen und virtuellen Fahrversuch bis hin zum Einsatz hochspezialisierter Prüfstände und den Bau von Spezialmessfahrzeugen. Ziel ist immer, die Eigenschaften des Systems Kraftfahrzeug besser zu verstehen und gezielt zu gestalten. Dabei werden die Systemeigenschaften nicht nur objektiv charakterisiert, sondern auch deren subjektiv vom Fahrer empfundenen Eigenschaften erfasst.

Der neue Fahrzeugdynamikprüfstand des IFS ist ein hochmodernes Werkzeug zur Erfassung der objektiven Eigenschaften. Mit dessen Hilfe kann die räumliche Bewegung des realen Fahrzeugs bei kombinierter Längs-, Quer- und Vertikalanregung erstmals unter Laborbedingungen untersucht werden.

Der hohe Realismusgrad im Stuttgarter Fahrsimulator erlaubt die Erprobung der subjektiv vom Fahrer empfundenen Eindrücke. Der Einfluss von Fahrwerk, Reifen, und aktiven Systemen auf das Fahrverhalten kann also schnell und risikofrei subjektiv „erfahren“ und optimiert werden.

Aktuelle Schwerpunkte:

  • Objektivierung von Fahrdynamik und Fahrkomfort
  • Objektivierung von subjektiven Fahrempfinden
  • Auslegung und Bewertung von Fahrwerkkonzepten
  • Vermessung von Fahreigenschaften und Fahrzeugeigenschaften
  • Testmethoden & Fahrversuch, Vehicle-in-the-Loop
  • Fahrdynamiksimulation
  • Funktionsentwicklung Aktive Fahrwerkssysteme
  • Methoden zum virtuellen Entwicklungsprozess
  • Digitaler Zwilling, virtuelle Applikation, KI-Methoden

laufende Forschungsprojekte

Projektlaufzeit: 01.10.2019 bis 30.09.2022

Projektpartner: AUDI AG

Ansprechpartner:
Lehrstuhl Kraftfahrwesen
Prof. Dr.-Ing. Andreas Wagner
Dr.-Ing. Jens Neubeck
Telefon +49 711 685-65701


Projektinhalte

Nutzung von Big Data zur Ableitung von Anforderungen an Gesamtfahrzeugfunktionen

Die Implementierung der Methoden und Prozesse des Systems Engineering im Produktentstehungsprozess ermöglicht die Entwicklung von produkt- und kostenoptimierter Produkte. Die Grundlage optimierter Produkte wird in der Anforderungserhebung gelegt. Diese basiert in der Automobilbranche vor allem auf Erfahrungswerten und der Konkurrenzanalyse, allerdings fehlen Informationen darüber, wie der Kunde mit dem Produkt interagiert. Durch die Ausstattung neuer Fahrzeuge mit Datenloggern wird erstmals ermöglicht, dieses bisher ungenutzte Potenzial zu nutzen, indem Kundendaten in die Anforderungserhebung miteinfließen.

Der Fokus des Projekts liegt daher in der Entwicklung von Prozessen und Methoden zur Erhebung von Anforderungen aus dem Kundennutzungsverhalten. Hierzu wird zunächst ein Anwendungsgebiet mit hohem Optimierungs- und Kosteneinsparungspotenzial identifiziert und ein erster Entwurf des Prozesses entwickelt, mit welchem das Kundenverhalten in smarte Nutzungsszenarien aufgebrochen wird. Zur Identifikation der Nutzungsszenarien werden etablierte Algorithmen des Data Mining herangezogen und für den Anwendungsfall modifiziert. Die Analyse der identifizierten Szenarien sowie deren Wechselwirkungen dienen als Argumentationsgrundlage in der Anforderungserhebung.

Projektförderung Fördermittelgeber AUDI AG

Projektlaufzeit: 01.01.2021 bis 31.12.2023

Projektpartner: AUDI AG

Ansprechpartner:
Lehrstuhl Kraftfahrwesen
Prof. Dr.-Ing. Andreas Wagner
Dr.-Ing. Jens Neubeck
Telefon +49 711 685-65701


Projektinhalte

Objektive Bewertung des Fahrverhaltens bei dynamischen Manövern für Fahrzeuge mit Bremsregelsystem

Die derzeitige Entwicklung von Fahrzeugen mit Bremsregelsystem beruht stark auf Fahrversuchen und den Subjektivurteilen einzelner Versuchsingenieure. Dieses Vorgehen hat sich in der Vergangenheit bewährt, da so das vom Fahrer empfundene Fahrzeugverhalten gezielt abgestimmt werden kann. Jedoch ist auf diese Weise der durch steigende Produktkomplexität und Variantenvielfalt zunehmende Entwicklungsaufwand zukünftiger Fahrzeuggenerationen nicht mehr beherrschbar. Um unter diesen Randbedingungen weiterhin Fahrzeuge mit hoher Produktqualität zu entwickeln, bedarf es einer effizienteren und durchgängigeren Gestaltung des derzeitigen Fahrzeugentwicklungsprozesses. Im Rahmen des Forschungsprojekts werden Grundlagen für einen geeigneten Prozess erarbeitet, welcher auf objektiven Bewertungskriterien des Fahrverhaltens beruht. Dazu wird zunächst ein generisches Objektivierungsverfahren entworfen, welches zur Identifikation der objektiven Kennwerte für die Fahreigenschaften von Fahrzeugen mit Bremsregelsystem bei dynamischen Fahrmanövern dient. Aufbauend auf den objektiven Bewertungskriterien werden Methoden für die Auslegungs- und Absicherungsphase der Fahrzeugentwicklung abgeleitet, die den aktuellen Entwicklungsprozess ergänzen und so durchgängiger gestalten. Ein wesentlicher Bestandteil der Methoden sind virtuelle Fahrzeug- und Subsystemmodelle, mithilfe derer die Fahrdynamikbewertung und -auslegung bereits vor dem Aufbau erster physischer Prototypen erfolgen kann. Auf diese Weise können kritische Fahrzeugvarianten frühzeitig identifiziert und im Entwicklungsprozess gezielt berücksichtigt werden. Weiterhin wird eine auf den objektiven Bewertungskriterien aufbauende virtuelle Vorapplikation der Fahrzeuge angestrebt. Folglich verringert sich der Aufwand zur Abstimmung und Absicherung im Fahrversuch, wodurch die Fahrzeugentwicklung auch bei einer hohen Anzahl an Fahrzeugvarianten beherrschbar bleibt.

Projektlaufzeit: 01.10.2020 bis 30.09.2023

Projektpartner: AUDI AG

Ansprechpartner:
Lehrstuhl Kraftfahrwesen
Prof. Dr.-Ing. Andreas Wagner
Dr.-Ing. Jens Neubeck
Telefon +49 711 685-65701

Projektinhalte

Methodenentwicklung für die integrale Fahrwerksentwicklung

Grundlegende Ziele der heutigen Fahrwerksentwicklung sind die Umsetzung von Kundenwunsch und Hersteller-DNA. Diese werden in Form von Anforderungen in der Konzeptphase berücksichtigt. Hier werden zunächst mithilfe kinematischer Konzepte die fahrdynamischen Zusammenhänge optimiert. Sobald eine geeignete Lösung gefunden ist, können diese konstruktiv umgesetzt werden. Erst im Verlauf der Konstruktionsphase können Funktionszusammenhänge, wie Bauräume oder mögliche Fertigungsverfahren, vollständig berücksichtigt werden. Diese wiederum haben oft Auswirkungen auf die Umsetzbarkeit der kinematischen Konzepte. Daraus resultiert häufig eine hohe Anzahl an Iterationsschleifen zwischen Konzeption und Konstruktion, wodurch hohe Kosten und lange Entwicklungszeiten verursacht werden.

Deshalb befasst sich das Projekt mit der frühzeitigen und automatisierten Machbarkeitsanalyse von Kinematikentwürfen. Es sollen mit den bereits in der Konzeptphase zugänglichen Informationen mögliche Probleme in der Konstruktionsphase aufgezeigt werden. Dazu werden räumliche Modelle der Fahrwerkskomponenten erzeugt. Deren Gestalt soll aus ihrer Funktion abgeleitet und iterativ an geometrische Randbedingungen angepasst werden. So sollen für jedes kinematische Konzept mehrere Konstruktionsvarianten systematisch erzeugt und hinsichtlich ihrer Machbarkeit bewertet werden können. Ziel ist durch einen Frontloadingansatz die Entwicklungszeit und -kosten in der Fahrwerksentwicklung zu reduzieren. Somit sollen Kundenwunsch und Hersteller-DNA noch besser umsetzbar werden.

Projektlaufzeit: 01.08.2021 bis 31.07.2024

Ansprechpartner:
Lehrstuhl Kraftfahrwesen
Prof. Dr.-Ing. Andreas Wagner
Dr.-Ing. Jens Neubeck
Telefon +49 711 685-65701

Projekthomepage: https://sofdcar.de/

Projektinhalte

Software-Defined Car (SofDCar): Software-getrieben von Embedded Systems bis in die Cloud für Entwicklung und Betrieb

Im Zuge des Erreichens von voll automatisierten Fahrzeugen kommen zunehmend Methoden zum Absichern von sicherheitskritischen Fahrsituationen zum Einsatz, die ein virtuelles Abbild der Fahrzeugkonfiguration, der Fahrzeugumgebung, und sogar von hoch dynamischen Objekten erfordern (virtuelle Validierung). Insofern ein kontinuierliches Auslesen von Fahrzeugzuständen unerlässlich.

Um dieses zu ermöglichen, bedarf es eines möglichst exakten Abbilds des realen Fahrzeuges mit seinen Hardwarekomponenten, den installierten Softwareversionen und -varianten, ihrer Gesamtkonfiguration, der momentan über Sensoren und Aktoren erfassten Zustände und der Daten und Objekte, die dynamisch über LIDAR, RADAR und Kameras erfasst werden sowie derer Umgebung. Diese digitale Replikation von Fahrzeugen und ihrer Umgebung nennt man Digitalen Zwilling (Digital Twin). Auch autonome Fahrfunktionen basieren auf datengetriebenen Algorithmen, die durch kontinuierliche Datenerhebung iterativ verbessert werden. Der Digitale Zwilling und seine Services bieten die für diese Erhebung essenzielle Datengrundlage.

Im Rahmen des großen Verbundprojekts SofDCar befasst sich das IFS mit Predictive Maintenance von fahreigenschaftsrelevanten Subsystemen im Kontext des Digitalen Zwillings. So soll ein Service Use-Case für die Verwendung des Digitalen Zwillings erstellt werden. Dafür werden einzelne Subsysteme (bspw. Hinterachslenkung oder aktive Federung) durch eine physikalische Modellierung und Simulation sowie Messungen objektiviert. Darauf aufbauend werden datengetriebene Algorithmen zur Detektion von Fehlern und Anomalien während der Laufzeit des Systems entwickelt. Dies Ermöglicht beispielsweise die Detektion von Alterungseffekten und Beschädigungen im System.

Die Entwicklung der Methode wird durch den Aufbau eines dafür geeigneten Demonstrator-Fahrzeugs unterstützt. Durch die Ausstattung des Fahrzeugs mit geeigneten Sensoren und einer 5G Anbindung wird die Generierung von Datensets und die Kommunikation mit der Digital Twin Infrastruktur des Gesamtprojekts ermöglicht. In Verbindung mit dem Fahrzeugdynamikprüfstand des IFS steht somit die ideale Kombination aus Testobjekt und modernsten Prüfeinrichtungen zur Entwicklung, Validierung und Verifikation der Methodik zur Verfügung.

abgeschlossene Forschungsprojekte

Projektlaufzeit: 01.04.2016 bis 31.03.2019

Projektpartner: AUDI AG

Ansprechpartner:

Lehrstuhl Kraftfahrwesen
Prof. Dr.-Ing. Andreas Wagner
Dr. Ing. Jens Neubeck

Projektinhalte

Die aktuelle, vornehmlich hardwarebasierte Entwicklung von Fahrwerkregelsystemen stößt mit steigender Fahrwerkskomplexität und -varianz zunehmend an ihre Grenzen. Sowohl die Auslegung in der frühen Entwicklungsphase, als auch die seriennahe Applikation erfordern einen erhöhten Zeitaufwand oder sind ohne virtuelle Methoden nicht leistbar. Der Fokus des Projekts liegt in der Entwicklung von Prozessen, Methoden und Tools zur Integration der virtuellen Entwicklung in den Produktentstehungsprozess. Hierzu wird eine Simulationsumgebung für vernetzte Fahrwerksfunktionen und -regelsysteme aufgebaut und validiert. Zur Analyse von Wechselwirkungen auf Fahrzeug-, Funktions- und Systemebene werden etablierte Algorithmen der Sensitivitätsanalyse herangezogen und für den Anwendungsfall modifiziert. Mit diesen Werkzeugen und diesem Wissen wird die virtuelle Fahrwerkregelsystemauslegung, -bewertung und -applikation zielgerichtet durchgeführt bzw. unterstützt. Durch diese Verzahnung von hardwarenaher und virtueller Entwicklung lassen sich die Entwicklungsqualität und -effizienz nachhaltig steigern. Kernziele des Vorhabens sind Entwicklung und Validierung Simulationsumgebung für vernetzte Fahrwerksfunktionen, Integration und Bewertung von Sensitivitätsanalysealgorithmen; Funktions- und Systemspezifikation sowie Fahrwerkregelsystemapplikation, Weiterentwicklung des Fahrwerkregelsystementwicklungsprozesses um diese virtuellen Methoden.

Projektförderung Fördermittelgeber AUDI AG

Projektlaufzeit: 01.07.2017 bis 30.06.2020

Projektpartner: Audi AG

Ansprechpartner:

Lehrstuhl Kraftfahrwesen
Prof. Dr.-Ing. Andreas Wagner
Dr. Ing. Jens Neubeck

Projektinhalte

Die heutige Fahrzeugentwicklung weist die Tendenz zu immer kürzeren Entwicklungszyklen bei einer gleichzeitig stetig steigenden Anzahl von vernetzten und wechselwirkenden Fahrwerkregelsystemen auf. Daraus resultiert eine umfassende Fahrzeugvarianz sowie eine umfangreiche Produktkomplexität. Um diesen Rahmenbedingungen Rechnung zu tragen, werden zukünftig vermehrt virtuelle Methoden einzusetzen sein, um zum einen die Komplexität und die Varianz zu beherrschen und zum anderen eine hohe Produktqualität sicherzustellen.
Im Rahmen des Forschungsprojekts ist ein durchgängiger, virtueller Entwicklungsprozess für Fahrzeuge mit Bremsregelsystemen zu gestalten, der die speziellen Anforderungen von Bremsregelsystemen in allen Projektphasen berücksichtigt. Kernziele des Vorhabens sind Definition eines durchgängigen Entwicklungsprozesses für Fahrzeuge mit Bremsregelsystemen; Entwicklung der dafür notwendigen Methoden: Formale und durchgängige Prozessbeschreibung in jeder Phase des V-Modells; Parameterstudien auf Fahrzeug-, Funktions- und Systemebene; Robustheitsuntersuchungen.

Ihr Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt Jens Neubeck

Jens Neubeck

Dr.-Ing.

Bereichsleiter Fahrzeugtechnik 1 – Fahrzeugdynamik & Fahrwerksfunktionen, Thermowindkanal

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