Continuous simulation support in the aircraft system development

Die Computersimulation bietet ein geeignetes Hilfsmittel zur Analyse komplexer Systeme. Für technische Problemstellungen jeder Art existieren heute unzählige, spezialisierte Simulationsprogramme, mit deren Hilfe einzelne physikalische Disziplinen modelliert und simuliert werden können. Die wichtigsten Argumente für den Einsatz der Simulationstechnik sind die Steigerung der Entscheidungsqualität und der –sicherheit. Aus wirtschaftlicher Sicht ist daher vor allem bei komplexen Systemen ein kontinuierlicher Simulationseinsatz in allen Entwicklungsphasen anzuraten. Von einem durchgängigen Simulationseinsatz zur Unterstützung des Entwicklungsprozess kann in der Flugzeugindustrie nicht die Rede sein. Aufgrund von Ressourcenknappheit wird in der frühen Produktentwicklung häufig auf den Einsatz von Simulationstechniken verzichtet. Gerade diese Phase ist für eine erfolgreiche Produktentwicklung von besonderer Bedeutung, da hier bereits bis zu 70% der Entwicklungskosten festgelegt werden. Ein weiteres Problem besteht darin, dass Systeminteraktionen erst in den späten Entwicklungsphasen überprüft werden. Systeminkompatibilitäten in diesen Phasen führen zu zeit- und kostenintensiven Iterationsschleifen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass weder ein standardisiertes Vorgehen, noch ein Konzept oder eine Methodik zum durchgängigen Einsatz von Simulationstechniken für den Entwicklungsprozess von Flugzeugsystemen existieren. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Konzeptes, welches den Einsatz von Simulationstechniken im Entwicklungsprozess regelt und somit zur Steigerung der Qualität und Transparenz, Reduzierung der Entwicklungszeit und –kosten sowie zur Verbesserung des ganzheitlichen Denkens im Produktentstehungsprozess führt. Das Konzept für die durchgängige Simulationsunterstützung sieht eine virtuelle Systemanalyse in den frühen Entwicklungsphasen vor. Durch den Einsatz der Simulationstechnik ist es möglich, Konzeptalternativen auf einer mathematischen Basis zu vergleichen und somit die Suche nach der besten Lösung zu unterstützen. Die frühzeitige virtuelle Verifikation im linken Strang des V-Modells - hierbei handelt es sich um ein Vorgehensmodell in der Produktentwicklung - führt dazu, dass Entwicklungsfehler frühzeitig entdeckt werden und verhindert damit kostenintensive Iterationsschleifen. Das Simulationskonzept schreibt den kontinuierlichen Einsatz der Simulationstechnik von der Konzeptphase bis zum Ende der Testphase vor. Ein Modellierungskonzept mit verschiedenen Detaillierungsebenen erlaubt die Anpassung der Modelle an den jeweiligen Entwicklungsstand. Zudem ermöglicht die Kombination aus alleinstehenden und systemübergreifenden Simulationen zum einen eine Teilsystemoptimierung mit geringem Ressourceneinsatz und zum anderen werden in den systemübergreifenden Simulationen Systeminteraktionen analysiert, so dass Inkompatibilitäten frühzeitig erkannt werden. Der Einsatz der standardisierten Modellierungssprache SysML erhöht zusätzlich die Transparenz und führt zu einer Verbesserung der Kommunikation im Entwicklungsprozess. Gleichzeitig wird durch die standardisierte Modellierung das Verständnis für das Gesamtsystem aller an der Entwicklung Beteiligten erhöht. Für die Informationsbereitstellung wird eine zentrale Informationsbasis verwendet, die es ermöglicht bestehende Infrastrukturen weiter zu verwenden sowie weitere Informationsquellen zu integrieren, so dass immer die am besten geeignete IT-Lösung für die Informationsbereitstellung eingesetzt wird. Zudem wird der Aufwand für die Beschaffung von Informationen reduziert und somit die wertschöpfende Tätigkeit aller Beteiligten gesteigert. Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur Realisierung einer virtuellen Flugzeugentwicklung, deren Ziele eine frühzeitige Analyse des Verhaltens des Gesamtsystems Flugzeug und somit die Reduzierung der realen Hardwaretests sind. Eine frühzeitige virtuelle Flugzeugüberprüfung resultiert damit in einer Reduzierung der Entwicklungszeit und –kosten.Computer simulation provides an adequate tool for complex system analysis. For nearly all physical domains, specialised simulation software is available which allows to model and simulate all kinds of multidisciplinary systems. From an economical point of view it is recommended to use the simulation for complex system analysis throughout the whole development process. Simulation supports the decision process and increases the quality of the product. Furthermore it improves the overall system appreciation, reduces the development costs, and thus paves the way for the competitiveness of companies. In today’s aircraft development a continuous simulation support throughout the development process does not exist. In the early development phases decisions are based on empirical knowledge because of missing resources. But for the success of the development the early phases play a major role. In these phases nearly 70% of the overall development costs are defined. Another deficit of the current development process caused by different vocabulary of concepts is the interdisciplinary communication. This involves an independent development, isolated solution of single subsystems, and leads to misunderstandings and a loss of overall knowledge for all participating developers. In summary it can be said that a standardised approach, method or process for the use of simulation techniques throughout the development process is missing. The main goal of this work is to provide a generic concept for the continuous simulation support in the aircraft system development process. Therefore deficits in the current development process were identified and used to define requirements for a future concept. The simulation concept provides a virtual analysis in the early development phases. Due to this proceeding it is possible to evaluate different aircraft system concepts on a mathematical base. This enables the determination of the best system solution for the ongoing development process. In addition, it allows an early virtual verification, so that development faults can be identified in an early stage of the development. As a result, cost and time intensive iteration loops in the following phases are reduced. The concept regulates the use of simulation during the whole system development process from the early concept phases to the end of the test phases. Different model abstraction levels allow a model adaptation with regard to the respective development phase. The combination of stand alone and system wide simulations allows an optimisation of subsystems with only few resources and the virtual analysis of system interactions. This enables the early detection of system incompatibilities. For the system wide simulation the co-simulation and the simulation coupling are applicable. These simulation techniques always allow to use the most appropriate simulation software. Furthermore the use of the standardised modelling language SysML increases the transparency and improves the communication in the development process. The information allocation is realised by a central information basis which allows to integrate existing infrastructures e.g. data bases. Once the user has been authenticated he has access to all relevant development data. Moreover the central information basis reduces the effort of data allocation. This work makes a contribution to the virtual aircraft development. The scope of the virtual development is the early analysis of the overall behaviour of an aircraft and thus the reduction of development costs and time

Continuous simulation support in the aircraft system development

Die Computersimulation bietet ein geeignetes Hilfsmittel zur Analyse komplexer Systeme. Für technische Problemstellungen jeder Art existieren heute unzählige, spezialisierte Simulationsprogramme, mit deren Hilfe einzelne physikalische Disziplinen modelliert und simuliert werden können. Die wichtigsten Argumente für den Einsatz der Simulationstechnik sind die Steigerung der Entscheidungsqualität und der –sicherheit. Aus wirtschaftlicher Sicht ist daher vor allem bei komplexen Systemen ein kontinuierlicher Simulationseinsatz in allen Entwicklungsphasen anzuraten. Von einem durchgängigen Simulationseinsatz zur Unterstützung des Entwicklungsprozess kann in der Flugzeugindustrie nicht die Rede sein. Aufgrund von Ressourcenknappheit wird in der frühen Produktentwicklung häufig auf den Einsatz von Simulationstechniken verzichtet. Gerade diese Phase ist für eine erfolgreiche Produktentwicklung von besonderer Bedeutung, da hier bereits bis zu 70% der Entwicklungskosten festgelegt werden. Ein weiteres Problem besteht darin, dass Systeminteraktionen erst in den späten Entwicklungsphasen überprüft werden. Systeminkompatibilitäten in diesen Phasen führen zu zeit- und kostenintensiven Iterationsschleifen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass weder ein standardisiertes Vorgehen, noch ein Konzept oder eine Methodik zum durchgängigen Einsatz von Simulationstechniken für den Entwicklungsprozess von Flugzeugsystemen existieren. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Konzeptes, welches den Einsatz von Simulationstechniken im Entwicklungsprozess regelt und somit zur Steigerung der Qualität und Transparenz, Reduzierung der Entwicklungszeit und –kosten sowie zur Verbesserung des ganzheitlichen Denkens im Produktentstehungsprozess führt. Das Konzept für die durchgängige Simulationsunterstützung sieht eine virtuelle Systemanalyse in den frühen Entwicklungsphasen vor. Durch den Einsatz der Simulationstechnik ist es möglich, Konzeptalternativen auf einer mathematischen Basis zu vergleichen und somit die Suche nach der besten Lösung zu unterstützen. Die frühzeitige virtuelle Verifikation im linken Strang des V-Modells - hierbei handelt es sich um ein Vorgehensmodell in der Produktentwicklung - führt dazu, dass Entwicklungsfehler frühzeitig entdeckt werden und verhindert damit kostenintensive Iterationsschleifen. Das Simulationskonzept schreibt den kontinuierlichen Einsatz der Simulationstechnik von der Konzeptphase bis zum Ende der Testphase vor. Ein Modellierungskonzept mit verschiedenen Detaillierungsebenen erlaubt die Anpassung der Modelle an den jeweiligen Entwicklungsstand. Zudem ermöglicht die Kombination aus alleinstehenden und systemübergreifenden Simulationen zum einen eine Teilsystemoptimierung mit geringem Ressourceneinsatz und zum anderen werden in den systemübergreifenden Simulationen Systeminteraktionen analysiert, so dass Inkompatibilitäten frühzeitig erkannt werden. Der Einsatz der standardisierten Modellierungssprache SysML erhöht zusätzlich die Transparenz und führt zu einer Verbesserung der Kommunikation im Entwicklungsprozess. Gleichzeitig wird durch die standardisierte Modellierung das Verständnis für das Gesamtsystem aller an der Entwicklung Beteiligten erhöht. Für die Informationsbereitstellung wird eine zentrale Informationsbasis verwendet, die es ermöglicht bestehende Infrastrukturen weiter zu verwenden sowie weitere Informationsquellen zu integrieren, so dass immer die am besten geeignete IT-Lösung für die Informationsbereitstellung eingesetzt wird. Zudem wird der Aufwand für die Beschaffung von Informationen reduziert und somit die wertschöpfende Tätigkeit aller Beteiligten gesteigert. Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur Realisierung einer virtuellen Flugzeugentwicklung, deren Ziele eine frühzeitige Analyse des Verhaltens des Gesamtsystems Flugzeug und somit die Reduzierung der realen Hardwaretests sind. Eine frühzeitige virtuelle Flugzeugüberprüfung resultiert damit in einer Reduzierung der Entwicklungszeit und –kosten.Computer simulation provides an adequate tool for complex system analysis. For nearly all physical domains, specialised simulation software is available which allows to model and simulate all kinds of multidisciplinary systems. From an economical point of view it is recommended to use the simulation for complex system analysis throughout the whole development process. Simulation supports the decision process and increases the quality of the product. Furthermore it improves the overall system appreciation, reduces the development costs, and thus paves the way for the competitiveness of companies. In today’s aircraft development a continuous simulation support throughout the development process does not exist. In the early development phases decisions are based on empirical knowledge because of missing resources. But for the success of the development the early phases play a major role. In these phases nearly 70% of the overall development costs are defined. Another deficit of the current development process caused by different vocabulary of concepts is the interdisciplinary communication. This involves an independent development, isolated solution of single subsystems, and leads to misunderstandings and a loss of overall knowledge for all participating developers. In summary it can be said that a standardised approach, method or process for the use of simulation techniques throughout the development process is missing. The main goal of this work is to provide a generic concept for the continuous simulation support in the aircraft system development process. Therefore deficits in the current development process were identified and used to define requirements for a future concept. The simulation concept provides a virtual analysis in the early development phases. Due to this proceeding it is possible to evaluate different aircraft system concepts on a mathematical base. This enables the determination of the best system solution for the ongoing development process. In addition, it allows an early virtual verification, so that development faults can be identified in an early stage of the development. As a result, cost and time intensive iteration loops in the following phases are reduced. The concept regulates the use of simulation during the whole system development process from the early concept phases to the end of the test phases. Different model abstraction levels allow a model adaptation with regard to the respective development phase. The combination of stand alone and system wide simulations allows an optimisation of subsystems with only few resources and the virtual analysis of system interactions. This enables the early detection of system incompatibilities. For the system wide simulation the co-simulation and the simulation coupling are applicable. These simulation techniques always allow to use the most appropriate simulation software. Furthermore the use of the standardised modelling language SysML increases the transparency and improves the communication in the development process. The information allocation is realised by a central information basis which allows to integrate existing infrastructures e.g. data bases. Once the user has been authenticated he has access to all relevant development data. Moreover the central information basis reduces the effort of data allocation. This work makes a contribution to the virtual aircraft development. The scope of the virtual development is the early analysis of the overall behaviour of an aircraft and thus the reduction of development costs and time

MeMo - An open integration-platform for model-based design in the field of vehicle-systems

Für die modellbasierte Entwicklung aktueller Fahrzeuge und Fahrzeugkomponenten finden rechnergestützte Werkzeuge und Simulationsmodelle in breitem Umfang Anwendung. Insbesondere für mechatronische Fahrzeugsysteme ist eine ganzheitliche Betrachtung, basierend auf einer domänenübergreifenden Entwicklung zwischen verschiedenen organisatorischen Abteilungen, Zulieferern etc. unabdingbar. Bereits zu Beginn der Entwicklung ist ein interdisziplinäres Denken, Transparenz zwischen den einzelnen Entwicklern sowie eine gemeinsame Basis für die entstehenden Modelle erforderlich. Vor diesem Hintergrund ist für die methodische Unterstützung das Softwarewerkzeug „MeMo“ konzipiert und implementiert worden. Explizit ausgerichtet auf die Entwicklung von Simulationsmodellen, welche stets durch eine Vielzahl von Dateien repräsentiert werden, ermöglicht „MeMo“ ein paralleles Arbeiten in Form von Softwarekooperationen durch mehrere Entwickler an einem hierarchisch strukturierten Modell. Durch das intelligent angesteuerte Datenbanksystem ist es mit dem neu entstandene Softwarewerkzeug möglich, einmal abgelegte Teilelemente in diversen Modellierungsprojekten wieder zu verwenden. Die zur fahrzeugspezifischen Ausprägung der Modelle notwendigen Parametersätze werden durch spezielle Algorithmen mit dem durch „MeMo“ implementierten Variantenmanagement transparent für den Entwickler dargestellt. Die hierarchische Strukturierung in Verbindung mit dem Variantenmanagement für Simulationsmodelle ermöglicht jedem einzelnen Entwickler eine ganzheitliche Betrachtung des mechatronischen Fahrzeugsystems und ein effizientes Ableiten neuer Konfigurationen, basierend auf dem bereits vorhandenen Wissen im Datenbanksystem. Die interaktive Verknüpfung der Integrationsplattform „MeMo“ mit Matlab/Simulink ermöglicht dem Anwender ein domänenübergreifendes Arbeiten in einem gewohnten Werkzeug, das dem interdisziplinären Entwicklungscharakter mechatronischer Systeme Rechnung trägt.For the model-based design of actual cars and car-components computer-based tools together with simulation-models are used extensively. It is essential for the developer of mechatronic vehicle-systems to have an integral view based on a domain comprehensive development between different organizational departments, suppliers etc. Starting at the beginning of the development cycle interdisciplinary thinking and transparency between all developers as well as a common data-basis and approach for the model to be built is necessary. In order to support the above methodically there is a software-tool named "MeMo" that has been designed and implemented. Aligned explicitly with the development of simulation-models that are represented through many files "MeMo" allows parallel working in the form of software-cooperation through multiple developers on a hierarchically structured model. With the new designed software-tool that is controlling the database-system intelligently it is possible to reuse previous elements in multiple modeling-projects. The parameter-sets that are required in order to get vehicle-specific behavior from a generic simulation model are managed with algorithms that are implemented in "MeMo" for variant-management. The actual existing variants of a model are easily visible to the developer. The hierarchical structuring in addition with the variant-management for simulation-models enables each developer to get a integral view of the mechatronic system. Further more it is possible to efficiently derive a new configuration based on the already saved knowledge in the database-system. The interactive combination of the integration-platform "MeMo" and Matlab/Simulink enables the user to work across different domains with a well known tool and with the necessary interdisciplinary development characteristics of a mechatronic system

MeMo - An open integration-platform for model-based design in the field of vehicle-systems

Für die modellbasierte Entwicklung aktueller Fahrzeuge und Fahrzeugkomponenten finden rechnergestützte Werkzeuge und Simulationsmodelle in breitem Umfang Anwendung. Insbesondere für mechatronische Fahrzeugsysteme ist eine ganzheitliche Betrachtung, basierend auf einer domänenübergreifenden Entwicklung zwischen verschiedenen organisatorischen Abteilungen, Zulieferern etc. unabdingbar. Bereits zu Beginn der Entwicklung ist ein interdisziplinäres Denken, Transparenz zwischen den einzelnen Entwicklern sowie eine gemeinsame Basis für die entstehenden Modelle erforderlich. Vor diesem Hintergrund ist für die methodische Unterstützung das Softwarewerkzeug „MeMo“ konzipiert und implementiert worden. Explizit ausgerichtet auf die Entwicklung von Simulationsmodellen, welche stets durch eine Vielzahl von Dateien repräsentiert werden, ermöglicht „MeMo“ ein paralleles Arbeiten in Form von Softwarekooperationen durch mehrere Entwickler an einem hierarchisch strukturierten Modell. Durch das intelligent angesteuerte Datenbanksystem ist es mit dem neu entstandene Softwarewerkzeug möglich, einmal abgelegte Teilelemente in diversen Modellierungsprojekten wieder zu verwenden. Die zur fahrzeugspezifischen Ausprägung der Modelle notwendigen Parametersätze werden durch spezielle Algorithmen mit dem durch „MeMo“ implementierten Variantenmanagement transparent für den Entwickler dargestellt. Die hierarchische Strukturierung in Verbindung mit dem Variantenmanagement für Simulationsmodelle ermöglicht jedem einzelnen Entwickler eine ganzheitliche Betrachtung des mechatronischen Fahrzeugsystems und ein effizientes Ableiten neuer Konfigurationen, basierend auf dem bereits vorhandenen Wissen im Datenbanksystem. Die interaktive Verknüpfung der Integrationsplattform „MeMo“ mit Matlab/Simulink ermöglicht dem Anwender ein domänenübergreifendes Arbeiten in einem gewohnten Werkzeug, das dem interdisziplinären Entwicklungscharakter mechatronischer Systeme Rechnung trägt.For the model-based design of actual cars and car-components computer-based tools together with simulation-models are used extensively. It is essential for the developer of mechatronic vehicle-systems to have an integral view based on a domain comprehensive development between different organizational departments, suppliers etc. Starting at the beginning of the development cycle interdisciplinary thinking and transparency between all developers as well as a common data-basis and approach for the model to be built is necessary. In order to support the above methodically there is a software-tool named "MeMo" that has been designed and implemented. Aligned explicitly with the development of simulation-models that are represented through many files "MeMo" allows parallel working in the form of software-cooperation through multiple developers on a hierarchically structured model. With the new designed software-tool that is controlling the database-system intelligently it is possible to reuse previous elements in multiple modeling-projects. The parameter-sets that are required in order to get vehicle-specific behavior from a generic simulation model are managed with algorithms that are implemented in "MeMo" for variant-management. The actual existing variants of a model are easily visible to the developer. The hierarchical structuring in addition with the variant-management for simulation-models enables each developer to get a integral view of the mechatronic system. Further more it is possible to efficiently derive a new configuration based on the already saved knowledge in the database-system. The interactive combination of the integration-platform "MeMo" and Matlab/Simulink enables the user to work across different domains with a well known tool and with the necessary interdisciplinary development characteristics of a mechatronic system

Integration von Messdaten in die Simulation zur multikriteriellen, zeiteffizienten versuchsbasierten Optimierung technischer Systeme = Integration of measurement data in the simulation for the multicriteria time-efficient testbased optimization of technical systems

This draft presents a part of the operation system, which combines simulationmodels and the testbased optimization. Thereby, test data are used to parameterise physical model structures. Afterwards these physical models are used for the optimization of the design parameters. The advantage of this approach is that also parameters, which can only be changed slowly during a test, can be optimized with the help of the simulation models

Entwicklung eines Modells zur systemorientierten Bewertung der Produktentwicklung hinsichtlich der Dimensionen Effektivität und Effizienz

Im Rahmen der Dissertation wird ein Bewertungsmodell entwickelt, das anhand von Frühindikatoren eine proaktive Bewertung von Entwicklungsprojekten ermöglicht. Aufbauend auf einer empirischen Überprüfung werden die Wechselwirkungen zwischen den Frühindikatoren analysiert. Im Anschluss wird mittels quantitativer Pfadanalysen der Effekt der Frühindikatoren auf die Projektergebnisgrößen untersucht. Als Ergebnis liefert die Arbeit ausgewählte Frühindikatoren, deren Bewertungsskalen die geforderten Reliabilitäts- und Validitätskriterien erfüllen

Skalierbarkeit einer Szenarien- und Template-basierten Simulation von Elektrik/Elektronik-Architekturen in reaktiven Umgebungen

Die Automobilindustrie befindet sich in einem Wandel. Zukünftige Fahrzeuge sind elektrisch, autonom, vernetzt, werden geteilt und regelmäßig aktualisiert. Die Auswirkung davon ist ein starkes Wachstum der Software in zukünftigen Fahrzeugen, das vor allem auf die Implementierung von autonomen Fahrerverhalten und herstellerspezifischen Betriebssystemen zurückzuführen ist. Zur sicheren Ausführung dieser Software werden leistungsstarke Zentralrechner benötigt. Daneben führen ein steigender Bedarf an Sicherheitsmechanismen gegen Cyberangriffe, der Einzug von Leistungselektronik und die notwendige Gewährleistung der Ausfallsicherheit zu einem Anstieg der Komplexität bei der Entwicklung von automobilen Elektrik/Elektronik-Architekturen (E/E-Architekturen). Im Bereich der Leistungselektronik liegt dies etwa an der benötigten Realisierung einer galvanischen Trennung zwischen Hochvolt- und Niedervoltnetz, um die Unversehrtheit der Insassen zu gewährleisten. Außerdem erfordert der Einsatz von permanenterregten Synchronmaschinen die sichere Auslegung und das Design entsprechender Schaltungen zur Ansteuerung. Cyberangriffe erfordern hingegen Mechanismen zur Abwehr und Gewährleistung der Informationssicherheit. Dazu zählen präventive Firewalls oder proaktive Angriffserkennungssysteme. Eine Ausfallsicherheit wird dagegen durch Komponenten- oder Informationsredundanz ermöglicht. Um entsprechende Ausfallmaßnahmen einzuleiten, kann zusätzlich die Implementierung eines entsprechenden Monitorings nötig sein. Im Zuge des Wandels wachsen die E/E-Architekturmodelle und weisen einen höheren Vernetzungsgrad auf. Dadurch haben E/E-Architekten mehr Designentscheidungen zu treffen, wobei Lösungen mehr Freiheitsgrade aufweisen und Auswirkungen schwieriger zu beurteilen sind. Jedoch müssen frühestmöglich im Entwicklungsprozess überprüfbar richtige Entscheidungen getroffen werden. Die Einführung frühzeitiger Tests in zukünftigen Zulassungsprozessen gibt dieser Anforderung ein weiteres Gewicht. In existierenden Arbeiten wurde gezeigt, dass eine in E/E-Architekturentwicklungswerkzeugen integrierte Simulationen einen Mehrwert für E/E-Architekten bei der frühzeitigen Findung von Designentscheidungen bietet. In dieser Arbeit werden dagegen die Grenzen der Skalierbarkeit einer solchen Simulation untersucht. Dies geschieht mithilfe von industriell relevanten Anwendungsfällen. Ein bestehender Ansatz zur automatisierten Synthese von Simulationsmodellen aus PREEvision-E/E-Architekturmodellen wird dabei unter Berücksichtigung der Anforderungen bei großmaßstäblichen Modellen erweitert und angepasst. Hierzu werden zunächst Simulatoren hinsichtlich ihrer Eignung für einen Einsatz im industriellen Umfeld untersucht. Dies erfolgt anhand in der Arbeit definierten Auswahlkriterien sowie mithilfe von synthetischen und skalierbaren Benchmarks. Im Anschluss werden Konzepte untersucht, welche die Erhöhung der Skalierbarkeit einer E/E-Architektursimulation adressieren. Zu den Aspekten der Skalierbarkeit gehören neben der Performanz auch die Anwendbarkeit und die Validierbarkeit, welche von der Emergenz generierter Modelle beeinflusst werden. Als Lösung werden in dieser Arbeit ausführbare Szenarienmodelle zur zustandsabhängigen Generierung von Stimuli und der reaktiven Evaluierung von Signalwerten verwendet. Durch deren Schnittstellen können gezielt die für einen Anwendungsfall relevanten Modellkomponenten der E/E-Architektur identifiziert werden, welche in Summe das sogenannte “System of Interest“ bilden. Auf diese Weise kann die Simulationsmodellgröße reduziert werden. Darüber hinaus werden parametrisierbare, pre-validierte und performanzoptimierte Teilmodelle, sogenannte „Templates“, bei der Generierung verwendet. Neben einer manuellen Zuweisung der Templates zu E/E-Architekturmodellkomponenten über die in dieser Arbeit verwendeten Template And Layer Integration Architecture (TALIA), haben spezifische Komponenten auf der Leistungssatzebene, wie Batterien, Stecker oder Kabel, bereits Standard-Templates zugewiesen. Simulationsmodelle können dadurch ohne manuelle Verhaltensmodellierung und zugehörige Validierung generiert werden. Damit Standard-Templates verwendet werden können, wird eine Hardware-zentrierte Abbildung verfolgt. Die physikalische E/E-Architektur aus der Realität bildet dabei die Grundlage für die generierten Simulationsmodelle. Softwaremodelle werden ergänzend über die Modelle der Steuergeräte bzw. ECUs integriert. Ebenso sind die Szenarienmodelle nach der Generierung ein Teil der Simulationsmodelle. Damit findet die Integration unterschiedlicher E/E-Architekturebenen statt, wodurch hybride Simulationsmodelle entstehen. Für die Evaluation werden Anwendungsfälle für Simulationen aus möglichen Designentscheidungsfragen abgeleitet und anhand definierter Kriterien für die weitere Betrachtung ausgewählt. Designentscheidungsfragen ergeben sich beim Technologieentscheid, der Dimensionierung von Komponente oder bei Optimierungen. Die Anwendungsfälle bestimmen das benötigte Testmodell, bestehend aus dem zu evaluierenden System of Interest und dem Prüfstandmodell, realisiert als Szenariomodell. Da das Testmodell die Basis des Simulationsmodells bildet und damit dessen Komplexität bestimmt, lässt sich anhand der Anwendungsfälle die Skalierbarkeit der E/E-Architektursimulation beurteilen. Insbesondere wird in dieser Arbeit der Einfluss emergenter Modelleigenschaften auf die Skalierbarkeit untersucht

Eine neue Methodik zur modellbasierten Bestimmung dynamischer Betriebslasten im mechatronischen Fahrwerkentwicklungsprozess

In der vorliegenden Arbeit wird eine neue Methodik beschrieben, die es erlaubt, Modelle mechatronischer Fahrwerkregelsysteme möglichst einfach und schnell in ein Gesamtfahrzeugmodell zum Zwecke einer Betriebslastanalyse zu integrieren. Dadurch stehen im Fahrzeugentwicklungsprozess sehr früh Lastdaten für die betriebsfeste Auslegung von Fahrzeugkomponenten zur Verfügung., was eine Verkürzung der Produktentwicklungszeit und eine Minimierung der Produktentwicklungskosten ermöglicht

Eine neue Methodik zur modellbasierten Bestimmung dynamischer Betriebslasten im mechatronischen Fahrwerkentwicklungsprozess

In der vorliegenden Arbeit wird eine neue Methodik beschrieben, die es erlaubt, Modelle mechatronischer Fahrwerkregelsysteme möglichst einfach und schnell in ein Gesamtfahrzeugmodell zum Zwecke einer Betriebslastanalyse zu integrieren. Dadurch stehen im Fahrzeugentwicklungsprozess sehr früh Lastdaten für die betriebsfeste Auslegung von Fahrzeugkomponenten zur Verfügung., was eine Verkürzung der Produktentwicklungszeit und eine Minimierung der Produktentwicklungskosten ermöglicht

Empirical investigation of a hybrid simulator for the holistic experience of new vehicle interior concepts

Moderne Fahrzeuge charakterisieren sich durch immer mehr Fahrzeugfunktionen. Die daraus resultierenden Herausforderungen hinsichtlich der Gebrauchstauglichkeit haben bei Automobilunternehmen zu einer Funktionsorientierung im Entwicklungsprozess geführt. Darüber hinaus erfordert die hohe Individualisierung der Produkte als wesentliches Kaufkriterium die Berücksichtigung des ganzheitlichen Nutzererlebnisses (User Experience) während der gesamten Produktentwicklung. Besonders in frühen Entwicklungsphasen, in denen keine realen Versuchsfahrzeuge verfügbar sind, werden daher interaktive Entwicklungswerkzeuge eingesetzt, um neue Fahrzeuginterieur-Konzepte subjektiv erlebbar zu machen. Subjektive Evaluierungen sind in der Gesamtprodukt-Konzeptphase gegenwärtig auf visuelle bzw. haptische Betrachtungen ästhetischer, ergonomischer und geometrischer Themen in statischen Bewertungsumgebungen fokussiert. Als interaktive Entwicklungswerkzeuge werden Design-Sitzkisten sowie (variable) Ergonomie-Prüfstände eingesetzt und mithilfe von Virtual Reality (VR)-Techniken erweitert. In diesen Tools werden Evaluierungen in dynamischen Bewertungsumgebungen (während der Fahrt) und Untersuchungen von Schnittstellen zwischen Fahrer und Fahrzeugfunktionen (z.B. Fahrerassistenzsystemen, Infotainment) nur sehr begrenzt berücksichtigt. Derartige Evaluierungen finden schwerpunktmäßig erst nach Konzeptentscheiden in der darauffolgenden Gestaltungsphase der Systemauslegung statt. In diesen Phasen werden Fahrsimulatoren, Vehicle in the Loop (ViL)- und Wizard of Oz-Fahrzeuge eingesetzt. Der Fokus der subjektiven Evaluierungen liegt dann allerdings auf System- und Teilsystemebene (d.h. Einzel- bzw. Teilfunktionen). Hinsichtlich einer ganzheitlichen Erlebbarkeit neuer Fahrzeuginterieur-Konzepte resultiert daher in der Gesamtprodukt-Konzeptphase eine Lücke bei der subjektiven Absicherung. Zum Schließen dieser Lücke wurde ein neuer Simulator als Hybride aus einem variablen VR-Prüfstand und einem dynamischen Fahrsimulator entwickelt und aufgebaut. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung der Eignung dieses neuartigen Entwicklungswerkzeugs in Bezug auf die ganzheitliche Erlebbarkeit neuer Fahrzeuginterieur-Konzepte in der Gesamtprodukt-Konzeptphase. Auf Basis der Erläuterungen grundlegender Zusammenhänge bei der Konzipierung und dem Einsatz interaktiver Entwicklungswerkzeuge, werden zur Herausarbeitung des Stands der Forschung und Technik zunächst gegenwärtig vorhandene Tools identifiziert. Darauf aufbauend erfolgt im Rahmen einer multikriteriellen Gegenüberstellung die Bewertung dieser Entwicklungswerkzeuge und des hybriden Simulators hinsichtlich detaillierter Anforderungen des Anwendungsfalls, welche durch umfangreiche Expertenbefragungen ermittelt wurden. Anschließend werden auf Basis eines systematisch hergeleiteten konzeptuellen Modells mithilfe von drei umfangreichen Validierungsstudien alle Aspekte der Fahraufgabe analysiert. Die zentralen Erkenntnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Zusammenführung bisher eingesetzter Entwicklungswerkzeuge im hybriden Simulator zu einer gesteigerten physikalischen Validität führt. Weiterhin zeigen die Ergebnisse der ersten beiden Validierungsstudien, dass der Einsatz des hybriden Simulators im Vergleich zum Stand der Technik und in Bezug zu Fahrversuchen in einem Realfahrzeug in dynamischen Szenarien eine Erhöhung der verhaltensbezogenen Validität bei primären Fahraufgaben zur Folge hat. Die Erkenntnisse der dritten Validierungsstudie verdeutlichen allerdings, dass mit dem hybriden Simulator das Fahrerverhalten bei der Interaktion mit Fahrzeugfunktionen (sekundäre und tertiäre Fahraufgaben) noch nicht valide nachgebildet werden kann. Daher erfolgt abschließend die Ableitung von Weiterentwicklungspotenzialen und Handlungsempfehlungen.Modern vehicles are characterized by many different functions. Due to resulting usability challenges, automotive companies have adopted a functional orientation in their development processes. Additionally, consumers increasingly consider individualization as an essential purchase criterion for products. Therefore, the holistic user experience must be considered throughout the development process. In the early development phases, interactive tools are used to make new vehicle interior concepts subjectively tangible at a stage of the process when no actual test vehicles are available. In the product concept phase, subjective evaluations currently focus on visual or haptic analysis of aesthetic, ergonomic and geometric issues in static evaluation environments. In this phase, design seating bucks and variable ergonomics test benches expanded with virtual reality (VR) technologies are used as interactive development tools. Evaluations in dynamic environments (e.g. while driving) and investigations of driver-vehicle interfaces (e.g. driver assistance systems or infotainment systems) are generally not considered when using these tools. Such evaluations are usually conducted after concept decision milestones in the subsequent design phases. In these phases driving simulators, vehicle in the loop (ViL) and Wizard of Oz vehicles are used as interactive development tools. However, subjective evaluations in the design phases focus on the system and subsystem level (i.e. single functions or subfunctions). Based on these facts, a gap exists in the subjective evaluation of the product concept phase with regard to the holistic experience of new vehicle interior concepts. A new simulator was developed as a hybrid of a variable VR-test bench and a dynamic driving simulator to close this gap. This work describes an investigation of the suitability of this new development tool to evaluate the holistic experience of new vehicle interior concepts in the product concept phase. A multi-criteria comparison of interactive development tools, including the hybrid simulator, is conducted based on the explanations of fundamental relationships in the design and use of these tools. Available variants are identified to analyze the state of the art. The criteria for this comparison are based on detailed requirements of their application as determined through expert surveys. A conceptual model is derived, and all aspects of the driving task are analyzed in three extensive validation studies. The findings indicate that a combination of previously used development tools increases the physical validity of the hybrid simulator. The results of the first two validation studies indicate that use of the hybrid simulator results in increased driver behavior validity of primary driving tasks in comparison to other interactive development tools and in relation to driving tests conducted in a real vehicle in dynamic scenarios. However, the findings of the third validation study reveal that the current state of the hybrid simulator cannot accurately simulate driver behavior in interactions with vehicle functions (secondary and tertiary driving tasks). Based on these findings, potential areas for further development and recommendations for such development are derived