Bewertung von Fahrerassistenzsystemen im Umfeld des szenariobasierten Testens

Durch die steigende Automatisierung von Fahrerassistenzsystemen wird die Fahraufgabe zunehmend vom Fahrer auf das Fahrzeug übertragen. Das szenariobasierte Testen ist dabei ein vielversprechender Ansatz, mit dem die Sicherheit von Fahrerassistenzsystemen nachgewiesen werden kann. Bei der Verwendung des Ansatzes zur entwicklungsbegleitenden Bestimmung des Reifegrads eines Fahrerassistenzsystems ergibt sich allerdings eine Anzahl an Herausforderungen, die in der vorliegenden Dissertation herausgearbeitet werden. Im Anschluss wird der Stand der Wissenschaft und Technik dargestellt, der für die Adressierung der Herausforderungen notwendig ist. Der Fokus liegt dabei auf dem Testen von Fahrerassistenzsystemen während des Entwicklungsprozesses. In der Diskussion des Stands der Technik und Wissenschaft wird anschließend gezeigt, dass die aktuell vorhandenen Testmethoden in der Automobilindustrie nicht ausreichend sind um Fahrerassistenzsysteme in einem szenariobasierten Testkonzept entwicklungsbegleitend zu testen. Als eine zentrale Herausforderung wird herausgearbeitet, dass Szenarien durch die Variation verschiedener Parameter erzeugt werden, wodurch sowohl der zeitliche Ablauf des erzeugten Szenarios im Vorfeld unbekannt ist als auch neue Szenarien entstehen können. Darauf aufbauend wird in dieser Dissertation ein Testkonzept entwickelt, mit dem Fahrerassistenzsysteme in Fahrszenarien bewertet werden können. Das Konzept ermöglicht es zu überprüfen, ob Systemanforderungen durch ein entwickeltes Fahrerassistenzsystem in unterschiedlichen Fahrszenarien erfüllt werden. Zusätzlich beinhaltet das Testkonzept eine Analyse der durchgeführten Fahrszenarien und deren Inhalt. Aus diesen Ergebnissen wird dann ein szenariospezifischer Reifegrad des Fahrerassistenzsystems bestimmt. Anschließend erfolgt eine prototypische Umsetzung in einer Software-in-the-Loop und Hardware-in-the-Loop Testumgebung. In der Software-in-the-Loop Testumgebung wird beispielsweise ein automatisiertes Notbremssystem in unterschiedlichen Fahrszenarien getestet. Die Evaluation der prototypischen Umsetzung zeigt, dass das entwickelte Testkonzept grundsätzlich funktioniert und eine systemspezifische Bewertung von Fahrerassistenzsystemen in Fahrszenarien ermöglicht. Im Vergleich mit dem aktuellem Stand der Technik und Wissenschaft, können mit dem erarbeiteten Konzept darüber hinaus auch die Kosten für die Testerstellung und Testdurchführung reduziert werden

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

Augmented & Virtual Reality in der Produktentstehung : Grundlagen, Methoden und Werkzeuge; Interaktions- und Visualisierungstechniken, Virtual Prototyping intelligenter technischer Systeme mit AR/VR

12. Paderborner Workshop Augmented & Virtual Reality in der Produktentstehung, 23. und 24. April 2015 ; Heinz-Nixdorf-MuseumsForum, Paderborn; Jürgen Gausemeier, Michael Grafe, Friedhelm Meyer auf der Heide (Hrsg.

Ein Beitrag zur Stabilitätsbetrachtung in Umrichter-dominierten Verteilernetzen

Leistungselektronische Komponenten, wie beispielsweise Umrichter, dienen als Schnittstelle zwischen Versorgungsnetz und Einspeisung bzw. Last. Durch den Ausbau der erneuerbaren Energien gewinnen diese immer mehr an Bedeutung. Der Einfluss des Umrichters auf die Stabilität und die Betriebsführung des zukünftigen Verteilernetzes, welcher vor allem durch deren Regelstruktur und deren Regler Parameter bestimmt wird, nimmt dementsprechend stark zu. Um den weiteren Erfolg des Netzbetriebs gewährleisten zu können, ist eine gründliche Untersuchung der Wechselwirkung zwischen den parallel geschalteten Stromrichtern, in Bezug auf von Umrichtern dominierte Verteilernetze, erforderlich. Dabei besteht die Herausforderung darin, dass die numerische Komplexität der Simulation aufgrund der wachsenden Anzahl von Wechselrichtern stark wächst. Dies wird zusätzlich durch eine Nachbildung des überlagerten und untergeordneten Netzwerks verstärkt. Die Dimensionen des Netzes und die große Anzahl von Umrichtern bilden das Dilemma in der Simulation eines von Umrichtern dominierten Verteilernetzes. Bezüglich dessen, widmet sich die vorliegende Arbeit zuerst der Nachbildung eines von Umrichtern dominierten Verteilernetzes und stellt eine neuartige Netzreduktionstechnik vor, die die Netzdynamik bei der Untersuchung der Kleinsignalstabilität, in Form von Übertragungsfunktion durch eine gesteuerte Spannungs- bzw. Stromquelle, in den unter- und überlagerten Netzen übertragen kann. An Hand dieses neuen Simulationsmodells werden die Untersuchungen durchgeführt. Die Wechselwirkung von Umrichtern, sowie anderen Netzelementen wie z.B. Leitern, Verbrauchern und Transformatoren, wie auch unterschiedliche Netztopologien hinsichtlich ihrer Systemstabilität, werden analysiert. Die Untersuchung teilt sich in sogenannte intra- bzw. internet-Bezirke auf. Als Ergebnis dieser Arbeit ist festzuhalten, dass die Systemstabilität im Kleinsignalbereich, mit wachsender Anzahl und Einflussnahme der Umrichter, sinkt. Weiterhin werden im Rahmen dieser Arbeit zwei Stabilisierungsmaßnahmen, zur Betriebsführung eines Wechselrichterverteilnetzes, entwickelt. Die Maßnahme, „Stabilizer“, bietet sich für die Stabilisierung einer Anpassung der Regelstruktur des Umrichters, durch eine spannungsabhängige Zusatzsignalaufprägung zur Verbesserung der Systemeigenschaften bei Anregungen und Störungen, an. Die zweite Maßnahme dient dazu, die Parameter der kaskadierten Regler zu optimieren. Es wird ein dynamisches Konzept zur globalen Optimierung vorgeschlagen und durch Simulation validiert.Power electronic components, such as converters, serve as an interface between the power grid and the energy unit. With the expansion of renewable energy, these are becoming increasingly important. The influence of the inverter on the stability and operation of the future distribution grid will increase accordingly, which is mainly determined by their control structure and their controller parameters. In order to ensure the continued success of grid operation, a thorough investigation of the interaction between the parallel-connected converters in terms of inverter-dominated distribution grid is necessary. The challenge is that the numerical complexity of the simulation grows rapidly due to the growing number of inverters. And this is additionally reinforced by model of the superordinate and subordinate grid, in order to recreate their influence. The dimension of the network and the large number of inverters form the dilemma in the simulation of a converter-dominated distribution network, which cannot be modeled using the standard simulation method at present. Considering these factors, the present work is first devoted to the simulation of an inverter-dominated distribution network, which presents a novel network reduction technique, which can transmit the network dynamics in the study of small signal stability in the form of transfer function by a controlled voltage or current source into the subordinate and superordinate grid. With the help this simulation model, the analysis is carried out, on the interaction of converters as well as to other grid elements like e.g. loads and transformers. The research is divided into so-called intra- or inter- district interactions. As a result of the research, it should be noted that the system stability in the small signal range decreases with an increasing number of inverters. Furthermore, two stabilization measures for the operation of an inverter distribution grid are being developed within the scope of this thesis. The "Stabilizer" measure offers for stabilization an adaptation of the control structure of the converter by a voltage-dependent additional signal impulse to improve the system properties for excitations and disturbances. The second measure is to optimize the parameters of the cascaded controller. A dynamic concept for global optimization is proposed

Service-oriented IT-Systems for Highly Flexible Business Processes

Der vorliegende Band „Dienstorientierte IT-Systeme für hochflexible Geschäftsprozesse“ enthält ausgewählte Ergebnisse des Forschungsverbundes forFLEX aus den Jahren 2008 - 2011. Ausgehend von einer Charakterisierung des Forschungsfeldes und zwei fallstudienbasierten Anwendungsszenarien werden Fragen der Analyse, der Modellierung und Gestaltung sowie der Infrastruktur, Sicherheit und Werkzeugunterstützung von hochflexiblen Geschäftsprozessen und ihrer Unterstützung durch dienstorientierte IT-Systeme untersucht. Das Buch wendet sich an IT-Fach- und Führungskräfte in Wirtschaft und Verwaltung sowie an Wissenschaftler, die an der Analyse und Gestaltung von Flexibilitätspotenzialen (teil-) automatisierter Geschäftsprozesse interessiert sind