Objektive Qualitätsbewertung von Fahrdynamiksimulationen durch statistische Validierung

Simulationen gewinnen in der Entwicklung technischer Produkte stetig an Bedeutung. Insbesondere in der Automobilindustrie erfordern die Effizienz- und die Effektivitätssteigerung der Entwicklungsprozesse belastbare Simulationsergebnisse. Die Fahrdynamiksimulation nimmt hierbei eine wichtige Stellung ein. Bisherige Validierungsansätze führen zu einem ungenügenden Vertrauensnachweis, sodass häufig Zweifel an der Repräsentativität der Simulationsergebnisse in Bezug auf das reale Systemverhalten geäußert werden. Diese Forschungsarbeit stellt eine neue Methode für den objektiven Vergleich und die Bewertung der Übereinstimmungsgenauigkeit zweier Systemabbildungen vor. Ein wichtiges Anwendungsgebiet dieser Methode ist die Simulationsvalidierung, in der die Simulation und die praktische Messung die beiden Systemabbildungen sind. Beschrieben wird die Methode in dieser Arbeit für die Validierung von Fahrdynamiksimulationen, wobei als Referenz für die Simulationsergebnisse Messdaten aus dem Realversuch herangezogen werden. Dies entspricht einem typischen Anwendungsfall in der Automobilentwicklung und in der Fahrdynamikforschung. Die Arbeit gliedert sich in drei Teile. Im ersten Teil werden die Forschungsziele präzisiert. Auf Basis der Ist-Stand-Analyse und -Bewertung erfolgen eine Strukturierung des Validierungsprozesses und die Identifikation der Defizite, die den mangelhaften Vertrauensnachweis begründen. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der anwendungsneutralen Methodenentwicklung, d.h. ohne Fokussierung eines spezifischen Anwendungsgebiets. Die aus der Ist-Stand-Bewertung folgenden Anforderungen zur Überwindung der Defizite werden in der Konzeptdefinition und in der Prozessverbesserung berücksichtigt. Die Effektivität der neuen Validierungsmethode resultiert aus der gleichzeitigen Betrachtung der Simulationsqualität für verschiedene Systemvarianten, die in dieser Arbeit Fahrzeugen mit unterschiedlichen Eigenschaften entsprechen. Hierdurch wird das Simulationsmodell in mehreren Arbeitspunkten getestet, sodass über eine statistische Auswertung für jede Ausgangsgröße der Simulationsanwendung zwei statistische Validitätsmaße bestimmt werden können, die die Prädiktionsqualität für absolute Kennwerte und für Kennwertdifferenzen angeben. Im dritten Teil erfolgt die Anwendbarkeitsanalyse in fahrdynamischen Validierungsstudien. Hier bewährt sich das neue Validierungskonzept und der überarbeitete Prozess ist ohne domänenspezifische Adaptionen durchführbar. Die Ergebnisse werden in einem Validitätsbewertungsbericht zusammengefasst, der neben der statistischen Validität auch Informationen über Versuchsunsicherheiten und zulässige Toleranzintervalle enthält. Die Bewertung der neuen Validierungsmethode führt zu dem Ergebnis, dass sie die Anforderungen erfüllt und durch die Steigerung des Vertrauens zu einem größeren Nutzen simulationsbasierter Untersuchungen in der Fahrdynamikforschung beiträgt

Objektive Qualitätsbewertung von Fahrdynamiksimulationen durch statistische Validierung

Simulationen gewinnen in der Entwicklung technischer Produkte stetig an Bedeutung. Insbesondere in der Automobilindustrie erfordern die Effizienz- und die Effektivitätssteigerung der Entwicklungsprozesse belastbare Simulationsergebnisse. Die Fahrdynamiksimulation nimmt hierbei eine wichtige Stellung ein. Bisherige Validierungsansätze führen zu einem ungenügenden Vertrauensnachweis, sodass häufig Zweifel an der Repräsentativität der Simulationsergebnisse in Bezug auf das reale Systemverhalten geäußert werden. Diese Forschungsarbeit stellt eine neue Methode für den objektiven Vergleich und die Bewertung der Übereinstimmungsgenauigkeit zweier Systemabbildungen vor. Ein wichtiges Anwendungsgebiet dieser Methode ist die Simulationsvalidierung, in der die Simulation und die praktische Messung die beiden Systemabbildungen sind. Beschrieben wird die Methode in dieser Arbeit für die Validierung von Fahrdynamiksimulationen, wobei als Referenz für die Simulationsergebnisse Messdaten aus dem Realversuch herangezogen werden. Dies entspricht einem typischen Anwendungsfall in der Automobilentwicklung und in der Fahrdynamikforschung. Die Arbeit gliedert sich in drei Teile. Im ersten Teil werden die Forschungsziele präzisiert. Auf Basis der Ist-Stand-Analyse und -Bewertung erfolgen eine Strukturierung des Validierungsprozesses und die Identifikation der Defizite, die den mangelhaften Vertrauensnachweis begründen. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der anwendungsneutralen Methodenentwicklung, d.h. ohne Fokussierung eines spezifischen Anwendungsgebiets. Die aus der Ist-Stand-Bewertung folgenden Anforderungen zur Überwindung der Defizite werden in der Konzeptdefinition und in der Prozessverbesserung berücksichtigt. Die Effektivität der neuen Validierungsmethode resultiert aus der gleichzeitigen Betrachtung der Simulationsqualität für verschiedene Systemvarianten, die in dieser Arbeit Fahrzeugen mit unterschiedlichen Eigenschaften entsprechen. Hierdurch wird das Simulationsmodell in mehreren Arbeitspunkten getestet, sodass über eine statistische Auswertung für jede Ausgangsgröße der Simulationsanwendung zwei statistische Validitätsmaße bestimmt werden können, die die Prädiktionsqualität für absolute Kennwerte und für Kennwertdifferenzen angeben. Im dritten Teil erfolgt die Anwendbarkeitsanalyse in fahrdynamischen Validierungsstudien. Hier bewährt sich das neue Validierungskonzept und der überarbeitete Prozess ist ohne domänenspezifische Adaptionen durchführbar. Die Ergebnisse werden in einem Validitätsbewertungsbericht zusammengefasst, der neben der statistischen Validität auch Informationen über Versuchsunsicherheiten und zulässige Toleranzintervalle enthält. Die Bewertung der neuen Validierungsmethode führt zu dem Ergebnis, dass sie die Anforderungen erfüllt und durch die Steigerung des Vertrauens zu einem größeren Nutzen simulationsbasierter Untersuchungen in der Fahrdynamikforschung beiträgt