Heutzutage gewinnt bei der Kaufentscheidung eines Fahrzeugs der Komfort immer mehr an Bedeutung. Die Fahrzeugentwickler sind daher gefordert, eine Optimierung des Fahrkomforts in Richtung des Käuferwunsches unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und ökologischer Vorgaben voranzutreiben. Im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte zur Komfortobjektivierung wird u. a. am Beispiel des Anfahrens am Institut für Produktentwicklung der Universität Karlsruhe (IPEK) im Hinblick auf moderne Produktentwicklung die Verlagerung der Aussage über den Fahrkomfort hinsichtlich der zu entwickelnden Fahrzeugkomponente bzw. des gesamten Kupplungssystems in eine frühe Phase des Produktentstehungsprozesses als oberstes Ziel gesetzt. Nach dem Ansatz einer ganzheitlichen Antriebsstrangentwicklung, der den Zusammenhang zwischen realen Fahrzeugen, Simulationsmodellen und Prüfständen während des Produktentstehungsprozesses beschreibt, wird im vorliegenden Artikel die Vorgehensweise zur Bewertung von NVH-Eigenschaften, die bisher aufwendige Fahrversuche mit Probanden an kostenintensiven Prototypen voraussetzt, durch die Beurteilung von Ergebnissen aus Simulationen und Prüfstandsversuchen unterstützt. Weiterhin wird eine Methode der Modellierung des Antriebsstrangs eines für die durchgeführten Voruntersuchungen verwendeten Mittelklasse- Fahrzeugs mit einem automatisierten Kupplungssystem, bei dem softwareseitig verschiedene Anfahrcharakteristika variiert werden können, basierend auf Messdaten aus Probandenversuchen und vorhandenen Fahrzeugdaten, vorgestellt. Die erarbeiteten Mehrkörpersimulationsmodelle werden hauptsächlich zur Generierung von fünf unterschiedlichen virtuellen Anfahrvorgängen eingesetzt, die generell nach Intensitäten der Taktung zu unterscheiden sind und insgesamt das kundenrelevante Komfortspektrum abdecken. Hierbei werden die vordefinierten komfortrelevanten Kennwerte und die physikalischen Schwingungssignale, also die Motor-, Getriebeeingangs- und Raddrehzahl, die Längsbeschleunigung sowie die daraus abgeleiteten PSD-Werte, simuliert. Die Evaluierung der Modellqualität und die Optimierung des Simulationsmodells hinsichtlich der Abbildungsgenauigkeit erfolgt durch einen Abgleich zwischen den gemessenen und simulierten Verläufen der Schwingungssignale und eine dementsprechende Modifikation am Antriebsstrangmodell. Zur gezielten Nachbildung der komfortmindernden Schwingungsphänomene, wie Rupfen und Ruckeln in verschiedenen Stärken, werden die Modifikationen durch Parameteränderung im Sinne einer Komfortsteigerung oder -minderung, wie z. B. durch Herabsetzen von einem Reibwertgradienten im Kupplungsmodell zur Simulation rupfender Anfahrten, am Simulationsmodell vorgenommen. Anhand von generierten Kennwerten und von als grafische Benutzeroberfläche (GUI) zur Verfügung stehenden Bewertungsmodellen, die aus Sicht der Kunden mittels Künstlicher Neuronaler Netze (KNN) am Institut entwickelt werden, werden die Komfortbewertungen der jeweiligen Fahrsituation durchgeführt. Anschließend erfolgt die Modellvalidierung durch den Vergleich der Bewertungen einzelner Kriterien sowie der Signalverläufe mit denen aus realen Fahrversuchen. Es stellt sich heraus, dass die Modellqualitäten zu diesem Zweck hinreichend sind und die erarbeitete Methode zur Beurteilung verschiedener durch Parametrisierung am Modell modifizierten Lösungsvarianten bei unterschiedlichen virtuellen Anfahrsituationen zielführend ist.

    Nowadays, comfortability has played more and more significant roll in an automobile industry. For this reason, the vehicle developers are forced to speed up an optimization of the ride comfort to sustain customer expectation. Nevertheless, it is essential that the economical and ecological aspects have to be taken into consideration. The research project 'Comfort Objectification as an example of the start-up from vehicle' is carried out by the institute of Product Development, University of Karlsruhe. The ultimate goal of this project involves an attempt to develop an understanding of the ride comfort as well as the entire coupling system during the early phase. In this case, the term 'comfort objectification' can be clarified as reproducing the subjectively sensed convenience passenger cars by objectively measurably values. By introducing the topic of an integrated drive-train development, the relationship between vehicles, simulation models and test benches during the product development process can be described. The assessment of NVH properties which normally requires costly drive testing with test personnel and cost-intensive prototypes can be achieved by applying the results from simulations and test bench. In this article, a method of the drive-train modelling of a middle class vehicle will be introduced. The method is comprised with an automated coupling system. Different start-up characteristic features can vary based on the measured data obtained from a driving test. The elaborated multi-body simulation models are primarily used to generate five virtual start-up processes. The distinction can be made with the intensities of the pulsing in those ranges, which influence the comfort of passengers. The process is carried out by simulating the predefined values which are relevant for comfort and the physical oscillation signals, such as engine speed, gear entrance speed, wheel speed, longitudinal acceleration as well as PSD (Power Spectral Density). Practically, there are some necessary unknown drive-train parameters to fulfil the simulation models (e.g. the stiffness or the damping of a differential). In this case, the mathematically optimized method is used to estimate a total of unknown parameters. This is largely based on the simplex method which is primarily applied to solve linear problems. The evaluation of the model quality as well as the optimization of the simulated models can be achieved by comparing the measured and the simulated oscillation signals. The degree of accuracy depends on the appropriate modification and adjustment of the unknown parameter value in the model of the drive train. In the end, all drive-train parameters for each drive-up configuration which contains 1 of 5 drive-up types and throttle values in the model can be set. With the aim to examine the nature of vibration like judder and jerking and its effect on the degree of comfortability, the modifications of models are thus carried out. In this case, the parameters are configured in order to increase or decrease comfort, for example, using the material with lower coefficient of kinetic friction in the clutch model to increase to tendency of the judder. Based on the results from the developed virtual vehicles displayed in generated output signals, such as longitudinal acceleration, the comfort evaluation of the respective driving situation can be performed by means of the graphic user interface (GUI). This is accomplished according to the available assessment models (driver-models). The evaluation is developed from the way customers make their assessment on the basis of artificial neural networks (ANNs). Similar to regression analysis, the ANNs are information-processing systems that enable an estimation of the relationships between one of more response variables and controls variables. The difference lies in attempt of the ANNs to find those interactions which are not always verifiable by mathematical equation between the subjective perception, in this case the comfort rating, and the objective measuring physically values. During the validation phase, two criteria can be used to check the capability of the developed method. According to the first criteria, the comfort assessments from the simulated data in the range from 0 to 1 will be compared with those from a real driving test. The result should be similar. As in the second criteria, the evaluation models are judged by whether or not they can assess the virtual start-up procedures which are deliberately modified to reduce comfort. The comparison is made with the original simulation to see if the considerably difference exists between each individual simulation model. Studies have shown that the qualities of the original and modified virtual vehicles are sufficient for this purpose. The developed method and objectification tools are able to link objective values with the assessed convenience. As a result, it can be applied to assess different considered start-up situations from the virtual vehicle using the example of middle-class vehicle. The research is further aimed to improve the generalization as well as the robustness of the evaluation tools. Moreover, the engine model that is used to calculate the delivered engine torque with its all inhomogeneous values is to be integrated for more realistic evaluations. In the long run, the evaluations of the comfort properties during the development of an automobile from an early phase should be established. Subsequently, the first prototype can be constructed and satisfying comfort rating is obtained.


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    Titel :

    Methode zur Generierung und Schwingungskomfortbewertung von virtuellen Fahrten am Beispiel des Anfahrens mittels Antriebsstrangsimulationsmodellen und Bewertungsmodellen auf Basis Künstlicher Neuronaler Netze (KNN)


    Weitere Titelangaben:

    Generating virtual vehicle start-up using simulation models of the drive-train and evaluation of subjective comfort by means of Artificial Neural Networks (ANNs)


    Beteiligte:
    Albers, A. (Autor:in) / Lerspalungsanti, S. (Autor:in) / Ott, S. (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2007


    Format / Umfang :

    17 Seiten, 9 Bilder, 5 Quellen




    Medientyp :

    Aufsatz (Konferenz)


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch





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