UMFELD

Mit dem Nutzfahrzeugmodell Mercedes-Benz Sprinter bedient Daimler weltweit ein breites Portfolio von Branchenanwen-dungen. Bedingt durch die unterschiedli-chen Anforderungen der Fahrzeugkäufer wird der Sprinter schon seit der dritten Generation in einer gegenüber dem Vor-gänger nochmals erhöhten Variantenzahl ausgeliefert, ➊. Das Fahrzeug steht als geschlossene und offene Bauform in drei Radständen, in vier Längen mit unter-schiedlichen Überhängen, mit unter-schiedlichen Fahrwerkabstimmungen sowie – geschlossen – wahlweise mit Nor-

maldach, Hochdach und Superhochdach zur Verfügung. Des Weiteren werden Sprinter in drei Haupt-Tonnageklassen (5 t mit zwillingsbereifter Hinterachse) inklu-sive vieler Ab- und Auflastungen angebo-ten. Zusätzlich gibt es fast alle Varianten auch mit Allradantrieb. Daraus ergeben sich über 50 Hauptvarianten plus ver-schiedenste Beladungszustände im Betrieb. Hinzu kommen noch über 130 verschiedene Fahrwerkkonfigurationen.

Im Falle des Sprinters erfolgt die marktspezifische Homologation des ESP- Systems für die ganze Baureihe auf Basis von Fahrdynamik-Messergebnissen aus-gewählter Fahrzeuge ergänzt durch Simu-

lationen der gesamten Fahrzeugvarianz. Angesichts der genannten Variantenviel-falt und des eigenen Anspruchs, alle Vari-anten abzusichern, hätte sich die ESP-Homologation mittels Testfahrt zu einem großen zeitlichen Aufwand entwickelt. Es müssten alle Fahrzeugvarianten zeitgleich zur Verfügung stehen und pro Variante beim Fahrzeughersteller etwa ein bis zwei Manntage für die Fahrzeugausrüs-tung sowie den eigentlichen Test veran-schlagt werden. ➋ zeigt beispielhaft ein komplett mit Messtechnik aufgebautes Fahrzeug. Daher fiel beim OEM frühzeitig die Entscheidung, die Fahrsimulation in die Absicherung einzubinden.

AUTOREN

DR. UWE BAAKE war bis November 2013 Leiter CAE/Berechnung Nutzfahrzeuge und ist

heute Leiter der Produktentwicklung Lkw bei Daimler in Stuttgart.

KLAUS WÜST ist Manager Active Safety Systems im Bereich Berechnung Nutzfahrzeuge,

aktive und passive Sicherheit bei Daimler in Stuttgart.

MARKUS MAURER ist Versuchsingenieur Fahrdynamik/

Fahrsicherheit im Bereich Mercedes-Benz-Vans bei Daimler in Stuttgart.

DIPL.-ING. ALBERT LUTZ ist Fachreferent Entwicklung

Applikationsmethoden bei Bosch Chassis Systems Control in Abstatt.

ENTWICKLUNG NUTZFAHRZEUGE

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Nutzfahrzeuge

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Sprinter – Gesamtprogramm NCF3 Europa

3,0 t 3,5 t 5,0 tR1

3250 mmR2

3665 mmR1

3250 mmR2

3665 mmR2

3665 mmR3

4325 mmR3

4325 mmR3L

4325 mmR3L

4325 mm

R = 3600 mm R = 3850 mm R = 4100 mm R = 3850 mm R = 4100 mm

4,2 t

➊ Varianten des Sprinters für den europäischen Markt

VERSUCHS- UND SIMULATIONSBASIERTE ABSICHERUNG VON ESP-SYSTEMEN FÜR TRANSPORTER Die Mercedes-Benz-Transportersparte nutzt unterstützend für die Absicherung der großen Fahrzeugvarianz bei

der Entwicklung von ESP-Systemen die Fahrdynamiksimulation. Dieser Prozess basiert auf einem mehrstufigen

SiL-Datenaustausch mit Bosch und wird hier am Beispiel der rechnerischen Unterstützung der Homologation des

ESPs für Varianten des Sprinters dargestellt. Diese Art der Zusammenarbeit beschleunigt die Systementwicklung

für eine hohe Variantenzahl und hat Potenzial für die Applikation weiterer Assistenzfunktionen.

02I2014 116. Jahrgang 47

Nutzfahrzeuge

Beispiel für ein Bewertungskriterium der Funktionalität des ESP-Systems ist ein unter anderem in Europa gemäß der Richtlinie ECE-R13H Anhang 9 definier-tes Fahrmanöver. ➌ zeigt einen Ver-gleich der gemessenen und simulierten Giergeschwindigkeit bei diesem Manö-ver. Zusätzlich ist ein Simulationsergeb-nis des Fahrzeugs ohne ESP dargestellt.

Bereits um das Jahr 2000 bestand eine enge Zusammenarbeit zwischen Fahr-versuch und Simulation sowie eine Kooperation in der Simulation mit dem Zulieferer Bosch als ESP-Lieferant. Am Anfang hatte zunächst der Wunsch des OEM gestanden, möglichst frühzeitig das Fahrverhalten des Fahrzeugs mit Berück-sichtigung des Regelsystems bewerten zu können. Dazu vereinbarte Daimler mit Bosch die Bereitstellung von Black-box-Modellen der ESP-Regelalgorithmen, der Sensorik und Aktuatorik. Für den Zulieferer wiederum erbrachte dieser Datenaustausch im Gegenzug gute Fahr-zeugdaten in Form validierter Modelle, die eine optimale Grundlage für die Funktionsentwicklung bilden. So erwies sich die Kooperation schnell als Win-Win-Situation für beide Partner.

PROZESSABLAUF

Die Vorgehensweise bei der simulations-gestützten Homologation gliedert sich in die folgenden Schritte, die auch in ähnli-chen Projekten anwendbar sind. Am Anfang definieren die Bereiche Fahrver-such und Berechnung, welche Fahrzeug-varianten gemessen und in der Simula-tion validiert und welche nur in der Simulation dargestellt werden. Anschlie-ßend einigen sich OEM und Zulieferer auf ein bis drei Master Cars (Varianten), die dem Zulieferer früh für Fahrversuche zur Verfügung gestellt werden.

Für diese Master Cars befüllt die CAE-Abteilung des OEM die jeweiligen Car-Maker-Fahrzeugmodelle mit den Fahr-zeugparametern und validiert diese Modelle, indem Messung und Simulation der vereinbarten Referenzfahrzeuge ver-glichen werden. Anschließend werden die Fahrzeugmodelle in verschlüsselter Form an den Zulieferer übermittelt.

Gemeinsam mit dem Zulieferer erfolgt nun die funktionale Absicherung des ESPs. Als Basis dienen die Lastenhefte des OEM sowie die Simulationsumge-bung. Sobald der Zulieferer einen erpro-bungswürdigen Stand erreicht hat, über-

mittelt er den verschlüsselten ESP-Code an den OEM. Dort wird die Software vollständig in die virtuellen Versuchs-fahrzeuge und in die Simulationsumge-bung beim OEM integriert.

Zusätzlich kann die Simulation auch begleitend bei Versuchsworkshops einge-setzt werden. Dazu steht die komplette Simulationsumgebung vor Ort auf einem Laptop zur Verfügung. So lassen sich schnell im Versuch in einem Fahrzeug festgestellte Effekte rechnerisch für Fahr-zeugvarianten überprüfen.

Sobald die Übereinstimmung zwischen simuliertem und gefahrenem Manöver für die Master Cars bestätigt ist, beginnt die

Variantenabsicherung per Simulation. Den Abschluss des Prozesses bildet ein Abschlussbericht mit einer Freigabe-empfehlung für das System für alle Fahr-zeugvarianten aus Versuchs- und Simu-lationsergebnissen.

DETAILS DER SIL-AUSTAUSCHPLATTFORM

➍ skizziert die Plattform für den Soft-ware-in-the-Loop-Austausch während des ESP-Homologationsprozesses. Der OEM liefert die in CarMaker erstellten Fahr-zeugmodelle an den Zulieferer. Dieser integriert mittels SiL-Schnittstelle sein

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Simulation ohne ESP

Simulation

Messung

➋ Die Ausrüstung eines Sprinters für ESP-Testfahrten erfordert ein bis zwei Tage

➌ Vergleich zwischen Messung und Simulation beim Manöver nach Richtlinie ECE-R13H Anhang 9

ENTWICKLUNG NUTZFAHRZEUGE

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Komponenten der Simulationsplattform

Aktuatorik- und ESP-Signale

Fahrzeug, Fahrer,

Umwelt, OEM-Reglersignale

Parameter-modifizierung

BOSCH

Fahrdynamik-Simulations-Tool

� Fahrzeug-, Fahrbahn-, Fahrermodell

� OEM-Regelsysteme

� OEM-Testautomation

ESP-Simulations-Tool

� Regler-, Sensor-, Bremsmodell

� Neue Bremssysteme

� Fahrerassistenzsysteme

CM-Signale:*.erg, *.info

DaimlerAnimation

ESP-interneSignale: *.d97

MM6

CSSim

➍ Schematische Darstellung der SiL-Plattform für den Datenaustausch

Modell des ESP-Systems in eine Matlab-Simulink-Umgebung. Sobald die Grund-abstimmung abgeschlossen ist, geht die

komplette SiL-Simulation zurück an den OEM, wo auf dieser Grundlage die Vari-antenabsicherung beginnen kann. Das

CarMaker-Fahrzeugmodell erfüllt in dem erfolgreichen Simulationsprozess die Rolle eines Arbeitsmittels, mit dem

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■ Teile, Komponenten und Systeme ■ Werkstoffe, Materialien und Verfahren ■ Innovative Leichtbaulösungen

7.– 11. April 2014Hannover ▪ Germany

hannovermesse.de

Industrial Supply 2014

Effiziente Zulieferlösungen

sowohl beim OEM als auch beim Zuliefe-rer gearbeitet wird. Bedienerfreundlich-keit, Stabilität und Reife der CarMaker-Simulationsumgebung bilden dabei eine entscheidende Grundlage.

Beim Zulieferer stehen den Applika-teuren weitere Komponenten aus dem Fahrversuch in der Simulationsumgebung zur Verfügung: einerseits das Kalibrier-system für Reglerparameter (PMS), ande-rerseits die Messtechnik (MM6) zur Ana-lyse von Signalen des ESP-Systems. Damit gewährleistet die Simulationsumgebung eine identische Bedienung, wie sie der Applikateur aus dem Versuchsfahrzeug gewohnt ist. ➎ stellt das Nutzungsszena-rio der Simulation im Applikationsprozess beim Zulieferer dar. Als erstes erfolgt ein- oder zweimal im Projekt eine Korrelation des virtuellen Gesamtsystems bestehend aus Fahrzeug und ESP gegen das jewei-lige reale Master Car. Nach erfolgter Kor-relation kann der Applikationsprozess auf Basis verfügbarer Prototypen mittels validierter Modelle unterstützt werden. Spe ziell bei nicht verfügbaren Varianten ermöglicht die Simulation eine Absiche-rung von Robustheit und Performance (RPM). Das verfügbare Master Car dient dabei als Referenz.

Während beim OEM die Absicherung der Fahrzeugvarianten mit der Simulati-onsumgebung geschieht, sind die Appli-kateure beim Zulieferer mit demselben Werkzeug schnell in der Lage, eigenstän-dig verschiedenste Fahrmanöver in der

Simulation aufzubauen. Anschließend lässt sich die Robustheit eines ESPs für viele Varianten in unterschiedlichsten Fahrszenarien effizient absichern. Ein Beispiel dafür ist die Absicherung von Kurven mit Überhöhung, in denen die

Anfangsradius

Endradius

Überhöhung

Bahnkurve

Krümmung

➎ Das Master-Car-Prinzip

➏ Simuliertes Fahrmanöver mit überhöhter Kurve zur Absicherung der ESP-Funktion

ENTWICKLUNG NUTZFAHRZEUGE

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üblichen Rahmenbedingungen für das ESP nicht gelten, ➏. Auf der Teststrecke allein lässt sich nicht jede relevante Stre-ckensituation darstellen. Durch eine Automatisierung der Simulation mit Variation relevanter Streckenparameter im Preprocessing und anschließender Analyse der Ergebnisse gegen objektive Kriterien im Postprocessing lässt sich die Robustheit des Gesamtsystems absi-chern. Der Applikateur wird aus einer Vielzahl an Manövern an diejenigen her-angeführt, die die Spezifikation noch nicht erfüllen [1].

TRANSFER AUF EINE ZUSÄTZLICHE FUNKTION

Aufbauend auf den guten Erfahrungen mit der simulationsgestützten ESP-Homo-logation hat der OEM die Entwicklung der neuen ESP-Zusatzfunktion Seiten-windassistent (Cross Wind Assist, CWA) beim Sprinter ebenfalls durch Simulation mittels CarMaker unterstützt. Im Zuge der Entwicklung wurden 40 bis 50 Fahr-zeugvarianten in jeweils 20 bis 30 Belas-tungsfällen durchgerechnet, was rund 4500 simulierte Fahrmanöver zur Vari-antenabsicherung ergab. Dieses Prüfpro-gramm ließ sich nur durch den Einsatz der leistungsfähigen Testauto matisierung sinnvoll durchführen. Anders als beim ESP lag der Fokus der Simulation beim CWA nicht so sehr auf der Leistung der Funktion, sondern vor allem auf der Vermeidung unmotivierter Regeleingriffe während des normalen Fahrens. Dazu wurden zusätzliche Manöver auf der Teststrecke gefahren und anschließend in der Simulation dargestellt. Anschlie-ßend wurden die Bewertungskriterien geschärft. Insgesamt hat die Simulation das Fahrzeugverhalten sehr gut abgebil-det. Die Aerodynamik des Fahrzeugs beispielsweise war im Fahrzeugmodell bereits angelegt, wurde jedoch von IPG Automotive auf Wunsch für den Anwen-dungszweck verfeinert, sodass gemes-sene Seitenwindprofile hinterlegt werden konnten. Teilweise war es sogar möglich, in der Simulation Fahrsituationen zu identifizieren, die potenziell zu einem unmotivierten Regeleingriff hätten füh-ren können. Dazu wurde das Werkzeug Test-Weaver eingesetzt, das ungünstige Bedingungen analysiert und strategisch kombiniert. So hat die Simulation einen wesentlichen Beitrag dazu geleistet, die CWA-Codes zu plausibilisieren.

ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK

Die enge Zusammenarbeit der Bereiche Fahrversuch und Simulation bei Daimler und dem Zulieferer Bosch hat sich am Beispiel von marktspezifischen Homolo-gationen des ESP-Systems bewährt und illustriert eine effiziente und zugleich effektive Entwicklungsmethodik, die bereits auf weitere Projekte ausgedehnt wurde. Mit der CarMaker-Fahrsimulation steigt die Sicherheit der ESP-Homologa-tion, da jede Fahrzeugvariante getestet werden kann und sich dabei auch ver-schiedenste Beladungszustände kurzfris-tig mit abprüfen lassen. Damit lässt sich die Robustheit der Funktion umfassen-der absichern.

Dank einer leistungsfähigen Testauto-matisierung, der Variation relevanter Systemparameter bis hin zu einer auto-matisierten Generierung von Worst-Case-Szenarien ist es möglich, Applika-teure effizient und gezielt an jene Fälle heranzuführen, in denen Kriterien noch nicht erfüllt sind. Damit ermöglicht die Simulation mit CarMaker ein besonders systematisches Arbeiten.

LITERATURHINWEIS[1] Lutz, A. et al: Virtual test drive in the application process of ESP-Systems to ensure performance and robustness. Fisita World Automotive Congress, Beijing 2012, F2012-E13_019

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Hoepke, Erich | Breuer, Stefan (Hrsg.)

NutzfahrzeugtechnikGrundlagen, Systeme, Komponenten7. Aufl . 2013. XXXII, 620 S. mit 579 Abb. u. 35 Tab. (ATZ/MTZ-Fachbuch) Geb.ISBN 978-3-8348-1795-2

7 € (D) 49,95

Das Buch behandelt alle Bereiche der Nutzfahrzeugtechnik. Diese kann in drei Bereiche unterteilt werden: die Ty-penkunde mit den rechtlichen Grundla-gen, die Fahrgestellkonstruktion und die Antriebstechnik. Basierend auf den rechtlichen Vorschriften, deren Kennt-nis ausschlaggebend für die Konfi gura-tion eines Nutzfahrzeugs ist und der Fahrmechanik, werden die verschie-denen Nutzfahrzeugtypen vorgestellt. Besonders hervorzuheben ist die Nutz-fahrzeugaerodynamik, welche hier in-tensiv behandelt wird, da sie im Zuge der CO

2-Diskussion einen wertvollen Beitrag leisten kann.

Diese 7. Aufl age wurde um das Kapitel Elektronik erweitert und um Alternative Antriebe wie Hybridantriebe ergänzt.

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