Startseite » Allgemein »

Eine frühe Reife

3D-Fahrbahnvermessung für Ride Simulation beschleunigt Prototypenbau
Eine frühe Reife

Anzeige
Vor der Herstellung erster Prototypen werden digitale, physikalisch modellierte Fahrzeugmodelle auf dem Rechner und anschließend in Ride-Simulatoren getestet. So wird früh im Entwicklungsprozess ein hoher Reifegrad erreicht.

Das Prinzip der „Ride-Simulation“ ist Folgendes: Die Fahrt eines freigeschnittenen digitalen Modells wird in unterschiedlichen Varianten über die immer wieder gleiche Strecke simuliert. Dabei wird eine Befestigungsschiene auf dem Fahrer- oder Beifahrersitz angebracht. Die unterschiedlichen Test-Varianten sind zum Beispiel Struktursteifigkeit, Fahrwerksabstimmung oder Reifenwahl. Der Proband auf dem Prüfstand soll die unterschiedlichen Fahrzeugreaktionen beurteilen und genau benennen können. Dafür werden realitätsnahe, dreidimensionale Fahrbahndaten benötigt. Im Folgenden wird ein Messverfahren vorgestellt, das zusammen mit der Daimler AG entwickelt wurde.

Messbasis
Die Ausstattung des Testfahrzeuges erfüllt die Voraussetzungen für eine 3D-Fahrbahnvermessung. Um den Anforderungen der Ride-Simulation zu genügen, waren jedoch einige Modifikationen und Weiterentwicklungen des Messverfahrens erforderlich:
Das Fahrzeug ist mit einer steifen Messbasis (Querlasersystem) ausgestattet, auf dem ein Inertial-Kreiselsystem angeordnet ist. Dieses misst in hoher Genauigkeit die Ausrichtung des Fahrzeuges (Roll-, Gier- und Nickwinkel) im Raum.
Quer zur Fahrtrichtung sind im Abstand von je 50 mm im Bereich der rechten und linken Fahrspur sowie je 100 mm in der Fahrzeugmitte insgesamt 32 Laser-Triangulationssensoren angebracht. Sie erfassen über eine Gesamtbreite von 2,10 m den Abstand der Messbasis zur Fahrbahnoberfläche.
Die Eigenbewegung dieser Basis in z wird durch zusätzliche Beschleunigungsaufnehmer auf dem Messbalken erfasst. Der Einfluss der Fahrzeugbewegung kann somit nach zweifacher, zeitlicher Integration der gemessenen Beschleunigungen eliminiert werden.
Datenflut
Durch eine mit 20 kHz hochfrequente Abtastung der Laser- und Beschleunigungssignale entsteht ein Messraster von 10 mm in u (Fahrtrichtung), 50 mm in v (Querrichtung) in einer Auflösung von 0,1 mm in z (Höhe). Hierbei findet eine hochgenaue Streckenmessung (1 Puls je 0,5 mm Wegstrecke) statt.
Über die Richtungsinformation aus dem Iner- tialsystem wird die Befahrungsortskurve in der x-y- und in z-Ebene rekonstruiert und in ein örtliches kartesisches Koordinatensystem transformiert. Während der Messung werden zusätzlich die WGS84-Ortskoordinaten protokolliert.
Auf mehreren Videokanälen werden – mit der Messung zeitsynchronisiert und in HD-Qualität – die Fahrten aus mehreren Perspektiven digital aufgezeichnet.
Messvorgang
Trockene Fahrbahnoberflächen und Tageslicht vorausgesetzt, erfolgt die Messung im fließenden Verkehr mit bis zu 80 km/h ohne Genauigkeitsverlust. Die Evaluierung des Messverfahrens fand im Auftrag der Daimler AG auf dem ATP-Testgelände in Papenburg statt. Die mit den 3D-Messwerten und dem digitalen Fahrzeugmodell berechneten Fahrzeugbewegungen wurden auf dem Prüfstand mit Messungen an realen Fahrzeugen auf den Teststrecken erfolgreich verglichen. Es wurden mehrere Messkampagnen im In- und Ausland durchgeführt. Dabei konnte unter anderem nachgewiesen werden, dass es nur schwer möglich ist, eine örtlich bekannte Strecke mit bestimmten Charakteristika auf einem Testgelände realistisch nachzubauen.
Auswahl von Messstrecken
Aus den aufgenommenen Fahrbahndaten können auch abschnittsweise Charakterisierungen der Messstrecken nach verschiedenen international üblichen Kriterien und Kennzahlen gewonnen werden:
  • Power-Spektren (PSD, ISO 8608)
  • Allgemeine Längsunebenheit AUN
  • Ride Number RN
  • International Roughness Index IRI
  • Längsebenheitswirkindex LWI
Die Auswahl der für die Ride-Simulation verwendeten 20 bis 30 s langen Messabschnitte erfolgt anhand von Detaildarstellungen der Messergebnisse, der Videoaufzeichnungen oder der WGS84-Koordinaten im Vergleich zu Luft- oder Satellitenbildern. Die Messdaten werden entweder als (x,y,z)-Koordinatentripel oder in verschiedenen Formaten (beispielsweise CRG) realisiert und stehen somit für die Verarbeitung im Simulationsprozess zur Verfügung.
Vorteile des Verfahrens
Die Ride-Simulation auf realen 3D-Messdaten erlaubt den direkten Vergleich des Fahrzeugverhaltens unter anderem:
  • auf exakt der immer gleichen Messlinie
  • auf weit voneinander entfernten Teststrecken ohne Reisezeiten
  • bei verschiedenen Fahrzeugvarianten ohne Rüstzeiten
  • mit dem Einsatz von Laien als Probanden.
Zur Bauteil- und Gesamtfahrzeugoptimierung bedarf es vor allem absolut reproduzierbarer Randbedingungen. Die wären auch zu erzeugen, wenn die geeignete Straßenoberfläche im Rechner unter Vorgabe des gewünschten Powerspektrums generiert würde. Weshalb also der Aufwand für die Straßenvermessung?
Verschiedene Aspekte sprechen für die Notwendigkeit, das Anregungsszenario einer realen Strecke auch in der Simulation einzusetzen. Zur Validierung und Optimierung des Prozesses ist es erforderlich, simulierte und gemessene Fahrzeugbeschleunigungen des gleichen Fahrzeugs im Rechner, auf dem Simulator und in der Realität vergleichen zu können. Das digitale Modell kann zur Evaluierung mit dem später realisierten Serienfahrzeug, aber auch schon vorab mit Prototypen, Vorgängermodellen oder Konkurrenzfahrzeugen verglichen werden. Durch die Einbindung dieses Verfahrens in den Entwicklungsprozess kann der Reifegrad eines neuen Fahrzeugmodells bereits beim Übergang in die Hardwarephase erheblich gesteigert werden. Teure und aufwändige Entwicklungsschleifen in der Hardware-Entwicklungsphase können eingespart werden. Der Fokus liegt zunehmend auf einer Feinabstimmung des Gesamtfahrzeugs. Das steigert den Reifegrad zu Produktionsbeginn.
IFI; Telefon: 0511 3885591;
Anzeige
Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Whitepaper aller unserer Industrieseiten

Video-Tipps

Unser aktueller Video-Tipp: 100 Jahre BMW

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice
Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de