"Das virtuelle Gesamtfahrzeug wird als modulares Baukastensystem weiter wachsen"

Um Simulationsmodelle für die Fahrzeugentwicklung bereitstellen zu können, die der Realität so nah wie möglich oder nötig kommen, ist es für den Anbieter von Simulationstools von großer Bedeutung, eng mit dem Anwender zu kooperieren. all4engineers hatte die Gelegenheit, mit Dr. Andreas Kunert, bei Tesis verantwortlich für die Applikation von Simulationstools beim Kunden, unter anderem über die Qualität heutiger Simulationsmodelle, Kundenanforderungen sowie die Zusammenarbeit mit den Anwendern und den Stand der Technik in puncto Gesamtfahrzeug-Simulation zu reden.

Herr Dr. Kunert, wie gut ist ein Simulationsmodell heutzutage eigentlich?
Etwas pointiert würde ich sagen, ein Simulationsmodell ist so gut wie der Nutzen der Simulationsergebnisse. Die Simulation muss die Realität so gut wie erforderlich abbilden. Somit kann man die Frage nur beantworten, wenn man sich über die Anforderungen als Messlatte im Klaren ist.
Die Herausforderung sehe ich zurzeit in der interdisziplinären Modellbildung und bei der Anwendbarkeit. Komplexe Modelle besitzen eine Vielzahl von Parametern, deren Beschaffung sehr aufwändig sein kann, aber natürlich die Qualität der Ergebnisse entscheidend bestimmt. Meiner Erfahrung nach hängt der Nutzen der Simulation im Projektalltag nicht nur vom physikalisch korrekten Modell und der Bedatung ab, sondern auch im starken Maße von der Arbeitsumgebung, die den Anwender mit entsprechenden Modulen und standardisierten Berechnungsabläufen unterstützt, damit er eine Bewertung über den vorliegenden Modellparametersatz vornehmen kann. Beispielhaft für die Gesamtfahrzeug-Simulation geht das von austauschbaren modularen Komponentenmodellen unterschiedlicher Komplexität, Parametersätzen zur Abbildung unterschiedlich geübter Fahrer bis hin zur Server-basierten Installation des Entwicklungstools, um Modellkomponenten aus verschiedenen Fachabteilungen effizient in einem Modell durch einen großen Anwenderkreis nutzen zu können.
Es gibt also wesentlich mehr Einflussgrößen als nur ein gutes Modell, die für einen effizienten Einsatz der Simulation ausschlaggebend sind. Gerade die wachsende Komplexität der Simulationsaufgaben stellt hohe Anforderungen an ein Tool, um die Wechselwirkung unterschiedlicher Komponenten besser bewerten zu können, sei es durch Offline-Simulation oder am HiL-Prüfstand.

Wie wird HiL beim Anwender wahrgenommen?
HiL-Simulatoren sind für die Steuergeräte-Entwicklung unverzichtbar geworden, die Notwendigkeit steht außer Frage. Der klassische HiL-Test wird erst relativ spät im Entwicklungsprozess angesetzt, viele Lösungsansätze sind zu diesem Zeitpunkt schon festgelegt. Deswegen wird HiL oft als Diagnose- und Testablauf verstanden. Ich bin aber der Meinung, dass man HiL-Know-how auch schon früher im Entwicklungsprozess nutzen kann.

Sie behaupten, dass mit HiL-Tests (echtzeitfähigen Modellen) aktuell mehr möglich ist, als man gemeinhin denkt. Worauf spielen Sie mit dieser Aussage genau an?
Potenzial sehe ich vor allem darin, die Erfahrungen und Stärken der echtzeitfähigen Modellierung auch in der Vorentwicklung bei Konzeptuntersuchungen in der Offline-Simulation zu nutzen. In der Vorentwicklung kann man natürlich noch nicht auf Hardwarekomponenten zurückgreifen, innerhalb eines durchgängigen Simulationsprozesses kann man aber das Know-how, das man sich mit den validierten Vorgängermodellen erarbeitet hat, sehr gut weiterverwenden.
In der Entwicklungsphase ist es viel wichtiger, ein Modell zur Verfügung zu haben, das Trendaussagen liefern kann, als für einen singulären Betriebszustand Genauigkeit bis auf die letzte Kommastelle zu ermöglichen. Durch Parametervariationen und Optimierungen will man ja gerade das erfolgversprechendste Konzept auswählen, das man später im Detail genauer analysiert. Hier werden die Entscheidungen getroffen, die später durch "kosmetische" Verbesserungen nicht mehr zu korrigieren sind. Somit kommt einer effizienten Simulation des Gesamtsystems Fahrzeug an dieser Stelle des Entwicklungsprozesses eine sehr hohe Bedeutung zu.

Ihr Fokus bei Tesis liegt auf der Applikation von Simulationstools beim Kunden, der im Allgemeinen eher modular mit Schwerpunkten in einzelnen Teilgebieten arbeitet. Wie koordinieren Sie diese Kundenanforderungen mit dem Anspruch des Unternehmens, das Fahrzeug als Ganzes zu betrachten, innerhalb der Zusammenarbeit mit den Anwendern?
Sie sprechen hier einen ganz wichtigen Punkt an. Der Steuergeräte-Entwickler ist ja in der Regel nicht gleichzeitig Experte für Reifendynamik, Elastokinematik, Antriebsstrang und Energiemanagement. Der Entwickler braucht ein modulares, flexibles Programmsystem, an das er seine Anforderungen anpassen kann. Gleichzeitig will er andere Komponenten nutzen, ohne sich intensiv damit beschäftigen zu müssen. So will jemand, der einen neuen aktiven Dämpfer einbauen will, zum Beispiel ausgereifte Fahrermodelle nutzen, aber er will sich nicht monatelang in die Hintergründe des Fahrermodells einarbeiten. Für seine Fragestellung muss es einfach nur funktionieren.
Unseren Beitrag als Toolhersteller sehen wir genau hier, mit offenen Schnittstellen und einem tragfähigen Konzept dem Anwender diese Arbeitsweise zu ermöglichen und ihn bei seiner ursprünglichen Aufgabe zu unterstützen. Wir liefern eine Vielzahl von standardisierten Simulationsprozessen und Komponentenmodellen, die leicht auf den kundenspezifischen Bedarf angepasst werden können. Im Gesamtfahrzeugmodell kann der Anwender seine Komponente Modell-basiert untersuchen. Daraus können bei Bedarf konkrete Fragen an die einzelnen Fachabteilungen abgeleitet werden. Mit den Ergebnissen der Gesamtfahrzeug-Simulation kann entschieden werden, ob die Parametrisierung des Modells verbessert oder aber das Modell qualitativ erweitert werden muss.

Im Hinblick auf eine Gesamtfahrzeug-Simulation wäre doch ein Tool ideal, das alles abbilden kann und das alle Anwender in den verschiedenen Teilgebieten verstehen und verwenden können. Gibt es das schon, oder wie weit ist die Entwicklung von einem solchen Werkzeug noch entfernt?
Natürlich wäre das schön. Aber ein Fahrzeugmodell ist eben doch nicht so einfach. Genügt ein einfaches Model, so will der Anwender in der Regel aufgrund des hohen Aufwands der Datenbeschaffung das komplexere Modell gar nicht nutzen – warum auch? Der Spezialist braucht im Unterschied dazu für Detailuntersuchungen aber ein komplexeres Modell. Der Wechsel zwischen beiden Modellen innerhalb eines Tools muss also möglich sein.
Die modulare Struktur unserer Modelle deckt schon jetzt die meisten Anwendungsszenarien ab. Es gibt aber immer wieder mit fortschreitender Entwicklung neuen Erweiterungsbedarf, zum Beispiel zur Einbindung von Hybridkonzepten oder zur Untersuchung von Energiemanagementstrategien. Als Toolentwickler können wir natürlich nicht jeden zukünftigen Bedarf unserer Kunden vorhersehen. Die Vorteile des modularen Baukastensystems werden bei unseren Kunden aber immer mehr wahrgenommen.

Wie gestaltet sich eine typische Kooperation zwischen Ihnen und dem Kunden? In welcher Form unterstützt Tesis die Anwender bei der Integration einzelner Tools, um ihm mit Blick auf das Gesamtfahrzeug das komplette Potenzial der Echtzeit-Simulation zu erschließen?
Unsere Produkte sind als Tool für den Kunden konzipiert. Wir bieten an, ihn bei der Bedatung und Anpassung an die konkrete Fragestellung zu unterstützen, zum Beispiel mit der Einbindung von kundeneigenen Modulen in die Simulationsumgebung. Bei Neukunden bietet es sich oft an, im Anschluss an die Einführungsschulung, projektbegleitend bei der Automatisierung oder der Modellbildung mitzuwirken, um schnell erste Ergebnisse zu erzielen. Eine Kooperation bietet sich immer dann an, wenn es darum geht, neue Verfahren in ein leicht zu bedienendes Tool umzusetzen und komplexe Arbeitsabläufe zu automatisieren. So profitieren beide Seiten von der Kernkompetenz des Partners. Hierfür ist das Traffic-Modul ein gutes Beispiel.

Die Rechenleistung der Boards ist in der Vergangenheit enorm gestiegen. Welche Vorteile bringen diese aktuellen Fortschritte für die Simulation vernetzter, aktiver Systeme, die künftig immer wichtiger werden?
Erst die enorme Steigerung der Rechenleistung hat es ermöglicht, dass ein komplettes Gesamtfahrzeug mit Regelung in Echtzeit simuliert werden kann. Früher musste man noch Abstriche an die Genauigkeit machen oder konnte sehr hohe Dynamik, wie sie beispielsweise in Hydrauliksystemen stattfindet, nicht abbilden. Aktive Systeme müssen sehr detailliert modelliert werden, um die gegenseitigen Wechselwirkungen abbilden zu können. Mittlerweile können wir unsere detaillierten Modelle wie MKS-vergleichbare Achsmodelle auch in Echtzeit im HiL simulieren und dadurch auch komplexere Fragestellungen als bisher bearbeiten.


Welche Anforderungen muss ein modernes Gütebewertungssystem auf numerischer Basis heute erfüllen?
Ich glaube, dass die Gütebewertung auf der Basis von Simulationsrechnungen in der Zukunft noch mehr an Bedeutung gewinnen wird. Bei der Gütebewertung geht es darum, aus der Unzahl von simulierten Zustandsgrößen wenige signifikante Kenngrößen zu ermitteln, ähnlich wie ein Bewertungsbogen im Fahrversuch. Es fehlt aber noch an der Methodik, die subjektiven Bewertungskriterien des Versuchs mit den objektiven Verfahren aus der Berechnung zu korrelieren. Hieran wird intensiv gearbeitet.
Das "wie" liegt beim OEM, die Grundlagen des Tools und die Schnittstellen zur Gesamtfahrzeug-Simulation sind für alle Anwender gleich, also eine gute Voraussetzung für die Erweiterung unseres Portfolios. Momentan werden die dafür notwendigen Werkzeuge in einem Pilotprojekt bei einem Kunden einem ersten Praxistest unterzogen. Voraussetzung für die Akzeptanz einer solchen Methodik ist aber auch die schnelle Verfügbarkeit von Ergebnissen, die nur durch effektive Tools gewährleistet ist.

Bitte geben Sie uns anhand der Stichpunkte Vorentwicklung, Konzeptanalyse sowie Schnittstellen und Geheimhaltung einen kurzen Überblick zum Stand der Technik in puncto Offboard- oder Desktop-Simulation.
Unsere Tools ermöglichen einen durchgehenden Einsatz von der Konzeptanalyse auf dem PC bis zur Funktionsvalidierung im HiL-Betrieb. Gleichzeitig können aber Zulieferer in diesen Prozess eingebunden werden, ohne die Gefahr, dass sensible Fahrzeugdaten weitergeben werden. Durch die Integration unserer Modelle in die Matlab/Simulink-Umgebung kann das Simulationsmodell als kompiliertes Modul weitergegeben werden und ermöglich über ein detailliertes Interface die einfache Integration von Komponenten, die auf Simulink-Basis entwickelt wurden. Oft will der Kunde aber auch eine Neuentwicklung in unser Fahrzeugmodell integrieren oder er wünscht eine Erweiterung, ohne dass dabei seine Idee oder seine Parameter offengelegt werden. Ein typisches Beispiel wäre ein neuartiges Getriebekonzept. Hier können wir dem Kunden exklusive Modellerstellung anbieten. In den meisten Fällen genügt dem Benutzer die Möglichkeit, das allgemeine Verfahren in unsere Produktentwicklung zu übernehmen und die kundenspezifische Auslegung und Parametrierung In-House durchzuführen.

An welchen Stellschrauben liegt nach Ihrer Ansicht noch Potenzial, die HiL-Simulation zu verbessern? Worin liegen hierbei Ihre Entwicklungsziele für die nächsten fünf Jahre?
Analog zu den Anmerkungen zur Simulationsmodellgüte geht es darum, die Vorteile der Simulation schneller in belastbare Ergebnisse für eine Vielzahl von Fahrzeug- und Steuergerätevarianten beziehungsweise unterschiedliche Softwarestände umzusetzen. Dazu zählt für mich zum Beispiel die Tool-unterstütze Validierung von Komponenten- und Gesamtfahrzeugmodellen sowie systematische Unterstützung bei der Inbetriebnahme komplexer HiL-Prüfstände, sowohl software- als auch hardwareseitig.
Daraus leiten wir unsere Entwicklungsziele ab, neue Verfahren in Tools umzusetzen, standardisierte Abläufe beim Kunden stärker zu automatisieren und gleichzeitig die hohe Flexibilität, was den Austausch von Komponentenmodellen angeht, beizubehalten. Das virtuelle Gesamtfahrzeug wird als modulares Baukastensystem weiter wachsen, wobei wir unsere Entwicklungsschwerpunkte wie bisher am Kunden ausrichten werden. Dabei sind uns offene Schnittstellen zwischen unseren Tools und kundenspezifischen Anpassungen besonders wichtig.

Vielen Dank, Herr Dr. Kunert, für das Gespräch.

Autor(en): Thomas Jungmann

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