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Frühzeitige Validierung für effiziente Fahrzeugentwicklung

Einen Ansatz, die Fahrzeugentwicklung effizient zu gestalten, soll nun das Integrierte Produktentstehungsmodell (Ipem) bieten. Es stammt vom Institut für Produktentwicklung (IPEK) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Zentrales Element sei dabei eine frühzeitige und effiziente Validierung, erklärt das KIT. Nämlich die Bestätigung dafür, dass ein Produkt die angedachte Funktion und die Erwartungen der Kunden erfülle. Hierbei soll das Instrument X-in-the-Loop, das Simulation und reale Tests kombiniert, unterstützen.

"Bei der Fahrzeugentwicklung alle Anforderungen miteinander zu vereinbaren, ist ein schwieriger Prozess", erklärt Sascha Ott, Leiter der Forschungsabteilung Antriebssystementwicklung am IPEK und Geschäftsführer des KIT-Zentrums Mobiltätssysteme. "So geht es beispielsweise darum, den Kraftstoffverbrauch und die Schwingungsentwicklung zu optimieren sowie neue Fahrstrategien zu implementieren. Gleichzeitig soll das Fahrzeug lange halten: unter wechselnden Umweltbedingungen und bei unterschiedlichen Fahrstilen." Für komplexe Produktentwicklungen biete das Ipem einen systematischen, ganzheitlichen Ansatz, erläutert das KIT. Dieser bringe unter anderem die Sicht der Entwickler mit den wirtschaftlichen oder politischen Rahmenbedingungen zusammen, die das Management eines Unternehmens berücksichtigen müsse. Zwar unterscheiden sich die Produktentstehungsprozesse individuell, gemeinsam sind ihnen im Ipem jedoch Aktivitäten wie Ideenfindung, Produktion oder Markteinführung, so das Institut weiter. "Eine zentrale Aktivität ist dabei die Validierung", betont Ott. "Das heißt zu überprüfen: Was soll das System können und funktioniert das, was wir vorhaben? Kurz: Arbeiten wir an der richtigen Idee?" Wichtig sei dies nicht zuletzt aus wirtschaftlichen Gründen: "Rückrufaktionen verursachen schnell extreme Kosten. Wir können unter anderem dazu beitragen, dieses Risiko zu reduzieren und den Entwicklungserfolg zu verbessern."

Mit der Validierungsumgebung X-in-the-Loop (XiL) erhalten die Ingenieure die dafür notwendigen Informationen schon sehr früh in der Produktentstehung, erläutert das KIT. XiL arbeite dabei auf verschiedenen Ebenen: von einzelnen Komponenten wie der Kupplung über Teilsysteme wie das Getriebe bis hin zum Gesamtfahrzeug. Abhängig von der jeweils zu untersuchenden Einheit "X" setzen die Ingenieure, wie es heißt, reale Tests auf einem der Prüfstände, Simulationen oder eine Kombination aus beiden ein. "Die Reibungsvorgänge in der Kupplung untersuchen wir beispielsweise auf dem Prüfstand, weil es noch schwierig ist, sie in der Simulation abzubilden. Das Restfahrzeug können wir dann dazu simulieren", erklärt Sascha Ott.

Am Beispiel der Antriebssysteme entwickelt sei XiL auf andere Fahrzeugkomponenten übertragbar. So testen die Wissenschaftler damit unter anderem die Schwingungs- und Geräuscheentwicklung (auch: NVH-Phänomene, aus dem Englischen: noise, vibration, harshness). XiL berücksichtige zudem neben den technischen Systemen auch Umweltbedingungen wie Außentemperatur, Streckenführung und Verkehrssituation sowie unterschiedliche Fahrermodelle und Fahrmanöver - und sei damit ein wichtiges Instrument im Hinblick auf die künftigen Herausforderungen für die Automobilbranche: "Die Wechselwirkungen werden immer komplexer, gleichzeitig gibt es viele unterschiedliche Systeme nebeneinander", so Ott. "Es gibt einige Möglichkeiten, wie das Auto in 20 Jahren tatsächlich aussehen könnte." So werde es beispielsweise auch für das Antriebssystem ein wesentlicher Unterschied sein, ob die Batterie eines Elektroautos immer im Fahrzeug ist oder auch für andere Anwendungen genutzt wird. "Unser Job ist es, darauf mit wissensbasierten und hochflexiblen übertragbaren Methoden vorbereitet zu sein."

35 Ingenieure arbeiten in der Forschungsabteilung, die Sascha Ott leitet, rund 40 Mannjahre stecken bislang in der Entwicklung von X-in-the-Loop. Die Forschung fließt am IPEK unmittelbar in die Lehre: nicht nur in Studien- und Diplomarbeiten, sondern auch in Projekten, in denen auch Studierende ihre Konzepte auf den verschiedenen Stufen validieren.
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