University of Karlsruhe (TH) Prof Albers Zukunft durch ...

Institute of Product DevelopmentUniversity of Karlsruhe (TH) Prof Albers

Systeme Methoden ProzesseUniversity of Karlsruhe (TH) Prof. Albers

Zukunft durch Forschung gestalten

I t i t V lidi b fü i ffi i tIntegrierte Validierungsumgebung für energieeffiziente Fahrerassistenzsysteme am Rollenprüfstand

„apply and innovate!“

IPG Technology Conference 2008

IPEK I tit t fü P d kt t i klIPEK – Institut für Produktentwicklung

Universität Karlsruhe (TH)

© Alle Rechte beim Institut für Produktentwicklung Karlsruhe. JedeVerfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, liegt bei uns.

Universität Karlsruhe (TH)Forschungsuniversität gegründet 1825

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Tobias Düser, Prof. A. Albers


IPEK MissionUniversity of Karlsruhe (TH) Prof. Albers

INNOVATION ZIELORIENTIERT

TEAMLEHRE



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QUALITÄT2


IPEK Personal und Standorte University of Karlsruhe (TH) Prof. Albers

o. Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. A. Albers3 Oberingenieureg15 Angestellte im Bereich Technik / Verwaltung50 Wi h ftli h Mit b it50 Wissenschaftliche MitarbeiterCa. 100 Wissenschaftliche HilfskräfteCa 1200 betreute Studenten

An drei Standorten:

Ca. 1200 betreute Studenten

Büros: 800 qm

Labor: 460 qm abo 60 q

Werkstätten: 340 qm

Lehre: 500 qm



Lehre: 500 qm

3


IPEK ForschungSysteme, Methoden, Prozesse

University of Karlsruhe (TH) Prof. Albers

Systeme Methoden Prozesse

y , ,

S P A L T E NPLT S P A L T E NPLT S P A L T E NPLT

HSZS

P - Profil

OS Kunde Wettbewerb

ProduzentWir

MarktKunde Wettbewerb

ProduzentWir

Markt

Projektinitiierung








Objektsystem

P - Gestaltung

P - Validierung

P - Produktionsumsetzung

P - Produktion

P – Einführung

P - Idee

P - Konzept

Kernzeit der Phase

Vorlaufzeit der Phase

ZielsystemS P A L T E NPLT S P A L T E NPLT S P A L T E NPLT

S P A L T1 E NPLT S P A L T1 E NPLT S P A L T1 E NPLT

Zeit

P - Nutzung

P - Recycling

g

Ende des Lebenszyklus



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GliederungUniversity of Karlsruhe (TH) Prof. Albers

1 Motivation1 Motivation2 Anforderungsportfolio an eine Validierungsumgebung

für energieeffiziente Fahrstrategienfür energieeffiziente Fahrstrategien3 IPEK X-in-the-loop Ansatz als Basis4 HiL am Rollenprüfstand - Architektur4 HiL am Rollenprüfstand - Architektur5 Manöverbasiertes Testen am Rollenprüfstand6 Zusammenfassung und Ausblick6 Zusammenfassung und Ausblick



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6


Adaptive Mensch-Maschine-Schnittstellen“Fahrpedal”

University of Karlsruhe (TH) Prof. Albersp

…Das Eco-Pedal-System wird während der Beschleunigung oder bei der Reisegeschwindigkeit laufend mit aktuellen Daten zum Kraftstoffverbrauch und zur Getriebeeffizienz informiert. Hieraus berechnet der Assistent den bestmöglichen Beschleunigungswert. Eine Elektronik kontrolliert unterdessen die Gaspedalstellung…



7

Quelle: Autogazette.de / Nissan


Visuelle Mensch-Maschine-Schnittstelle „Anzeigekonzept“

University of Karlsruhe (TH) Prof. Albers„ g p

…In Zukunft wollen die Ingenieure Effizienz und Fahrdynamik auf eine neue Art kombinieren. Die Technik soll Manöver des Fahrers vorausahnen und den Energiehaushalt des Autos darauf abstimmen. g"Auf diese Weise lässt sich ein Auto schon vor einem bevorstehenden Ereignis so konditionieren, dass es mit einem Maximum an Effizienz und Dynamik reagieren kann…



8

Quelle: Financial Times Deutschland / BMW


Vorrausschauendes Fahren“Fahrstrategie”

University of Karlsruhe (TH) Prof. Albersg

…Entgegen der weitläufigen Meinung ist rollenlassen etwas sparsamer als motorbremsen (...) Selbst nach einer langen und eintönigen Autobahnfahrt, mit einer in Stein g g ,gemeißelten 12 auf dem Computer reicht ein einziges Ausrollen (!) in die Ausfahrt, um den Verbrauch für die gesamte Strecke auf 11,7 zu drücken…



9

Quelle: Autobild.de / Spritmonitor.de


Integration von Umgebungs- und Streckendaten


Verkehrssituation:Besetzungsgrad der Spuren,Durchschnittsgeschwindigkeit, …

Verkehrszustand:Schleifendaten, Floating-Car Daten, …

Streckendaten:Ampeln, Schilder, Ampelzyklen,



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Durchschnittsgeschwindigkeit, … Floating Car Daten, … Ampelzyklen, Topologie, …

Quelle: D. Neunziger







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AnforderungsportfolioUniversity of Karlsruhe (TH) Prof. Albers

System „Fahrzeug“Mechanische KomponentenElektrische KomponentenHydraulische KomponentenIT KomponentenLängsdynamikQuerdynamikBetriebsstrategienSystemvernetzung

System „Fahrer” System „Umgebung“StreckentopologieHMIs Streckentopologie

Hinweismarken (z.B. Verkehrsschilder)Verhalten von anderen

Verkehrsteilnehmern

HMIsKomforteindruckPerformanceeindruckFahrmanöver

Richtlinien und MaßgabenWetter (z.B. Regen)

Verkehr

FahrmanöverFehlbedienungFahrertypenFahrerwunsch



FahrerwunschReaktion

12

Quelle: F. Küçükay







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IPEK X-in-the-loop – der AnsatzUniversity of Karlsruhe (TH) Prof. Albers

Restfahrzeug X-in-the-loop UmgebungFahrer gSimulation

X-in-the-loop UmgebungFahrer

Sk li b D t illi d d d l M d llSkalierbarer Detaillierungsgrad und modulare Modelle

der Restfahrzeugsimulation

des Fahrers

der Umgebung



der Umgebung

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IPEK X-in-the-loopUniversity of Karlsruhe (TH) Prof. Albers

Restfahrzeug-simulation

X-in-the-loopModel-in-the-loop Hardware-in-the-loop

virtuell real

and)

dien

er)

Fahrversuch

r Prü

fsta

ands

be

Vehicle-in-the-loopGesamtfahrzeug

ng (o

der

r Prü

fsta

System-in-the-loopGesamtanstriebstrang,

mge

bun

er (o

der Gesamtanstriebstrang,

Komponenten, …

Subsystem-in-the-loopCVT G t i b h ltb

Um

Fahr

e CVT-Getriebe, schaltbare Kupplungen, …

Element-in-the-loop



15

pFunktionsreibsysteme, Steuergerätesoftware


IPEK X-in-the-loop:Die Systeme „Fahrer“ und „Umgebung“

University of Karlsruhe (TH) Prof. Albersy „ „ g g

Fahrer Umgebung

virtueller Fahrer Stufe 1Sollwerte, Profilvorgaben (z.B. durch Messwerte)

Umgebung Stufe 1abstrakt, Belastungsmomente

virtueller Fahrer Stufe 2Zustandsregler

Umgebung Stufe 2Integration realer Streckendaten

virtueller Fahrer Stufe 3Fahrermodell mit Berücksichtigung der Umgebung

l F h

Umgebung Stufe 3Verkehrszeichen, Verkehr

l U brealer Fahrer über Mensch-Maschine-Schnittstelle

reale Umgebung



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IPEK X-in-the-loopUniversity of Karlsruhe (TH) Prof. Albers

Restfahrzeug-simulation

X-in-the-loopModel-in-the-loop Hardware-in-the-loop

virtuell real

and)

dien

er)

Fahrversuch

r Prü

fsta

ands

be

Vehicle-in-the-loop Gesamtfahrzeug

ng (o

der

r Prü

fsta

System-in-the-loopGesamtanstriebstrang,

mge

bun

er (o

der Gesamtanstriebstrang,

Komponenten, …

Subsystem-in-the-loopCVT G t i b h ltb

Um

Fahr

e CVT-Getriebe, schaltbare Kupplungen, …

Element-in-the-loop



17

pFunktionsreibsysteme, Steuergerätesoftware







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HiL am Rollenprüfstand–Hardware Architektur


counter

F hF h P üf t d

analog

FahrzeugFahrer Prüfstand

Prüfstands-steuerung



19




counter

F hF h P üf t d

analog



IPEK Digitaler Streckenatlas

data-file



20

Streckenatlas




counterCAN (Rad-, Motordrehzahl, …)

analog (Steigungsgradient)

F hF h P üf t d

analogvisuell (Strecke, …)



Umgebungs- und Fahrersimulation


data-filedata-file



21

Streckenatlas




counterCAN (Rad-,Motordrehzahl, …)

analog (Steigungsgradient)

F hF h P üf t d

analogvisual (Strecke, …)

InMotion based FahrzeugFahrer PrüfstandInMotion based on CarMaker

HOST

WinRoll HOST

TCP/IP

Wi R ll

TCP/IP

InMotion based WinRollTARGET

(Labview)

on CarMaker TARGET

(LinuxRT)


data-filedata-file



22

Streckenatlas


HiL am Rollenprüfstand –Modellarchitektur (Top-Level)

University of Karlsruhe (TH) Prof. Albers( p )

Ersetzen des Powertrain-Modells durch den realen Powertrain



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HiL am Rollenprüfstand –Modellarchitektur (Detail-Level)

University of Karlsruhe (TH) Prof. Albers( )

Reales Fahrzeug

virtual driverVirtuelle Umgebungreal vehiclevirtual driver g greal vehicle



24

Virtuelle Strecke Prüfstand Fahrzeugsimulation


HiL am Rollenprüfstand –Modellarchitektur (Detail-Level)

University of Karlsruhe (TH) Prof. Albers( )

Reales Fahrzeug

Virtueller FahrerVirtuelle UmgebungReales FahrzeugVirtueller Fahrer g gReales Fahrzeug



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Virtuelle Strecke Prüfstand Fahrzeugsimulation


Eindrücke von der Vehicle-in-the-loop-Umgebung am IPEK Akustikrollenprüfstand

University of Karlsruhe (TH) Prof. Albersg g p

Integrationsebenen:

Fahrzeug Fahrer Umgebung

real real -

real real virtuellreal real virtuell

real virtuell virtuell



26







27


(konventionelle) open-loop-Manöver auf dem Rollenprüfstand


4. Gang

F h Fahr-

Anweisung für den Fahrer

Fahrer Fahrzeug

4. Gang

100 km /h, 4. Gang

Fahrer Fahr-


Fahrer zeug100 km/h


Driver-guidance (Anweisungs-



g ( gbasiert ohne XiL, grafisch basiert mit XiL)

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closed-loop-Manöver auf dem Rollenprüfstand


virtueller/Virtuelle

Umgebunggeregelt vom virtuellen Fahrer (*)

virtueller/realer Fahrer

FahrzeugUmgebunggeregelt vom realen Fahrer (*)

geregelt vom realen Fahrer (*)

(*) Beispiel-Konfiguration

closed control loop (Rückmeldung von der Umgebung)

Beispiel Konfiguration

Reale Fahrmanöver auf dem Rollenprüfstand unter



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pBerücksichtigung der Umgebung (z.B. Verkehr)







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Zusammenfassung und AusblickUniversity of Karlsruhe (TH) Prof. Albers

Zusammenfassung:Ganzheitliche Versuchs und EntwicklungsumgebungGanzheitliche Versuchs- und EntwicklungsumgebungReproduzierbare Umgebungs- und VerkehrssituationenOptimierung der EntwicklungszeitOptimierung der EntwicklungszeitTesten von sicherheitskritischen Funktionen auf dem RollenprüfstandRollenprüfstand

Outlook:Outlook:Verwenden von virtuellen Sensoren (die zum jetzigen Stand der Technik noch nicht existieren)Stand der Technik noch nicht existieren)ACC-Abstimmungen auf dem RollenprüfstandIntegration im gesamten IPEK Prüffeld



Integration im gesamten IPEK Prüffeld

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Video: Reales Fahrzeug, gefahren vom virtuellen Fahrer in der virtuellen Umgebung

University of Karlsruhe (TH) Prof. Albersg g

Vi l D k fü Ih A f k k it!© Alle Rechte beim Institut für Produktentwicklung Karlsruhe. Jede

Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, liegt bei uns.Universität Karlsruhe (TH)Forschungsuniversität gegründet 1825

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