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Objektive Qualitätsbewertung von Fahrdynamiksimulationen durch statistische Validierung

Viehof, Michael (2018):
Objektive Qualitätsbewertung von Fahrdynamiksimulationen durch statistische Validierung.
Darmstadt, Technische Universität, [Online-Edition: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/7457],
[Ph.D. Thesis]

Abstract

Simulationen gewinnen in der Entwicklung technischer Produkte stetig an Bedeutung. Insbesondere in der Automobilindustrie erfordern die Effizienz- und die Effektivitätssteigerung der Entwicklungsprozesse belastbare Simulationsergebnisse. Die Fahrdynamiksimulation nimmt hierbei eine wichtige Stellung ein. Bisherige Validierungsansätze führen zu einem ungenügenden Vertrauensnachweis, sodass häufig Zweifel an der Repräsentativität der Simulationsergebnisse in Bezug auf das reale Systemverhalten geäußert werden. Diese Forschungsarbeit stellt eine neue Methode für den objektiven Vergleich und die Bewertung der Übereinstimmungsgenauigkeit zweier Systemabbildungen vor. Ein wichtiges Anwendungsgebiet dieser Methode ist die Simulationsvalidierung, in der die Simulation und die praktische Messung die beiden Systemabbildungen sind. Beschrieben wird die Methode in dieser Arbeit für die Validierung von Fahrdynamiksimulationen, wobei als Referenz für die Simulationsergebnisse Messdaten aus dem Realversuch herangezogen werden. Dies entspricht einem typischen Anwendungsfall in der Automobilentwicklung und in der Fahrdynamikforschung. Die Arbeit gliedert sich in drei Teile. Im ersten Teil werden die Forschungsziele präzisiert. Auf Basis der Ist-Stand-Analyse und -Bewertung erfolgen eine Strukturierung des Validierungsprozesses und die Identifikation der Defizite, die den mangelhaften Vertrauensnachweis begründen. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der anwendungsneutralen Methodenentwicklung, d.h. ohne Fokussierung eines spezifischen Anwendungsgebiets. Die aus der Ist-Stand-Bewertung folgenden Anforderungen zur Überwindung der Defizite werden in der Konzeptdefinition und in der Prozessverbesserung berücksichtigt. Die Effektivität der neuen Validierungsmethode resultiert aus der gleichzeitigen Betrachtung der Simulationsqualität für verschiedene Systemvarianten, die in dieser Arbeit Fahrzeugen mit unterschiedlichen Eigenschaften entsprechen. Hierdurch wird das Simulationsmodell in mehreren Arbeitspunkten getestet, sodass über eine statistische Auswertung für jede Ausgangsgröße der Simulationsanwendung zwei statistische Validitätsmaße bestimmt werden können, die die Prädiktionsqualität für absolute Kennwerte und für Kennwertdifferenzen angeben. Im dritten Teil erfolgt die Anwendbarkeitsanalyse in fahrdynamischen Validierungsstudien. Hier bewährt sich das neue Validierungskonzept und der überarbeitete Prozess ist ohne domänenspezifische Adaptionen durchführbar. Die Ergebnisse werden in einem Validitätsbewertungsbericht zusammengefasst, der neben der statistischen Validität auch Informationen über Versuchsunsicherheiten und zulässige Toleranzintervalle enthält. Die Bewertung der neuen Validierungsmethode führt zu dem Ergebnis, dass sie die Anforderungen erfüllt und durch die Steigerung des Vertrauens zu einem größeren Nutzen simulationsbasierter Untersuchungen in der Fahrdynamikforschung beiträgt.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2018
Creators: Viehof, Michael
Title: Objektive Qualitätsbewertung von Fahrdynamiksimulationen durch statistische Validierung
Language: German
Abstract:

Simulationen gewinnen in der Entwicklung technischer Produkte stetig an Bedeutung. Insbesondere in der Automobilindustrie erfordern die Effizienz- und die Effektivitätssteigerung der Entwicklungsprozesse belastbare Simulationsergebnisse. Die Fahrdynamiksimulation nimmt hierbei eine wichtige Stellung ein. Bisherige Validierungsansätze führen zu einem ungenügenden Vertrauensnachweis, sodass häufig Zweifel an der Repräsentativität der Simulationsergebnisse in Bezug auf das reale Systemverhalten geäußert werden. Diese Forschungsarbeit stellt eine neue Methode für den objektiven Vergleich und die Bewertung der Übereinstimmungsgenauigkeit zweier Systemabbildungen vor. Ein wichtiges Anwendungsgebiet dieser Methode ist die Simulationsvalidierung, in der die Simulation und die praktische Messung die beiden Systemabbildungen sind. Beschrieben wird die Methode in dieser Arbeit für die Validierung von Fahrdynamiksimulationen, wobei als Referenz für die Simulationsergebnisse Messdaten aus dem Realversuch herangezogen werden. Dies entspricht einem typischen Anwendungsfall in der Automobilentwicklung und in der Fahrdynamikforschung. Die Arbeit gliedert sich in drei Teile. Im ersten Teil werden die Forschungsziele präzisiert. Auf Basis der Ist-Stand-Analyse und -Bewertung erfolgen eine Strukturierung des Validierungsprozesses und die Identifikation der Defizite, die den mangelhaften Vertrauensnachweis begründen. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der anwendungsneutralen Methodenentwicklung, d.h. ohne Fokussierung eines spezifischen Anwendungsgebiets. Die aus der Ist-Stand-Bewertung folgenden Anforderungen zur Überwindung der Defizite werden in der Konzeptdefinition und in der Prozessverbesserung berücksichtigt. Die Effektivität der neuen Validierungsmethode resultiert aus der gleichzeitigen Betrachtung der Simulationsqualität für verschiedene Systemvarianten, die in dieser Arbeit Fahrzeugen mit unterschiedlichen Eigenschaften entsprechen. Hierdurch wird das Simulationsmodell in mehreren Arbeitspunkten getestet, sodass über eine statistische Auswertung für jede Ausgangsgröße der Simulationsanwendung zwei statistische Validitätsmaße bestimmt werden können, die die Prädiktionsqualität für absolute Kennwerte und für Kennwertdifferenzen angeben. Im dritten Teil erfolgt die Anwendbarkeitsanalyse in fahrdynamischen Validierungsstudien. Hier bewährt sich das neue Validierungskonzept und der überarbeitete Prozess ist ohne domänenspezifische Adaptionen durchführbar. Die Ergebnisse werden in einem Validitätsbewertungsbericht zusammengefasst, der neben der statistischen Validität auch Informationen über Versuchsunsicherheiten und zulässige Toleranzintervalle enthält. Die Bewertung der neuen Validierungsmethode führt zu dem Ergebnis, dass sie die Anforderungen erfüllt und durch die Steigerung des Vertrauens zu einem größeren Nutzen simulationsbasierter Untersuchungen in der Fahrdynamikforschung beiträgt.

Place of Publication: Darmstadt
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Automotive Engineering (FZD)
16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Automotive Engineering (FZD) > Vehicle Dynamics
Date Deposited: 24 Jun 2018 19:55
Official URL: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/7457
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-74575
Referees: Winner, Prof. Dr. Hermann and Lienkamp, Prof. Dr. Markus
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 15 May 2018
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
In the development of technical products, simulations gain in importance. Especially the automobile industry's enhancement of efficiency and effectivity requires reliable simulation results. Here, the simulation of vehicle dynamics takes an important position. Previous validation approaches cause an insufficient proof of trustworthiness, which often leads to doubts about the representativity of simulation results in comparison to the real system's behaviour. This research work introduces a new method for the objective comparison and evaluation of how well two different system descriptions match each other. The validation of simulations is an important scope of application for this method. Here, the simulation and the measurement in praxis are the two system descriptions. In this work, the method is described for the validation of vehicle dynamics simulations where measurement data from experiments in praxis are used as reference for the simulation results. This corresponds to a typical use case in automotive development and in vehicle dynamics research. This work is divided into three parts. In the first part, the research objectives are specified. On the basis of the status quo's analysis and evaluation, the validation process is structured and the deficits that constitute the deficient proof of trust are identified. The second part deals with the application-neutral development of the method, which means that no specific scope of application is focused. Requirements for compensating the deficits result from the status quo's evaluation and are respected in the concept definition and process improvement. The new validation method's effectivity results from the simultaneous examination of the simulation's quality for different system variants. In this work, these are represented by vehicles with different characteristics. Hereby, the simulation model is tested in diverse operating points so that via a statistical analysis two different validity measures can be determined for each output quantity of the simulated application. These measures represent the simulation's prediction quality for absolute quantities and quantity differences. In the third part, applicability analyses in vehicle dynamics studies are executed. Here, the new validation concept proves its worth and the new process is applicable without domain-specific adaptions. The results are summarized in a validity assessment report. Besides the statistical validity, this report contains information on the experiment's variance and accepted tolerance intervals. The new method's evaluation shows compliance with the requirements. Furthermore, the increased trust leads to enhanced usage of simulation-based analyses in vehicle dynamics research.English
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