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Funktionsoptimierung und Komplexitätsbeherrschung im Entwicklungsprozess mechatronischer Fahrwerksysteme am Beispiel elektromechanischer Lenksysteme

Düsterloh, Dario

Aufgrund gestiegener Anforderungen an den Energieverbrauch und die Funktionalität der Systeme im Fahrwerkbereich werden passive sowie hydraulisch aktuierte Systeme fortschreitend durch mechatronische Systeme ersetzt, sodass eine Anpassung der Entwicklungsprozesse erforderlich ist. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird am Beispiel elektromechanischer Lenksysteme ein neuer beziehungsweise angepasster Entwicklungsprozess definiert, welcher die gestiegenen Anforderungen aus der Sicht eines Original-Equipment-Manufacturers (OEM) berücksichtigt. Dazu werden zunächst der aktuelle Stand der Technik sowie bereits bestehende Entwicklungsprozesse wie das V-Modell und der in der Automobilindustrie weit verbreitete Produktentstehungsprozess vorgestellt. Anschließend werden die Entwicklungswerkzeuge Simulation, Prüfstände und Fahrversuche sowie deren optimaler Einsatz dokumentiert. Im Anschluss an die Vorstellung der spezifischen Eigenschaften elektromechanischer Lenksysteme wird das Prozesskonzept am Beispiel der Lenksysteme umgesetzt. Dabei werden aktuelle gesetzliche und funktionale Anforderungen definiert sowie im Rahmen einer umfassenden Presseanalyse die Bewertungen von Lenksystemen verschiedener Beispielfahrzeuge bezüglich unterschiedlicher Bewertungskriterien ermittelt. Die Auswertung der Presseanalyse identifiziert die Lenkübersetzung und die Lenkungsrückmeldung als Kriterien mit Optimierungspotenzial. Mit Hilfe eines neu entwickelten Vorgehens zur Konzeptauslegung können die grundsätzlichen Eigenschaften zur Leistungsauslegung und Dimensionierung von Lenksystemen in der frühen Entwicklungsphase mit geringem Aufwand abgeschätzt werden. Dabei wird das im Rahmen der Presseanalyse identifizierte Kriterium der Lenkübersetzung berücksichtigt. Darüber hinaus werden ein umfassender Versuchskatalog sowie die zugehörigen Auswertemethoden zur Charakterisierung und Objektivierung von Lenksystemeigenschaften entwickelt. Den Ergebnissen der Presseanalyse folgend wird insbesondere die Lenkungsrückmeldung bezüglich des Einflusses von Hardware und Software detailliert betrachtet sowie der Einfluss der Radaufhängung mit Hilfe einer speziellen Prüfeinrichtung evaluiert. Durch die Entwicklung einer neuen Absicherungsmethodik für wettbewerbsdifferenzierende Software-Eigenentwicklungsumfänge und den effizienten Einsatz eines Lenksystemprüfstands können die Absicherung der Software-Anteile nachhaltig unterstützt sowie Zeit und Kosten eingespart werden. Der im Rahmen der vorliegenden Arbeit definierte Entwicklungsprozess verknüpft das V-Modell mit dem Produktentstehungsprozess der Automobilindustrie und trägt unter Berücksichtigung der aufgeführten Bestandteile nachhaltig zur Funktionsoptimierung und Komplexitätsbeherrschung bei der Entwicklung mechatronischer Fahrwerksystem bei.

Due to increased demands on energy consumption and functionality of chassis systems, passive and hydraulically actuated systems are continuously replaced by mechatronic systems. This change of systems results in the need to adapt the development processes. Within the framework of the present study, a new or respectively adapted development process for mechatronic chassis systems is being defined using the example of electric power steering systems. The process takes account of the new requirements from the point of view of an original equipment manufacturer (OEM). Therefore, the current state of the art as well as already existing development processes like the V-model development process and the product development process, which is widely used in the automotive industry, are presented. The relevant development tools such as simulation, test bench and driving test as well as their optimal use are documented. After documenting the specific characteristics of electric power steering systems, the process concept is implemented using the example of the steering system. Current governmental and functional requirements are defined and the specific requirements for the steering systems of various sample vehicles are determined in an extensive press analysis. The steering ratio and the steering feedback are identified as the criteria with the highest optimization potential. By using a newly developed approach to the conceptual design, the basic characteristics of steering systems regarding the power and dimensioning can be estimated with little effort in the early development phase. This estimation takes the criterion of the steering ratio, identified in the press analysis, into account. In addition, a comprehensive test catalog and the associated evaluation methods for the characterization and objectification of steering system properties are developed. Following the results of the press analysis, in particular, the steering feedback is examined in detail regarding the influence of hardware and software. Additionally, the influence of the suspension is evaluated using a special test device. By defining a new testing method for the software functions and the efficient use of a steering test bench, the testing of the competitive differentiating in house developed software components can be supported and time and costs can be reduced. Taking the listed components into account, the newly defined development process contributes to the functional optimization and complexity control in the development of mechatronic chassis systems and in particular electric power steering systems by combining the V-model with the automotive industry product development process.

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Düsterloh, Dario: Funktionsoptimierung und Komplexitätsbeherrschung im Entwicklungsprozess mechatronischer Fahrwerksysteme am Beispiel elektromechanischer Lenksysteme. 2018.

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