Die zunehmende Vernetzung domänenübergreifender mechatronischer Systeme führt zu einer verstärkten Interaktion der einzelnen Systemkomponenten, die es im gesamten Entwicklungsprozess zu berücksichtigen gilt. In der Entwurfsphase wird dies durch die Co-Simulation von Simulationsmodellen der einzelnen Komponenten erreicht. In der Verifikations- und Validierungsphase dagegen, in der erste Komponenten bereits physisch vorliegen und die Interaktion des Gesamtsystems durch Kopplungen realer und virtueller Prototypen (RVP) dargestellt ist, werden diese Simulationsmodelle selten wiederverwendet. Ein Grund dafür ist, dass bei der Datenübertragung zwischen den Prototypen, die räumlich verteilt vorliegen können, zwangsläufig Netzwerkeffekte wie Latenzzeiten auftreten, die das Systemverhalten von RVPen in unbekannter und meist nachteiliger Weise beeinflussen.

In dieser Arbeit wird eine Kopplungsmethodik vorgestellt, welche den negativen Einfluss dieser Netzwerkeffekte auf das Systemverhalten von RVPen kompensiert. Die Kopplungsmethodik ist allgemein anwendbar und setzt kein Systemwissen über die gekoppelten Prototypen voraus. Daher ist sie besonders für den Einsatz in der Industrie geeignet, da dort zum Schutze des geistigen Eigentums Prototypen häufig nur als Black-Box vorliegen. Zunächst wird eine neue Klasse generischer Kopplungsalgorithmen entwickelt, die sich aus einem neuartigen Verfahren zur Extrapolation im Fehlerraum ergeben. Es wird gezeigt, dass diese Kopplungsalgorithmen in vorwärts gerichtete neuronale Netze mit identischem Eingangs-Ausgangs-Verhalten überführbar sind. Dadurch werden die Kopplungsalgorithmen zum einen um die Eigenschaft der Lernfähigkeit erweitert und zum anderen wird im Vergleich mit ausgewählten Algorithmen aus der Literatur eine verbesserte Latenzzeitkompensation nichtlinearer Koppelsignale erreicht. Weiterhin wird eine allgemeine Analyse des Kopplungsprozess von RVPen im Frequenzbereich durchgeführt, die sowohl zur Bestimmung des Einflusses von Netzwerkeffekten und Kopplungsalgorithmen auf das Systemverhalten von RVPen als auch für eine optimale Auslegung von Kopplungsalgorithmen verwendet wird. Außerdem hilft die Frequenzbereichsanalyse dabei Gültigkeitsbereiche für Kopplungsalgorithmen abzuleiten, welche zur Parametrierung ebenfalls in dieser Arbeit entwickelter Methoden zur Überwachung von Kopplungsalgorithmen dienen. Das Potenzial der entwickelten Kopplungsmethodik zur Kompensation des negativen Einflusses der Netzwerkeffekte wird unter realen Bedingungen anhand eines in der Industrie produktiv genutzten RVPs eines Hybridfahrzeugs demonstriert. Dabei zeigt sich, dass besonders die im Frequenzbereich optimal ausgelegten und anschließend trainierten Kopplungsalgorithmen den durch die Netzwerkeffekte entstehenden Kopplungsfehler verringern und somit das Systemverhalten des RVPs verbessern.