Ein Beitrag zur subjektiven und objektiven Lenksystembewertung an einem Lenksystemprüfstand in der frühen Entwicklungsphase
Im Rahmen dieser Arbeit wird aufgrund der zunehmenden Bedeutung der subsystembasierten Entwicklungsmethodik im automobilen Entwicklungsprozess ein Beitrag zur prüfstandsbasier-ten Lenksystembewertung geleistet. Die Übertragung der Lenksystembewertung vom Fahrzeug auf den Prüfstand ermöglicht darüber hinaus den Vergleich verschiedener Lenksystemherstel-ler. Dies ist insbesondere für Fahrzeughersteller mit vergleichsweise geringen Stückzahlen im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit von großer Bedeutung. Aus diesem Grund soll die Bewer-tung insbesondere in der frühen Entwicklungsphase anwendbar sein.
Nach der Einführung in die Grundlagen der Fahrzeuglenkung und der Definition relevanter Begrifflichkeiten im Bereich des Lenkgefühls wird im ersten Schritt der Lenksystemprüfstand regelungstechnisch erweitert, um möglichst viele Lenksysteme, insbesondere sportlich orien-tierte Lenkungen, untersuchen zu können. Dazu werden zwei Ansätze zur Kompensation von Oszillationen der Zahnstangenkraft vorgestellt, zwei Dynamiksteigerungen realisiert und ein menschliches Festhaltemodell implementiert.
Als Grundlage für die Korrelationsanalyse wird eine Studie zur Subjektivbewertung von 28 Lenksystemvarianten mit je 22 Kriterien mittels eines neu entwickelten Fragebogens durch-geführt. Durch die Parametrierung geeigneter Fahrdynamikmodelle und der Erfassung spektra-ler Leistungsdichten wird der Fahrversuch detailgetreu auf den Prüfstand übertragen und auch für eine subjektive Fahrsimulatorstudie genutzt. Für die objektive Analyse der Lenksystembe-wertung wird ein Abstraktionsmodell verwendet, das die transparente Ableitung von Testfällen mit steigender Generik über die Ebenen ermöglicht. Mit Hilfe einer Korrelationsanalyse zwi-schen den generierten Objektivwerten und der Subjektivbewertung werden valide Zusammen-hänge identifiziert. Diese umfassen neue objektive Metriken, die Bestätigung oder Ablehnung von in der Literatur berichteten Korrelationen sowie den Nachweis von Korrelationen zu Ob-jektivdaten aus Prüfstandsversuchen, die bislang nur theoretisch auf deren Bedeutung unter-sucht wurden. Die identifizierten Korrelationen bilden die Grundlage für die Ableitung multi-kriterieller Regressionsmodelle.
In einer abschließenden Validierung anhand von drei alternativen Lenksystemen wird die Eig-nung der ermittelten Regressionsmodelle und der Einzelkorrelationen nachgewiesen. Die Mo-delle ermöglichen somit eine prüfstandsbasierte Lenksystembewertung in einer frühen Ent-wicklungsphase und die Durchführung von Benchmarkuntersuchungen.
Due to the increasing importance of subsystem-based development methods in the automotive development process, this thesis makes a contribution to test bench-based steering system eval-uation. The transfer of the steering system evaluation from the vehicle to the test bench also makes it possible to compare different steering system manufacturers in early benchmark tests. This is particularly important for vehicle manufacturers with comparatively low unit numbers in terms of economic efficiency. For this reason, the evaluation should be particularly applica-ble in the early development phase.
After the introduction to the basics of vehicle steering and the definition of relevant terms in the field of steering feel, the steering system test bench is expanded in terms of control technol-ogy be able to investigate as many steering systems as possible, especially sporty steering sys-tems. For this purpose, two approaches for compensating oscillations of the rack force are pre-sented, two approaches to increase the dynamic control behavior are realized and a human grip model is implemented.
As a basis for the correlation analysis, a study on the subjective evaluation of 28 steering system variants, each with 22 criteria, is carried out using a specially developed questionnaire. By pa-rameterizing suitable driving dynamics models and capturing spectral power densities, the driv-ing test is transferred to the test bench in detail and used for a study in which the subjective evaluation from a driving simulator is compared with that from the vehicle. For the objective analysis of the steering system evaluation, an abstraction model is used that enables the trans-parent derivation of test cases with increasing genericity across the levels. A correlation analy-sis between the generated objective values and the vehicle evaluation is used to identify valid correlations. These include new objective metrics, the confirmation or rejection of correlations reported in the literature as well as the proof of correlations to objective data from test bench tests that have so far only been theoretically examined for their significance. The identified correlations form the basis for the derivation of multi-criteria regression models.
In a final validation using three alternative steering systems, the suitability of the determined regression models and the individual correlations is demonstrated. The models enable a test bench-based steering system evaluation in an early development phase and the implementation of benchmark analyses.