Bewertung und Optimierung des Lenkverhaltens im Gesamtfahrzeug am "Steering-in-the-Loop" Pruefstand

Die vorgestellte Studie zeigt, dass sich die Steering-in-the-Loop-Methode am Lenksystempruefstand zur Optimierung ausgewaehlter subjektiver und objektiver Kriterien sehr gut eignet. So kann in der Fahrzeugentwicklung in einem sehr fruehen Entwicklungsstadium, mit bereits existierenden Komponenten und einem virtuellen Fahrzeug, eine grundlegende Abstimmung am Pruefstand durchgefuehrt werden, die spaeter im realen Fahrzeug im optimalen Fall nur noch nachjustiert werden muss. Dies wird fuer die Zukunft umso wichtiger, da moderne Steuergeraete stets leistungsfaehiger werden und immer mehr Aufgaben erfuellen. Pruefstandstechnologien und Simulationsmethoden muessen fuer die neuen Aufgaben weiterentwickelt und angepasst werden. So erfordern Funktionen wie beispielsweise der aktive Lenkungsruecklauf und Spurhalteassistenten eine Ansteuerung des Lenksystems ueber ein Lenkradmoment. Diese Art der Regelung stellt hohe Anforderungen an den Pruefstand und die Simulationsumgebung. Der Lenksystempruefstand der Hochschule Muenchen in Verbindung mit CarMaker erfuellt diese Anforderungen. Bei der Steer by Torque-Regelung wird anstatt eines Lenkradwinkels ein Lenkradmoment ueber das Fahrermodell IPGDriver (Closed-Loop Manoever) beziehungsweise ueber einen definierten Verlauf (Open-Loop Manoever) angefordert und vom Lenkungsmotor eingeregelt. Aus diesem Lenkradmoment ergibt sich am Lenksystem eine Verschiebung der Zahnstange, die wieder in die Simulation eingespeist wird und sich ein Kraeftegleichgewicht einstellt. Speziell fuer den Closed-Loop kann der virtuelle Fahrer somit zum Beispiel von einem Spurhalteassistenten beeinflusst werden. Die X-in-the-Loop-Methode laesst sich in allen Entwicklungsphasen anwenden, das heisst auch bevor reale Komponenten vorliegen. In der gezeigten Optimierung des Steuergeraetes wurden die Modifikationen direkt mit der realen Hardware am Lenksystempruefstand durchgefuehrt. Die offene, modulare Struktur der Simulationsumgebung erlaubt es jedoch auch, auf Methoden- und Komponentenebene zu agieren. So kann beispielsweise ueber das Pfeffer'sche Lenkungsmodell der Hochschule Muenchen, das in CarMaker integriert wurde, ein Lenksystem in einem sehr fruehen Stadium oder als Vorbereitung fuer die Pruefstandsversuche getestet werden. Hierzu bietet das virtuelle Lenkungsmodell mechanische Eigenschaften wie Reibungen und Steifigkeiten sowie Eigenschaften unterschiedlicher Lenkungstypen zur Abbildung grundlegender Funktionen, wie zum Beispiel die geschwindigkeitsabhaengige Momentenunterstuetzung. Diese Funktionalitaeten koennen individuell erweitert werden, indem ein vorhandenes Softwaremodell oder ein reales Lenkungssteuergeraet eingebunden wird. Somit koennen Funktionen und Parametervariationen mit mehrfacher Echtzeit im Vorfeld analysiert und die Pruefstandszeit sehr effizient ausgenutzt werden. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: The steering behavior and steering feel are important in determining the driving pleasure and comfort of a vehicle. Their characteristics are the result of a multi-dimensional parameter space in which different subsystems and components interact with each other. The steering system with its challenging functions has to be integrated and interlinked successfully in the whole vehicle. The implementation and validation should be done as early as possible. The X-in-the-Loop (Xil) method is able to solve these challenges. "X-in-the-Loop" in this context stands for the seamless inclusion of all relevant components and systems - model, software and hardware - in the whole vehicle, which can be tested with the same maneuver catalog typically used for real-world vehicles. Due to virtual integration it is possible to know at any time what effects the tested component or subsystem - in this case the steering system - has on the overall vehicle or driving properties. In addition, seamless and standardized whole vehicle evaluation in cross-functional maneuver catalogs allows comparing the results of road test, bench test and simulation. This paper illustrates a vehicle evaluation and optimization process using the Steering-in-the-Loop method. During a comprehensive real-world benchmark test program with open-loop as well as closed-loop maneuvers the performance gap of a reference vehicle was identified by subjective and objective ratings. Afterwards, different real-world steering systems were assembled on a Steering-in-the-Loop test bench and virtually integrated into the whole vehicle. The comprehensive maneuver catalog was subsequently run with the combination of the real-world steering system and the virtual vehicle-driver-environment. The results from the real-world and virtual tests showed a very good correlation. On this basis, vehicle performance was improved on the Steering-in-the-Loop test bench by optimizing the steering system ECU settings. The new ECU settings were proved and validated in a final real-world test session. (A)