3F-Methode, Requirement Engineering (Anforderungsermittlung)

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Kunden-nutzung

Anforderung

Repräsentative Anforderungen

decken den gesamten Bereich der

Kundennutzung: Der im Kundenbetrieb mögliche, gesamte 3F-Bereich

Anforderung: Während der Erprobungsphase abgedeckter Bereich

ab.Kundennutzung

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Kunden-nutzung

Repräsentative Anforderungen

decken den gesamten Bereich der

Kundennutzung: Der im Kundenbetrieb mögliche, gesamte 3F-Bereich

Anforderung: Während der Erprobungsphase abgedeckter Bereich

Anforderungoptimale, repräsentativeAnforderungen

ab.Kundennutzung

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Requirement Engineering

• Fahrwerk• Antrieb• Karosserie• FAS

• VKM• E-Motor• Batterie• Anfahrmodul• Leistungselek.• Getriebe• Gelenkwellen• Achsgetriebe• Lenkung• Bremse• Räder• Achslenker• Aufhängung• …

• Lenker• Radträger• Dämpfer• Feder• …• Gangräder• Schaltkupplung• Lager• Wellen• Gelenke• …• Batterie-Management

• Betriebsstrategie• …• Energie-Management

• Thermo-Management

• Energie-verbrauch

• Reichweite• Fahrleistung• Kosten• Komfort• …

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Requirement Engineering

• Basis der EntwicklungWelche Eigenschaften bezüglich Funktion und Dauerhaltbarkeit müssen von Komponenten, Baugruppen, Modulen, Systemen und dem Gesamtfahrzeug erfüllt werden?

• Basis für Dimensionierung, Auslegung und ErprobungWelche Fahrmanöver, Funktions- und Belastungskollektive treten im "Feld" auf?

Welche von ihnen sind repräsentativ für die betrachtete Komponente, Baugruppe/System und das Gesamtfahrzeug und müssen deshalb im Entwicklungsprozess berücksichtigt werden?

Alle Anforderungen hängen mit den Eigenschaften des 3F-Parameterraums zusammen!

Fahrer Fahrzeug Fahrumgebung

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Entwicklung der 3F-Methode, Parameterauswahl

Fahrer FahrerFahrstil • schonend

• durchschnittlich

• sportlich

Fahrumgebung Umgebungstyp

Fahrbahneigenschaften

• Stadt

• Landstraße

• Autobahn

• Berg

Fahrzeug Fahrzeuge unter-schiedlicher Klasseund Beladung

• leichte Beladung• mittlere Beladung• volle Beladung• Anhängerbetrieb

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3F-Methode: Auswahl des Fahrers

PotenzielleTestfahrer

Fahrzeug mitBlackbox

Messung aller Parameter für Fahrerhandlungen, Umgebung

Bewertungs-fahrten

Stadt Landstrasse Autobahn Berg

Bewertung Beschleunigung (längs, quer), Geschwindigkeit, Lenkung etc.

Fahrstil-identifikation

schonend durchschnittlich sportlich

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Hamburg

Ruhrgebiet(Dortmund)

BraunschweigHannover

Regensburg

Würzburg

Magdeburg

Bad Pyrmont

Hof

Kassel

Berlin

Leipzig

Startpunkt

Hamburg

Ruhrgebiet(Dortmund)

BraunschweigHannover

Regensburg

Würzburg

Magdeburg

Bad Pyrmont

Hof

Kassel

Berlin

Leipzig

Startpunkt

3F-Methode: Auswahl der Fahrumgebung

Stadt

Landstrasse

Berg

& Autobahn

Hamburg, Berlin, München, Braunschweig, Peking, Shanghai, Changchun etc. in Planung: Istanbul, London, Tokyo,Mumbai, Neu-Dehli

D, EU, Polen, Lettland, Litauen, China, in Planung: USA, Türkei, Indien, Japan

Alpen (D, A, CH), Mittelgebirge (Harz)

GewöhnlicheUnebenheiten

Sonderereignisse MissbrauchUnebenheits-messungen

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3F-Methode: Auswahl der Fahrzeuge

900 1300 1700 2100 2500Fahrzeugmasse [kg]

100

200

300

400

500

600

Leistungsgewichts‐klassen [kg/kW]:

7…99…1111..1313…1515…17> 17D

rehm

omen

t [N

m]

Messgrößen

• Fahrer Fahrpedal, Bremsdruck,Lenkwinkel, Gang, Kupplung

• Fahrzeug Momente und Kräfte, Translationen und Rotationen

• Fahrum- Krümmung, Steigung,gebung Unebenheiten, Tempatur

Datenbasis50.0000-70.000 km je Fahrzeug• Konventionelle Antriebe• Hybridantriebe• Elektrische Antriebe• Front-, Heck- and

Allradantriebe• Unterschiedliche Getriebe

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Fahrer

Stadt

Landstrasse

Autobahn

Berg

leer mittel voll Anhänger

schonend durchschnittlich sportlich

3F-Methode: Messprogramm

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schonend durchschnittlich sportlichFahrer

3F-Methode: Messprogramm

Stadt

Landstrasse

Autobahn

Berg

leicht mittel voll Anhänger

Stadt

Landstrasse

Autobahn

Berg

leicht mittel voll Anhänger leicht mittel voll Anhängerleicht mittel voll Anhänger leicht mittel voll Anhängerleicht mittel voll Anhänger

• Lieferbetrieb• Post Service• Sonderereignisse• Missbrauch• …

Sonderkunden

900 1300 1700 2100 2500Fahrzeugmasse [kg]

100

200

300

400

500

600

Dre

hmom

ent

[Nm

]

900 1300 1700 2100 2500Fahrzeugmasse [kg]

100

200

300

400

500

600

Dre

hmom

ent

[Nm

]

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schonend durchschnittlich sportlichFahrer

3F-Methode: Messprogramm

Stadt

Landstrasse

Autobahn

Berg

leicht mittel voll Anhänger

Stadt

Landstrasse

Autobahn

Berg

leicht mittel voll Anhänger leicht mittel voll Anhängerleicht mittel voll Anhänger leicht mittel voll Anhängerleicht mittel voll Anhänger

• Lieferbetrieb• Post Service• Sonderereignisse• Missbrauch• …

Sonderkunden

900 1300 1700 2100 2500Fahrzeugmasse [kg]

100

200

300

400

500

600

Dre

hmom

ent

[Nm

]

900 1300 1700 2100 2500Fahrzeugmasse [kg]

100

200

300

400

500

600

Dre

hmom

ent

[Nm

]

SimulationMOVE3D

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Fahrermodell

Fahrumgebungsmodell

Fahrzeugmodell

Modulare Variantenbasierte Entwicklungsplattform für 3F-Simulationen (MOVE 3F)

• Simulationsumgebung auf Basis vonMatlab/Simulink

• unterschiedliche Antriebsstränge(Front-Quer, Standard, …) mit diversen Getriebevarianten(MT, AT, …)

• Bedarfsgerechte Einbindung von Simulationsprogrammen wie z.B. Dymola

Simulationsumgebung

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3F-Methode: Fahrer-Modell *)

Fahreraktionen

• Gaspedal (Beschleunigung)

• Bremspedal (Verzögerung)

• Wunschgeschwindigkeit

• Schaltung, Kupplungspedal (MT)

• Lenkung (Querbeschleunigung)

*) problem-spezifische Modellierungstiefe; Berücksichtigung der natürlichen, statistischen Streuungen

1 3 5

2 4 R

Fahrzeug

• Klasse (klein … groß)

• Beladung (leicht, mittel,

voll, Anhänger)

• Antriebsleistung (M-n)

• Getriebe/Schaltung

Fahrumgebung

• Umgebung− Stadt− Landstraße− Autobahn− Berg

• Fahrbahnparameter− Steigung/Krümmung− Unebenheiten, Schlaglöcher

• Verkehr & Witterung

abhängig von

Fahrstil

• schonend

• durchschnittlich

• sportlich

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3F-Methode: Fahrumgebung - Modelle *)

Berücksichtigung der Umgebungsparameter fürStadt, Landstraße, Autobahn, Berg• Verkehrsparameter

− Geschwindigkeit, inkl. Stop&Go

− Beschleunigungsstrecken

− Verzögerungsstrecken

− Fahrzeugabstände

− …

• Fahrbahnparameter− Steigung, Krümmung

− Unebenheiten (periodische,

stochastische, transiente),

Schlaglöcher, Bremshügel,

Bahnübergänge, …

− Reibwert

• Wetterdaten− Temperatur

− Sichtweite *) problem-spezifische Modellierungstiefe; Berücksichtigung der natürlichen, statistischen Streuungen

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3F-Methode: Fahrzeug-Modelle *)

Berücksichtigung der Funktions- und Dauerhaltbarkeitseigenschaften von

• Elementen, Bauteilen

• Baugruppen/Modulen

• Gesamtfahrzeug

zur Behandlung der Themen für• Antrieb

• Fahrwerk

• Karosserie

• FAS

*) problem-spezifische Modellierungstiefe; Berücksichtigung der natürlichen, statistischen Streuungen

MKS-Modelle

Zweispurmodelle

FyiFxi

Mzi

viαiδi

FyiFxi

Mzivi

αi

δi

xFzg

yFzgvFzg

FLuft, x

FLuft, y

MLz

ψ

mv2/ρmvFzg•

Jzψ•• SPβ

M

FyiFxi

Mzi

viαiδi

FyiFxi

Mzivi

αi

δi

FyiFxi

Mzi

viαiδi

FyiFxi

Mzi

viαiδi

FyiFxi

Mzivi

αi

δi

FyiFxi

Mzivi

αi

δi

xFzg

yFzgvFzg

FLuft, x

FLuft, y

MLz

ψ

mv2/ρmvFzg•

Jzψ•• SPβ

M

xFzg

yFzgvFzg

FLuft, x

FLuft, y

MLz

ψ

mv2/ρmvFzg•

Jzψ•• SPβ

M

FyiFxi

Mzi

viαiδi

FyiFxi

Mzivi

αi

δi

FyiFxi

Mzivi

αi

δi

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Eigenschaften der 3F-Methode und MOVE3F

• Virtuelles Mess- und Versuchsprogramm im 3F-Parameterraum

• Berücksichtigung der natürlichen statistischen Streuungen derEigenschaften von

- Fahrer- Fahrumgebung- Fahrzeug

• Erfassung aller representativen Fahrmanöver und Parameter alsZeitverläufe und/oder Häufigkeitsverteilungen(Histogramme)

EWPStadtLandBABBerg

EWPStadtLandBABBerg

10002000

30004000

0100

200300

012

x 105

EWP

nmot [1/min]Mgetr,ein [Nm] 10002000

30004000

0100

200300

012

x 105

L_sc_M

nmot [1/min]Mgetr,ein [Nm]

Lastkollektive Ganganteile

Belastungszahlen Motorbetriebspunkte

3F-Kubus

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3F-Methode: Nutzen

• Fahrwerk• Antrieb• Karosserie• FAS

• VKM• E-Motor• Batterie• Anfahrmodul• Leistungselek.• Getriebe• Gelenkwellen• Achsgetriebe• Lenkung• Bremse• Räder• Hilfsrahmen• Aufhängung• …

• Lenker• Radträger• Dämpfer• Feder• …• Gangräder• Schaltkupplung• Lager• Wellen• Gelenke• …• Batterie-Management

• Betriebsstrategie• …• Energie-Management

• Thermo-Management

• Energie-verbrauch

• Reichweite• Fahrleistung• Kosten• Komfort• …

Bewertung, Optimierung bezüglich 3F

optimaleDimensionierung

AuslegungFunktion

Dauerhaltbarkeit

Ermittlung repräsentativer Anforderungen• repräsentative Fahrmanöver• Belastungskollektive• Histogramme für Funktions-parameter

3F-Methode, Requirement Engineering (Anforderungsermittlung)