U·Sim und U·SimOpt - Fraunhofer ITWM

Mit U·Sim (Usage-Simulation) können Simulationen zur Kundenbeanspruchung für das gesamte Fahrzeugleben durchgeführt werden. Die Kunden werden gemäß Nutzungsprofilen mittels Monte-Carlo-Simulation generiert und sind durch reale Messdaten repräsentiert. Die Quantilkunden definieren in Kombination mit Sicherheitsfaktoren und Sondermanövern (zum Beispiel Bordsteinüberfahrten) ein Designtarget.

Mit U·SimOpt (Usage-Simulation-Optimization) werden ausgehend von einer Referenzbeanspruchung optimale Streckenmischungen zur Ableitung von Testszenarien ermittelt. Dazu wird die Referenzbeanspruchung mittels Optimierung auf die Teststreckenmessungen abgebildet und darauf basierend fahrbare Testpläne ermittelt oder eine komprimierte Beschreibung der Lasten für Simulationen mit MKS und FEM bestimmt.

Extrapolation von Daten auf Verteilungen im Feld mit U·Sim

Nach der Planung und Auswertung von Messkampagnen steht die Hochrechnung der Daten auf Beanspruchungsverteilungen an. Dazu benötigt man Informationen darüber, wie sich die Faktoren (Einflussgrößen) auf ihren Stufen auf Beanspruchung oder Verbrauch auswirken. Beispiele sind:

Art der Straße (Stadt, Land, Autobahn, Schlechtweg)
Masse, Beladung und Beladungsart des Fahrzeuges (Ladung fixiert oder Tankfahrzeug)
Klima
Fahrstil (ruhig, aggressiv) usw.

Varianz und Regressionsanalysen liefern Auskunft über die Einflussstärke einzelner Faktoren, möglicher Wechselwirkungseffekte (zum Beispiel offensiver Fahrer trifft auf schwer beladenes Fahrzeug), sowie deren statistischer Signifikanz. Die Kombinationen von Faktorstufen (Betriebszustände) werden also im Allgemeinen unterschiedliche Auswirkungen haben. Abhängig von dieser Analyse wird das für die jeweilige Anwendung passende Faktormodell festgelegt.

Liegen für die einzelnen Betriebszustände des Modells Häufigkeitsverteilungen (Nutzungsmodell) vor, die der erwarteten Nutzung des Fahrzeugs durch eine bestimmten Kundengruppe entspricht, so errechnet U·Sim durch Monte-Carlo Simulation aus den Messdaten eine Verteilung der relevanten Größen für diese Gruppe (Betriebslast, Verbrauch, etc.). Das Nutzungsmodell kann beispielsweise mit VMC-Methoden ermittelt werden. Insbesondere können Sensitivitätsstudien über die Auswirkung unterschiedlichen Nutzerverhaltens sehr effizient durchgeführt werden.

Optimale Streckenmischung mit U·SimOpt

Mit U·SimOpt werden optimale Streckenmischungen für Testszenarien ermittelt. Eingabedaten für das Programm sind Messungen auf verschiedenen Teststrecken (Bahnen) eines Testgeländes oder im Kundenbetrieb, aus denen ein Testszenario zusammengestellt werden soll.

Diese Daten umfassen unter anderem:

Pseudoschädigungen für alle relevanten Messstellen
Eigenschaften der Bahnen (Länge, Dauer, ...)
Restriktionen bezüglich der Nutzung der Bahnen
Referenzbeanspruchung (beispielsweise durch U·Sim ermittelt)

Ziel ist es, eine Mischung der Teststrecke zu ermitteln, welche möglichst wenig von der vorgegebenen Referenzbeanspruchung abweicht. Da dies in der Regel für viele Messstellen gleichzeitig erfüllt sein soll, muss für das Prüfprogramm ein Kompromiss gefunden werden. U·SimOpt berechnet dafür die optimale Anzahl an Wiederholungen für jede Bahn unter vorgegebenen Randbedingungen. Dabei können verschiedene Zielfunktionen des Optimierungsproblems (wie minimale Laufzeit, minimale Abweichung von der gegebenen Beanspruchung oder maximale Quailtät des Programms) gewählt werden. Auch verschiedenen Nebenbedingungen werden berücksichtigt.

Weitere Funktionen:

Grafische Analyse von Daten, Bahnen und Prüfprogrammen
Modifikation der Nebenbedingungen und iterative Anpassung der Lösung
Microsoft Excel Schnittstelle für Datenimport und -export

Simulation der Fahrzeugnutzung im Feld und Repräsentation auf Teststrecke

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