From DMU to BMU: towards simulation-guided automotive powertrain development

Abstract

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Darstellung eines Konzepts für eine durchgängige Entwicklungsplattform für die simulationsgeführte Entwicklung von automobilen Antriebssträngen.<br />Ausgehend von der Analyse aktueller und zukünftiger Marktanforderungen gibt sie einen Überblick über die Anforderungen an den Entwicklungsprozess, die Arbeitsabläufe und Werkzeuge für die Etablierung der virtuellen Fahrzeug-Antriebsstrangentwicklung. Es wird eine Regelkreis-Methodik zur Verlagerung von Entwicklungsaktivitäten in die frühen Phasen vorgeschlagen, die auf der Ableitung von (echtzeitfähigen) Simulationsmodellen aus CAD- und CAE-Modellen beruht.<br />Die vorgeschlagene Methodik wird anhand einer Fallstudie zur simulationsgeführten Abstimmung der Fahrzeug-Längsdynamik verifiziert und auf offene Fragestellungen untersucht. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der Umsetzung der vorgeschlagenen Methodik in traditionellen und zukünftigen Organisationen. Dazu wird die Problemstellung vom Standpunkt des Systems Engineering betrachtet und daraus die Anforderungen an eine durchgängige Werkzeugkette abgeleitet.<br />Es wird gezeigt, dass die notwendige Steigerung der Qualität der Software und Elektronik in modernen Automobilen nicht unbedingt nach neuen Methoden und Werkzeugen verlangt, sondern vielmehr durch eine konsequente Anwendung bekannter Methoden und Werkzeuge des Systems Engineering auf alle Bereiche der Fahrzeugentwicklung erreicht werden kann. Die identifizierten Anforderungen werden für den Entwurf des BMU-Konzepts verwendet, das auf der Erweiterung der DMU-Methodik um funktionale Modelle, die zur Simulation des Verhaltens des Antriebsstrangs und seiner Komponenten im Entwicklungsprozess benötigt werden, beruht. Dieses Konzept ist nicht domänenspezifisch, und kann daher in allen industriellen Bereichen mit ähnlichen Anforderungen an die entsprechenden Entwicklungsumgebungen angewendet werden. Ein umfangreiches Glossar von Begriffen aus dem Bereich der Modellbildung und Simulation und ein Literaturverzeichnis bilden den Abschluss dieser Arbeit.

This thesis deals with the creation of a concept for a seamless development platform that supports the simulation-guided development of automotive powertrains. Departing from the analysis of current and near-future automotive market challenges, it gives an overview of the requirements to the development process, the workflows and the tools that are necessary to establish virtual automotive powertrain development. A closed-loop methodology for front-loading powertrain development activities is proposed that builds on deriving (real-time) models from CAD and CAE models. A case study about the simulation-guided calibration of longitudinal vehicle dynamics is performed to verify the proposed methodology and to identify open issues.<br />The second part of this thesis discusses the implementation of the proposed methodology in traditional and future organisations. A systems engineering viewpoint is taken, and the requirements to a seamless tool-chain are derived. It is argued that the necessary improvement of the quality of modern automobile software and electronics does not require new methods and tools, but can be achieved by the consequent application of systems engineering methods and tools in all areas of vehicle development. The identified requirements are used for the design of the BMU-concept, which is based on the extension of the DMU-methodology by functional models that are required to simulate the behaviour of the powertrain throughout the process. This concept is not domain-specific, which makes it applicable to other industries with similar requirements to the respective development platforms.<br />An extensive glossary of modelling and simulation terms, and a list of references finalise this document.