Forschung

Fahrzeugdynamik und aktive System

Fahrzeugmechatronik und Kommunikation

Das Team "Fahrzeugmechatronik und Kommunikation" beschäftigt sich mit der Entwicklung und Vernetzung von Versuchsfahrzeugen sowie mit der Steuerung elektronischer Fahrzeugsystem bzw. der dazugehörigen Datenverarbeitung. Hierzu gehört einerseits die mechanische und elektronische Modifikation von Fahrzeugensowie die Ausstattung u.a. mit Sensorik für das automatisierte Fahren und andererseits die Kommunikation von Sensoren und Aktoren mit weiteren Steuergeräten im Fahrzeug über BUS-Systeme. Neben der Verarbeitung und Analyse von Sensordaten liegt der Fokus hier auf der Entwicklung von Reglern im Bereich der Fahrdynamik.  Ein weiteres Themenfeld ist die Kommunikation von Ego-Fahrzeugdaten mit anderen Verkehrsteilnehmer und intelligenter Infrastruktur, also die V2X-Kommunikation.

Entwicklung und Absicherung L3+

Das Team „Entwicklung und Absicherung L3+“ am IfF konzeptioniert, entwickelt und implementiert Algorithmen in den Funktionsbereichen des automatisierten Fahrens wie der Umwelterfassung & –modellierung (Perzeption), Lokalisierung & Digitale Karten, Routen- & Pfadplanung, Situationsanalyse & Handlungsstrategie sowie der Trajektorienplanung & Regelung. Hierbei liegt der Fokus speziell auf der Konzeption und dem Einsatz von Methoden der künstlichen Intelligenz sowie die Realimplementierung in den Versuchsträgern zum automatisierten Fahren des Instituts.

Die Sicherheitsbewertung und Absicherung automatisierter Fahrsysteme stellt den zweiten Forschungsschwerpunkt im Team „Entwicklung und Absicherung L3+“ dar. Umfangreiche Datenbanken aus Realmessfahren (3F-Datenbank) ermöglichen die Forschung in der szenarienbasierten, datengetriebenen Absicherung. Arbeitsinhalte sind u.a. die KI-basierte Szenariendetektion, statistische Analysen sowie die Testfallgenerierung.

3F-Methodik, SiL & HiL

Das Team deckt die drei namengebenden Bereiche der 3F-Methodik, Software in the Loop und Hardware in the Loop Anwendungen ab.

Die 3F-Methodik setzt sich aus den drei Begriffen „Fahrer“, „Fahrzeug“ und „Fahrumgebung“ zusammen. Ausgangspunkt ist eine umfangreiche Datenbank, die Daten von Fahrern aus dem realen, manuell gefahrenen Fahrbetrieb enthält. Durch eine Auswertung dieser Daten hinsichtlich verschiedener Gesichtspunkte können diverse Variationen des Kundenbetriebs dargestellt und Einflussparameter auf das Fahrverhalten identifiziert werden.  Diese Erkenntnisse fördern die Entwicklung (hoch-)automatisierter Fahrfunktionen. Der Informationsgehalt gliedert sich nahtlos in die Methodik des V-Modells ein und bewirkt bereits vor der eigentlichen Funktionsentwicklung präzise Aussagen hinsichtlich der Systemauslegung.

Der Bereich Simulation untergliedert sich in diverse Themenbereiche. Angefangen bei der Modellierung von Fahrdynamikmodellen mit zahlreichen Stellschrauben bis hin zu der Abbildung hochautomatisierter Fahrfunktionen von morgen. Innerhalb der Simulation können gewonnene Erkenntnisse in besonders sicherer und reproduzierbarer Umgebung in die Funktionen verankert und getestet werden, sodass der Transfer auf reale Fahrzeuganwendungen nahtlos passiert.

Das Institut für Fahrzeugtechnik verfügt über mehrere Hardware in the Loop Prüfstände. Mithilfe eines Dynamischen Gesamtfahrzeugsimulators (engl.: Dynamic Vehicle Road Simulator, DVRS), eines Hardware-in-the-Loop Prüfstandes für Lenksysteme und realen Versuchsträgern können Objektivierungen hinsichtlich zahlreicher Fragestellungen (z.B. Bewertung des Fahrkomforts) durchgeführt werden. Basierend auf einem Zusammenspiel aus Befragungen und messbaren Einflussfaktoren wird eine objektive Kennzahl für die Systemqualität erzeugt und das Ziel einer kundenoptimalen Systemauslegung realisiert.

Fahrzeug- und Antriebskonzepte

Fahrzeugantriebe und -getriebe

Die Arbeitsgruppe „Fahrzeugantriebe und -getriebe“ des IfF beschäftigt sich mit umfangreichen Forschungsfragen hinsichtlich des Fahrzeugantriebs, seiner Komponenten und deren Integration in das Gesamtfahrzeug. Neben vielfältigen Simulationstools zur detaillierten Untersuchung von Antriebskomponenten kommen in dieser Arbeitsgruppe insbesondere zahlreiche Prüfstande zum Einsatz. Hierzu zählt unter anderem der Allrad-Klimarollenprüfstand, der als Gemeinschaftsprüfstand des NFF zur Ermittlung des Wirkungsgrades und des Energieverbrauchs am Gesamtfahrzeug, für Klimakomfortuntersuchungen sowie zur Validierung thermischer Modelle genutzt wird. Zur Erforschung der automatisierten Antriebsapplikation, welche seit mehreren Jahren einen Forschungsschwerpunkt des IfF darstellt, wird der Applikations-Rollenprüfstand eingesetzt, welcher mittels entsprechender Messtechnik zur Beurteilung des längsdynamischen Fahrkomforts der Fahrzeuginsassen genutzt wird. Am modularen 5-EM-Antriebsstrangprüfstand des IfF werden Funktionen, Wirkungsgrad und Energieverbrauch verschiedenster Fahrzeugantriebe auf System- und/oder Gesamtfahrzeugebene untersucht, sowie Optimierungsmaßnahmen identifiziert und erprobt. Um die Reibungsverluste von Lagern und Radlagern detailliert zu untersuchen, werden mehrere Reibmomentenprüfstände eingesetzt, mittels derer unter realitätsnahen Randbedingungen das Betriebsverhalten dieser Komponenten untersucht wird.

Fragestellungen hinsichtlich Akustik und NVH von Fahrzeugantrieben und Gesamtfahrzeugen sind ebenfalls in der Arbeitsgruppe „Fahrzeugantriebe und -getriebe“ verortet. Der modulare 5-EM-Antriebsstrangprüfstand erlaubt durch seine reflexionsarme Innenauskleidung neben den bereits genannten Forschungsthemen die Untersuchung von Antriebsgeräuschen. Diese sind insbesondere für Elektrofahrzeuge, bei denen die geräuschmaskierende Wirkung der Verbrennungskraftmaschine entfällt, von entscheidender Bedeutung. Das vertikaldynamische Verhalten von Gesamtfahrzeugen wird auf der Hydropulsanlage des IfF untersucht, mittels derer die vertikale Schwingungsanregung beliebiger Fahrbahnen nachgestellt wird, um Fragestellungen hinsichtlich des Schwingungsverhaltens von Fahrzeugen und deren Fahrwerkskomponenten zu untersuchen. Darüber hinaus werden zahlreiche luftakustische Phänomene im Schallmesshaus des IfF untersucht, welches durch die vorherrschenden Halbfreifeld-Bedingungen eine ideale Umgebung hierzu bietet. Im Schallmesshaus werden Gesamtfahrzeuge mittels des integrierten Rollenprüfstandes untersucht und zahlreiche Wechselaufbauten eingesetzt, um das akustische Verhalten einzelner Fahrzeugkomponenten zu untersuchen.

Elektro- & Hybridantriebe / Requirement Engineering (3F)

Ein wesentlicher Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten ist die Reduktion des Energieverbrauchs von Fahrzeugen. Die Elektrifizierung des Antriebs durch Hybridantriebe und batterieelektrische Antriebe steht dabei im Zentrum. Neben der Topologie und der optimalen Auslegung in Bezug auf die Anforderungen des Kundenbetriebs, gehört auch die Betriebsstrategie zu den Fokusthemen in diesem Zusammenhang. Der Kundenbetrieb wird und wurde unter anderem in Flottenversuchen systematisch erfasst. Zur Bewertung von Antrieben sind außerdem Fahrzyklen unerlässlich. Unabhängig vom Antriebskonzept ist die Verbesserung des Wirkungsgrads der Triebstrangkomponenten von besonderer Bedeutung zur Erreichung des Ziels möglichst effizienter Antriebssysteme.