This thesis answers the question how to derive subsystem requirements with respect to given targets at vehicle level and how to evaluate the performance of subsystems and modules at early stages of design and prototyping. It is shown that based on identified subsystem properties the expectable performance of the vehicle is predictable much earlier than vehicle prototypes are available for test drives. In a first stage, the vehicle is divided into steering and front-axle subsystems. Based on desired properties of the vehicle corresponding requirements for subsystem dynamics are derived. To this end, methods of dynamic substructuring in the frequency domain are applied to the problem. During the thesis both virtual and experimental testing methods are developed, which are capable to determine the actual dynamics of the steering and the front axle. In case of the front-axle subsystem virtual testing is essential, since each subsystem has to be investigated apart from the vehicle and the other subsystem, which in case of the front axle is not very practical at experimental testing. Therefore, a purpose-built virtual roller test-rig for multi-body simulation is developed in this work, which allows for assessing the front axle including compliant parts and rolling wheels with tires under realistic load conditions. By assembling the thus identified or calculated subsystem dynamics of the steering and the front axle in the frequency domain, the vehicle performance becomes predictable. This allows for assessing each subsystem by its own contribution to the vehicle performance very effectively and furthermore helps to separate different causes from each other. Although methods of dynamic substructuring in the frequency domain are generally limited to linear subsystems, it is shown that even subsystems with nonlinearities can be investigated as well, if the nonlinearities are dependent of the input force level. To this end, for each level of input force the assembling and / or disassembling of the subsystems is done iteratively until the frequency-dependent interface forces are identified with satisfying accuracy. As a consequence, both the required and identified subsystem dynamics vary not only over frequency but also over the input-force level. In a second stage, the beforehand derived requirements to subsystem dynamics are used for designing the involved modules. For this purpose, many design parameters of the modules of each subsystem are varied stochastically using design-of-experiment methods. Subsystem designs evolving from the thus modified modules are each assessed with respect to the corresponding subsystem requirements. By this means, ranges of valid values for each parameter are identified, which will be called as “parameter corridors”. Additionally, the results of the DoE studies reveal the most sensitive parameters of the modules of each subsystem with respect to the given vehicle target. It is demonstrated how to adjust or extend the permissible ranges of values for some chosen parameters by properly tuning others.     «

This thesis answers the question how to derive subsystem requirements with respect to given targets at vehicle level and how to evaluate the performance of subsystems and modules at early stages of design and prototyping. It is shown that based on identified subsystem properties the expectable performance of the vehicle is predictable much earlier than vehicle prototypes are available for test drives. In a first stage, the vehicle is divided into steering and front-axle subsystems. Based on d...     »

Die vorliegende Dissertation behandelt hauptsächlich die Fragestellung, auf welche Weise Subsystemanforderungen von gegebenen Gesamtfahrzeugzielen abgeleitet werden können und wie damit die Eigenschaften von Teilsystemen und Modulen bereits in der frühen Entwicklungs- und Baumusterphase überprüfbar sind. Außerdem wird gezeigt, dass auf Basis geeignet identifizierter Teilsystemeigenschaften die zu erwartenden dynamischen Gesamtfahrzeugeigenschaften prognostizierbar sind, und dies viel früher als Prototypenfahrzeuge für realitätsnahe Erprobungsfahrten zur Verfügung stehen. In einer ersten Stufe wird das Fahrzeug in die Teilsysteme Lenkung und Vorderachse aufgeteilt. Auf Basis gewünschter Eigenschaften des Gesamtfahrzeugs, die in Form von Ziel- oder Grenzwerten über der Fahrgeschwindigkeit gegeben sind, werden entsprechende Anforderungen an dynamische Eigenschaften der Teilsysteme abgeleitet. Dazu werden Methoden der Substrukturtechnik im Frequenzbereich auf die Problemstellung angewandt. Im Verlauf der Arbeit werden sowohl virtuelle als auch experimentelle Verifikationsmethoden entwickelt, die geeignet sind, die tatsächlichen dynamischen Eigenschaften von Lenkung und Vorderachse zu bestimmen. Im Fall der Vorderachse ist virtuelles Testen eine Grundvoraussetzung, weil dieses Teilsystem losgelöst vom Gesamtfahrzeug und getrennt von der Lenkung praktisch nicht experimentell getestet werden kann. Aus diesem Grund wird im Rahmen der Arbeit eigens für diesen Zweck ein virtueller Rollenprüfstand für die Mehrkörpersimulation entwickelt, welcher die Beurteilung einer Vorderachse inklusive elastischer Bauteile und rollenden Rädern samt Reifen unter realitätsnahen Betriebsbedingungen ermöglicht. Durch die Kopplung der somit identifizierten oder errechneten dynamischen Teilsystemeigenschaften der Lenkung und der Vorderachse im Frequenzbereich werden die Eigenschaften des Gesamtfahrzeugs vorhersagbar. Dies ermöglicht eine äußerst effektive Beurteilung jedes Teilsystems anhand seines Beitrags zu den Gesamtfahrzeugeigenschaften und hilft überdies, verschiedene Ursachen für Zielverfehlungen voneinander zu trennen. Obwohl die Methoden der Substrukturtechnik im Frequenzbereich in ihrer Anwendbarkeit grundsätzlich auf lineare Systeme beschränkt sind, wird gezeigt, dass damit auch nichtlineare Teilsysteme untersucht werden können, sofern die Nichtlinearitäten von der Höhe der Anregungskraft abhängig sind. Zu diesem Zweck wird die Kopplung und Zerlegung von Teilsystemen für jede Kraftamplitude iterativ durchgeführt, bis die frequenzabhängigen Kräfte an den Teilsystem-Schnittstellen mit der geforderten Genauigkeit ermittelt sind. Konsequenterweise hängen dann die geforderten oder identifizierten dynamischen Teilsystemeigenschaften nicht nur von der Frequenz sondern zusätzlich von der Höhe der Anregungskraft ab. In einer zweiten Stufe werden die zuvor abgeleiteten Anforderungen an dynamische Teilsystemeigenschaften für den Entwurf der beteiligten Module verwendet. Dazu werden viele verschiedene Parameter der Module jedes Teilsystems mit Hilfe statistischer Versuchsmethoden stochastisch variiert. Die daraus resultierende Teilsystementwürfe werden dann hinsichtlich der Erfüllung der zuvor abgeleiteten Teilsystemanforderungen untersucht. Auf diese Weise entstehen gültige Wertebereiche für jeden Parameter, d. h. in Kombination zielführende sogenannte Parameter-Korridore. Zusätzlich offenbaren die Ergebnisse dieser Versuchsreihen die sensitivsten Modulparameter jedes Teilsystems im Hinblick auf bestimmte Gesamtfahrzeugziele. Es wird gezeigt, wie die zulässigen Wertebereiche ausgewählter Parameter durch geeignete Modifikationen anderer Parameter verändert werden können.     «

Die vorliegende Dissertation behandelt hauptsächlich die Fragestellung, auf welche Weise Subsystemanforderungen von gegebenen Gesamtfahrzeugzielen abgeleitet werden können und wie damit die Eigenschaften von Teilsystemen und Modulen bereits in der frühen Entwicklungs- und Baumusterphase überprüfbar sind. Außerdem wird gezeigt, dass auf Basis geeignet identifizierter Teilsystemeigenschaften die zu erwartenden dynamischen Gesamtfahrzeugeigenschaften prognostizierbar sind, und dies viel früher als...     »