Systematische und nutzerzentrierte Generierung des Pkw-Maßkonzepts als Grundlage des Interior- und Exteriordesign

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde eine Pkw-Maßkonzeption entwickelt, die als Grundlage für das Interior- und Exteriordesign dienen soll. Diese Methodik rückt die Fahrzeugnutzer in den Mittelpunkt der Fahrzeugentwicklung, da mit deren Anwendung Fahrzeuge zentrifugal um die Fahrzeugnutzer konzipiert werden. Um die primäre Transportaufgabe, d.h. den Transport von Fahrzeugnutzern mit ihren Transportgütern, bestmöglich zu lösen, sollte die moderne Pkw-Maßkonzeption unter Berücksichtigung der zuvor definierten Hauptanforderungen systematisch und nutzerzentriert erfolgen. Dazu werden zuerst die Fahrzeugführer ideal positioniert. Grundlage der Pkw-Maßkonzeption ist die Identifikation eines geeigneten Hauptreferenzpunktes. In Abhängigkeit vom gewählten Hauptreferenzpunkt kann ein geeigneter Positionierungsansatz bestimmt und in Bezug auf vorher definierte Anforderungen modifiziert werden. Durch eine Verknüpfung von normierten Fahrzeugabmessungen mit einem digitalen Menschmodell ist zunächst eine systematisch generierte, statische Sitzhaltung zu erarbeiten. Auf dieser statischen Sitzhaltung basierend, werden anschließend kritische Sichtszenarien unter Berücksichtigung kritischer Sichtkegel dargestellt. Der auf der statischen Sitzhaltung der Fahrzeugführer basierende dynamische Raumbedarf wird bestimmt, indem typische und kritische Bewegungsszenarien modelliert werden. Nach der Positionierung der Fahrzeugführer wird auf gleiche Weise der statische und der dynamische Raumbedarf für die Fondpassagiere abgebildet. Es entstehen Hüllvolumina, auf deren Basis zuerst der Volumenbedarf und unter Berücksichtigung weiterer maßkonzeptrelevanter Anforderungen anschließend die Fahrzeuginnenraumabmessungen des Fahrerarbeitsplatzes abgeleitet werden können. Unter Berücksichtigung der primären technischen Funktionsbaugruppen (u. a. alternative Antriebskonzepte) können die Abmessungen des Pkw-Exterior bestimmt werden. Diese Abmessungen betreffen die Karosseriegesamtform des Pkw, die Dimensionierung der Fensterflächen, aber auch die Bemessung von Karosserieöffnungen. Grundlage für die Dimensionierung der Fensterflächen sind Sichtkegel, die mit dem Pkw-Exterior verschnitten werden. Die Basis für die Bestimmung der Abmessungen der Karosserieöffnungen bildet der dynamische Raumbedarf der Fahrzeuginsassen beim Ein- und Ausstieg sowie beim Be- und Entladen. Abschließend wird das Konstruktionsgitter und damit das Fahrzeughauptkoordinatensystems abgebildet. Ein weiterer Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist in der Generierung eines Gestaltungsrahmens zu sehen, der den Anwender der systematischen und nutzerzentrierten Pkw-Maßkonzeption bei der Maßdefinition unterstützt. Die Definition des Gestaltungsrahmens und damit die Definition von Abmessungen und Abmessungsbereichen gelingt einerseits durch die individuelle Definition von Referenzfahrzeugen oder Referenzfahrzeugkollektiven, andererseits basiert die Definition von Abmessungen und Abmessungsbereichen auf der Anwendung ergonomischer und andersartiger Vorgaben. Dieser Gestaltungsrahmen und die Resultate der digitalen Menschmodellierung dienen als Grundlage für die Maßdefinition einer systematischen und nutzerzentrierten Pkw-Maßkonzeption. Als Grundlage des Interior- und Exteriordesign wird die auf Hauptanforderungen basierende, systematische und nutzerzentrierte Pkw-Maßkonzeption angesehen, aus der unter Anwendung von Fahrzeugabmessungen sowie ergonomischer und andersartiger Vorgaben das Pkw-Maßkonzept entsteht. Die in dieser Abhandlung erstmals beschriebene, systematische und nutzerzentrierte Pkw-Maßkonzeption wurde in einem zweistufigen Prozess evaluiert. Eine allgemeine Evaluation wurde auf Basis einer Expertenbefragung mit 18 relevanten Experten durchgeführt. Im Anschluss an die allgemeine Evaluation konnte eine spezifische Evaluation durchgeführt werden. Dafür wurden auf Basis von Hauptanforderungen systematisch nutzerzentrierte Pkw-Maßkonzepte von erfolgreichen Fahrzeugkonzepten dreier unterschiedlicher Fahrzeughersteller abgebildet. Die systematische und nutzerzentrierte Pkw-Maßkonzeption wurde auf dieser Grundlage den Fahrzeugherstellern präsentiert und anschließend mit ihren Vertretern diskutiert. Es konnte beobachtet werden, dass systematisch generierte und nutzerzentrierte Pkw-Maßkonzepte im Vergleich zu aktuellen Fahrzeugkonzepten nicht zwangsläufig über größere Exterior-Hauptabmessungen verfügen. Insbesondere auf die Exterior-Abmessungen von Mittel- und Oberklassewagen hat die systematische und nutzerzentrierte Pkw-Maßkonzeption praktisch keinen negativen Einfluss. Durch die Anwendung der systematischen und nutzerzentrierten Pkw-Maßkonzeption können Maßkonzeptvarianten schnell und rational generiert werden. Dies trifft nachweislich insbesondere zu, wenn die Methodik in eine interaktive Software-Anwendung integriert wird. Schnell und rational erzeugte Pkw-Maßkonzeptvarianten können dem Ergonomen in der interdisziplinären Diskussion als Argumentationshilfe dienen.

The present contribution gives an answer to the question how a significant improvement in the individual-related vehicle design, specifically targeted on the vehicle users can be systematically achieved by means of a newly developed vehicle layout conception. In order to solve best the primary transport task, which can be described as the transport of occupants with their luggage, vehicles should be configured in a user-centered manner. This implies that vehicle development already starts in the concept phase with a systematic vehicle layout conception that is centrally based on the vehicle users. The development of such a vehicle layout conception is the objective of the presented work. From an ergonomic point of view four main aspects of the vehicle layout conception are of particular importance. Vision requirements as well as the functional derivation of interior space have a major effect on the systematic and user-centered vehicle layout conception. Furthermore, the critical and complex ingress and egress movement tasks as well as trunk loading and unloading movement sequences have an influence on the systematic and user-centered vehicle layout conception. The systematic and user-centered vehicle layout conception, described in the current contribution, considers the four main aspects of the vehicle layout conception mentioned above and is based on five main requirements. Referring to previous publications, the systematic and user-centered vehicle layout conception consists of the nine main steps listed below: 1. Definition of the main reference point. 2. Definition of the main reference planes. 3. Modeling of the drivers (includes drivers' vision as well as statically and dynamically required space). 4. Modeling of the passengers (includes statically and dynamically required space). 5. Definition of the vehicle interior. 6. Modeling of the luggage volume and modeling trunk loading and unloading. 7. Picturing the technical function units. 8. Definition of the vehicle exterior. 9. Picturing grid planes. Another main focus of the present work concentrates on the generation of a designing framework which supports the user of the systematic and user-centered vehicle layout conception in dimension definition. On the one hand, the definition of a designing framework and with that the definition of dimensions and dimensional ranges succeeds by the individual definition of competing vehicle layout concepts and competing layout concept collectives. On the other hand, the definition of dimensions and dimensional ranges succeeds by applying ergonomic and different specifications. This designing framework and also the results of the digital human modeling serve as a basis for the systematic and user-centered vehicle layout conception. From the vehicle layout conception that is based on main requirements, the vehicle layout concept can be derived by considering vehicle dimensions as well as ergonomic and different specifications. The vehicle layout concept is regarded as the groundwork of the vehicle interior and exterior design. The systematic and user-centered vehicle layout conception described in the present work was evaluated in a double-stage process. A general evaluation was conducted by means of a survey with 18 experts and subsequently a specific evaluation was carried out. Therefore, successful vehicle concepts of three different vehicle manufacturers were considered using the systematic and user centered vehicle layout conception. The developed methodology presented on the basis of these layout concepts was then discussed with the vehicle manufacturers. The results are plausible and show that the systematic and user-centered vehicle layout conception is generally feasible and reasonable. Various vehicle layout concepts can be generated rapidly and efficiently by the application of the systematic and user-centered vehicle layout conception. This can be specifically demonstrated when the methodology is implemented into an interactive software application. For ergonomists, quickly generated and user-centered vehicle layout concept variants can serve as an argumentation aid in the interdisciplinary vehicle layout conception.