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Fahrzeugkonstruktion Sechs Produktneuheiten rund um Entwicklung und Entwurf

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Für die Entwicklung von Fahrzeugkomponenten stellen wir hier einige Neuheiten aus dem Bereich CAE und Simulation vor.

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Computer Aided Engineering senkt die Entwicklungskosten in der Fahrzeugkonstruktion.
Computer Aided Engineering senkt die Entwicklungskosten in der Fahrzeugkonstruktion.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

1. Wenn jeder Millimeter zählt: exakte dynamische Bauteilhüllen

Invenio hat eine Lösung für die Engstellensimulation von bewegten Bauteilen vorgestellt. Der neue Workflow 'Dynamische Hüllen (Basic)' berechnet einen Ersatzkörper, in dem sich ein Bauteil bewegt und ist optimiert für kritische Anwendungsfälle. Ob ein Bauteil im physischen Produkt ein- oder ausgebaut werden kann hat folgenreiche Konsequenzen, die im negativen Fall sehr hohe Kosten verursachen. Der neue Workflow unterstützt dabei, dieses Risiko bereits während der frühen Entwicklungsphase zu minimieren.

Ersatzkörper zeigt Konflikte auf

Beim Ein- oder Ausbau von Bauteilen entscheiden oftmals Millimeter über eine Kostenexplosion bei der Entwicklung eines neuen Produktes. Der neue Workflow fokussiert sich auf diese virtuelle Simulation. Besonders die nach außen gewölbten Bauteilbestandteile analysiert das Tool im Detail. An diesen Stellen wird die Bauteilbewegung exakt eingefroren. Über den Ersatzkörper (dynamische Hülle) erhalten alle Prozessbeteiligten ein genaues Bild, wo sich die Engstellen oder Konflikte befinden und können somit frühzeitig – während der virtuellen Produktentwicklungsphase – fundierte Entscheidungen und Maßnahmen treffen.

Vorteile für Montage und Service

Am häufigsten profitieren die Montage- oder Servicebereiche aus dem PKW- oder Zweiradbereich von dieser Softwarelösung. Durch die regelmäßige Berechnung bzw. Simulation der Montage- oder Demontagevorgänge wird bereits in der frühen Produktentwicklungsphase damit begonnen, sicher zu stellen, dass ein Bauteil oder Baugruppen ein- bzw. ausgebaut werden können.

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2. Version 9.0 der Car-Maker-Produktfamilie vereinfacht die virtuelle Produktentwicklung

Ob kooperatives Fahren mit Sim-Net, weiterentwickelte und neue Sensormodelle oder deren Parallelisierung auf mehreren GPUs – das Release 9.0 der Car-Maker-Produktfamilie enthält laut Hersteller IPG Automotive zahlreiche neue, innovative Anwendungen für die virtuelle Fahrzeugentwicklung.

Als Antwort auf die mit den gesellschaftlichen Megatrends Digitalisierung und autonomes Fahren einhergehenden höheren Absicherungsaufwände in der Fahrzeugentwicklung hat das Karlsruher Unternehmen seine Produkte insbesondere in den Bereichen Performanz und Flexibilität von Szenarien gestärkt.

Neue, verbesserte und validierte Sensormodelle:

  • Die Berechnung des Radar RSI wird mit dem Release 9.0 auf eine physikalisch basierte Feldberechnung umgestellt. Dabei wird eine Vielzahl von Effekten berücksichtigt, bevor die Rohdaten anschließend in einem Signalverarbeitungsmodell aufbereitet werden. Der Radar RSI konnte in Zusammenarbeit mit Magna Electronics, einem der führenden Automobilzulieferer, in einer umfangreichen Messkampagne validiert werden.
  • Funktionstests: Die Liste der High-Fidelity-(HiFi-)Sensoren um den Kamera-HiFi-Sensor wurde erweitert. Dieser erzeugt kameraspezifische Objektlisten der erkannten Verkehrsobjekte, Verkehrsschilder und Ampeln. Dabei werden verschiedene Effekte, wie Verdeckungen und Einflüsse durch Regen oder Nebel, berücksichtigt.
  • Der neue Object-by-Lane-Sensor erkennt Verkehrsobjekte auf ausgewählten, benachbarten Fahrspuren und liefert Informationen sowohl über die Fahrspuren als auch über die auf diesen Fahrspuren fahrenden Verkehrsobjekte. Der Sensor ist daher perfekt für die Trajektorienplanung geeignet.

Detailliertere Szenariengenerierung:

  • Um einfacher und schneller realitätsnahe Straßennetze in Car-Maker zu erhalten, ist der Import von Kartenmaterial mit Straßenmerkmalen wie Fahrspuren, Fahrbahnmarkierungen und Geschwindigkeitsbegrenzungen aus Here-HD-Live-Maps möglich. Der Nutzer kann entscheiden, ob ein ausgewählter Ausschnitt eines Straßennetzes oder die benötigten Straßen entlang einer definierbaren Route eingelesen werden sollen.
  • Mit dem Release 9.0 können nun auch Straßennetze, die im Szenario Editor erstellt wurden, zusätzlich zum Road5-Format in das offene Open-Drive-Format exportiert werden. Für den Anwender wird dadurch die Austauschbarkeit zu anderen Plattformen ermöglicht und dadurch die Wiederverwendbarkeit von einmal erstellten Straßennetzen erhöht.
  • Weitere Neuerungen im Szenario Editor umfassen neue Möglichkeiten zur einfachen Definition von Verkehrszeichen und Ampeln sowie den entsprechenden funktionalen Markierungen. Durch die Zuweisung unterschiedlicher Geschwindigkeitsbegrenzungen auf verschiedenen Fahrspuren einer Straße und Ampeln, die auf der gegenüberliegenden Seite einer Kreuzung angeordnet sind, kann der Nutzer noch flexibler in der Gestaltung seiner Szenarien agieren.
  • Zusätzlich zum bisherigen generischen Traffic Model steht ab sofort das Human Driver Model zur Verfügung. Dadurch wird nicht nur das Verhalten beim Spurwechsel erweitert, sondern auch menschliche Eigenschaften wie Reaktionszeit oder ungenaue Abschätzungen von Entfernungen und Geschwindigkeiten modelliert. Dies ermöglicht ein realistischeres und menschenähnlicheres Verhalten der Verkehrsteilnehmer.

Kooperatives Fahren:

Kooperatives Fahren als Grundlage für Anwendungen wie V2X-Kommunikation oder Platooning ist mit den Simulationslösungen der Car-Maker-Produktfamilie bereits seit einiger Zeit möglich. Das Release 9.0 macht kooperatives Fahren mit Sim-Net jetzt zum festen Bestandteil. Dabei können bis zu zehn Ego-Fahrzeuge auf einem Rechner bzw. bis zu drei Ego-Fahrzeuge im Netzwerk aus Car-Maker, TruckMaker oder MotorcycleMaker in einem gemeinsamen Szenario simuliert werden.

3. Die Entwicklung autonomer Fahrzeuge beschleunigen

Ansys hat das Release Ansys 2020 R2 freigegeben. Es enthält Neuerungen und Weiterentwicklungen über das gesamte Einsatzspektrum. Übergreifend wurden die Performance und Kollaborationsmöglichkeiten weiter ausgebaut. Obwohl sich die Welt mit Covid-19 verlangsamt hat, setzen Unternehmen der Automobilindustrie ihre Entwicklungen im Bereich der autonomen Fahrzeuge (AV) wie geplant fort, so Ansys. Diese Entwicklung will das Unternehmen mit der neuen Version seiner Simulationssoftware unterstützen.

Die Neuheiten und Verbesserungen im Überblick:

  • Es wurden neue Lidar-Modelle integriert.
  • Ein neues Himmelsmodell für eine verbesserte Tageslichtsimulation dehnt die Anwendungsfälle von Hardware-in-the-Loop-Kameras auf den Tag aus.
  • Ein kompletter NCAP-Szenariensatz (NCAP = New Car Assessment Program) für die Entwicklung von AV-Funktionen ermöglicht die schnelle Simulation von Standard-NCAP-Testszenarien.
  • Darüber hinaus verbessert Ansys 2020 R2 den Einsatz, die Skalierbarkeit und die Leistung von KI-basierten Wahrnehmungstests durch Multi-GPU-Parallelisierung. Dadurch wird es laut Ansys einfacher, Gefahren systematisch zu identifizieren und neue Sicherheitsstandards zu erfüllen.
  • Zur Unterstützung der Elektrifizierung hilft eine neue Wärme- und Schwingungsanalyse in Verbindung mit der Ansys-Software zur Simulation elektromagnetischer Felder bei der Vorhersage von Zuverlässigkeit und Lärm, Vibrationen und Härte. Darüber hinaus sei die Modellierung des thermischen Verhaltens von Batterien in allen Entwicklungsphasen jetzt einfacher.

4. Static Simulator von VI-Grade verkürzt Entwicklungszeit von Reifen

Der Static Fahrsimulator von VI-Grade ist mit aktiven Technologien zur präzisen Nachbildung von Fahrzeug- und Reifeneigenschaften ausgestattet und kommt in Pirellis Forschungs- und Entwicklungsabteilung in Mailand zum Einsatz. Der Fahrsimulator von VI-Grade wird hauptsächlich in der Reifenentwicklung für die FIA-Formel-1-Weltmeisterschaft, den Motorsport und für Straßenreifen eingesetzt, um Entwicklungszyklen zu verkürzen.

Simulator reduziert Durchlaufzeiten und Anzahl der Prototypen

Anders als mit gängigen Entwicklungsmethoden kann mit dem Fahrsimulator ein virtuelles Modell eines beliebigen Autos – das entweder vom Hersteller zur Verfügung gestellt oder intern erstellt wird – schnell in das System einprogrammiert werden, wobei gemeinsame Konstruktions- und Entwicklungsarbeiten auch am Fahrsimulator des Herstellers durchgeführt werden können. Dadurch sind die Durchlaufzeiten für die Reifenentwicklung perfekt mit denen der dafür vorgesehenen Fahrzeuge abgestimmt – ein enormer Vorteil, da neue Modelle heutzutage in immer kürzeren Abständen auf den Markt kommen.

Darüber hinaus ermöglicht die Nutzung des neuen Simulators eine Maximierung der virtuellen Entwicklungsphase, was die Anzahl der physischen Prototypen reduziert und Pirellis Nachhaltigkeitsansatz unterstützt.

System bildet Bewegungen des Fahrwerks präzise ab

Auf einem 210-Grad Panoramabildschirm mit 7,5 m Durchmesser kann die Simulationstechnologie eine große Bandbreite verschiedener Fahrbedingungen, Straßen und Rennstrecken visuell darstellen. Das Herzstück des Systems ist ein statisches Auto, ausgestattet mit verschiedenen aktiven Technologien, um das reale Fahrerlebnis für jeden Fahrer wirklichkeitsgetreu abbilden zu können. Ausgestattet mit Fahrersitz, Lenkrad, Sicherheitsgurten und verschiedenen Schwingerregern, kann der Simulator die Bewegungen des Fahrwerkes und des Motors präzise nachbilden.

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5. Neue Lösungen für das Testen von Hochvoltbatterien

FEV, unabhängiger Dienstleister in der Fahrzeug- und Antriebsentwicklung für Hardware und Software, hat die Inbetriebnahme des weltweit größten Batterieentwicklungszentrums eDLP nahe Leipzig abgeschlossen. Das FEV Tochterunternehmen STS (Software and Testing Solutions) stellt jetzt eine Reihe von Lösungen für das Testen von Batterien für Hybrid- und Elektrofahrzeuge vor. Angesichts des steigenden Bedarfs für die Entwicklung von Hochvoltbatterien für Elektrofahrzeuge gewinnen entsprechende Prüfeinrichtungen zunehmend an Bedeutung. Um diesen Bedarf zu decken, hat FEV STS neue Lösungen für das Testen von Batterien entwickelt.

Neben standardisierten Hardwarelösungen bietet FEV STS auch Softwaresysteme an, die genau auf die Anforderungen des jeweiligen Batterietestzentrums zugeschnitten sind. Dazu gehören die neueste Automatisierungssoftware Morphee und die Informationsmanagementsoftware FEV-Flex.

Seminartipp

In dem Seminar Design-to-Cost-Methoden vermittelt der Referent wirkungsvolle Anwendung und Kombination der wesentlichsten DTC-Methoden – basierend auf seiner jahrelangen Erfahrung als Kostenmanager und Unternehmensberater.

6. Mit Simulation die Herausforderungen der neuen Mobilität meistern

Ob Hybride, rein elektrischer Antrieb, Brennstoffzellen oder synthetische Kraftstoffe – jedes Mobilitätskonzept hat seine eigenen Tücken, ungelöste Fragestellungen und besondere technische Herausforderungen. Elektromobilität wird zwar hoch gehandelt und politisch stark gefördert. Dennoch sind alternative Antriebe nicht aus dem Rennen. Denn bei E-Mobilität werden sich Reichweiten und hohe Preise zwar noch etwas entspannen. Rein physikalisch ist ein Quantensprung hier aber nicht zu erwarten, so Merkle & Partner.

Simulation senkt Entwicklungskosten

Bei OEMs herrscht aktuell keine Einigung über den richtigen Weg. Daher erfolgen die Entwicklungen weiterhin in alle Richtungen. Um die Entwicklungskosten zu deckeln, ohne Einbußen im Entwicklungsfortschritt, sind Simulationsberechnungen die erste Wahl.

„Wir setzen uns in unseren Simulationen intensiv mit den verschiedenen Themen elektrischer Antrieb, Batterie und Brennstoffzelle auseinander. Bei E-Mobilität sind die gleichmäßige Temperierung und Kühlung der Zellen bedeutend. Das Crashverhalten bietet für sämtliche Technologien ein völlig neues Feld und für Wasserstoff spielen noch dazu die Dichtungen im Fahrzeug bei unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen eine wichtige Rolle“, so Stefan Merkle, Geschäftsführer der Merkle & Partner GbR.

Simulation erkennt Probleme frühzeitig

So ließen sich nach Merkle auch viele Fragestellungen simulationstechnisch beantworten. Oder aber nicht selten passiere es auch, dass über die Simulation Probleme erkannt werden, die sonst erst nach längeren Real-Tests aufgekommen wären. So könnte schon vor dem Real-Testing wertvolle Zeit gespart und Entwicklungsarbeit geleistet werden.

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