Simulation

Simulation sorgt für freie Sicht nach hinten

| Autor / Redakteur: Jonathan Jilesen / Monika Zwettler

3D-Simulation können die Entwickler gleichzeitig die aerodynamische Effizienz des Fahrzeugs verbessern und die Verschmutzungsneigung am Heck verringern.
3D-Simulation können die Entwickler gleichzeitig die aerodynamische Effizienz des Fahrzeugs verbessern und die Verschmutzungsneigung am Heck verringern. (Bild: Exa)

In der Entwicklung können die Ingenieure damit die Auswirkungen von Konstruktionsänderungen auf den Kraftstoffverbrauch und gleichzeitig auf die Heckverschmutzung bewerten.

Kundenwünsche und gesetzliche Anforderungen im Hinblick auf geringen Kraftstoffverbrauch von Pkw rücken die Fahrzeug-Aerodynamik mehr in den Mittelpunkt. Bei SUVs führt das zu niedrigeren Fahrzeughöhen, glatteren Unterböden und dem Einziehen von Seitenwänden, Dach und Unterboden am Fahrzeugheck, dem sogenannten „Boat-Tailing“. Aber all dies kann die Verschmutzungsneigung am Fahrzeugheck erhöhen und so Sicherheit und Ästhetik beeinträchtigen. Zwar können Schmutz und Wasser von diesem Bereich des Fahrzeugs nicht vollständig ferngehalten werden, allerdings lässt sich die Verunreinigung des Hecks durch die Strukturierung der hinteren Nachlaufströmungen des Fahrzeugs kontrollieren. Mit einer 3D-Simulation können die Entwickler gleichzeitig die aerodynamische Effizienz des Fahrzeugs verbessern und die Verschmutzungsneigung am Heck verringern.

Sicherheit durch Rückfahrkameras

Rückfahrkameras sind eine wichtige Sicherheitseinrichtung. In den USA kommt es durchschnittlich zu 210 Todesfällen durch Rückfahrunfälle jährlich, daher sind dort Kameras für alle sogenannten Light Vehicles gesetzlich vorgeschrieben. Strenge Regeln definieren ihr Sichtfeld mit einer Größe von 3 x 6 m hinter dem Fahrzeug, was am kostengünstigsten mit einer Kamera in der Mitte des Hecks in der Nähe des Nummernschilds erreicht wird.

Simulation ist physikalischen Tests überlegen

Physikalische Tests allein können das Problem der Kameraverschmutzung nicht lösen. Untersuchungen auf der Straße erfordern einen fahrbaren Prototyp, der zumeist erst spät im Entwicklungszyklus verfügbar ist, wenn das Design schon festgelegt ist. Klimakanalerprobungen können die Realbedingungen auf der Straße wie vorgelagerte Verwirbelungen oder Turbulenzen bei Gierbewegungen nicht erfassen, die die Fahrzeugverschmutzung beeinflussen können.

Lösung zur Vorausberechnung der Verschmutzung

Aufgrund dieser Einschränkungen ist die Simulation die einzig tragfähige Option. Power-Flow von Exa bietet eine validierte Lösung zur Vorausberechnung der Verschmutzung des Fahrzeughecks: Anhand hochgenauer Strömungsberechnungen liefert das Tool eine genaue Simulation der realen Straßenbedingungen inklusive vorgelagerter Turbulenzen und Gierbewegungen. In der Entwicklung können die Ingenieure damit die Auswirkungen von Konstruktionsänderungen auf den Kraftstoffverbrauch und gleichzeitig auf die Heckverschmutzung bewerten.

Beispiel Heckdiffusor

Der hintere Diffusor hat im Allgemeinen die Aufgabe, die Nachlaufströmung am Fahrzeugheck zu optimieren, indem er den Luftstrom kanalisiert, der den Unterboden verlässt, um ihn an den Abwind vom Dach anzupassen. Dazu vergrößert er die Druckerholung am hinteren Stoßfänger, indem er die Strömung verlangsamt, die an der Unterbodenoberfläche des Fahrzeugs anliegt.

Eine Anpassung der Form des Diffusors und des Dachspoilers kann eine ausgewogene untere Nachlaufströmung mit optimaler Druckerholung bewirken. In einer gut ausgeglichenen Strömung sind die oberen und unteren Wirbel der hinteren Nachlaufströmung in Stärke und Größe etwa gleich. Demgegenüber führt ein Design, bei dem die obere Strömung dominiert, dazu, dass der obere Wirbel die Strömung zu stark vom Dach herunterzieht. Dadurch wird die Dynamik der Nachlaufströmung erhöht, was den Luftwiderstand des Fahrzeugs verschlechtert. Im mehr ausbalancierten Szenario versetzen die oberen und unteren Wirbel den ab- und aufwärtsgerichteten Strom im gleichen Maße in Drehbewegung und leiten dabei die Strömung in Richtung der hinteren Fläche, was die Gesamtdruckerholung unterstützt.

Alternativlösungen dank Simulation

Simulationen bieten eine Möglichkeit, innovative Alternativlösungen zu finden. Im vorliegenden Beispiel wurde der Diffusor besser abgestimmt und produziert eine ausgewogene Nachlaufströmung. Die Optimierung des Strömungswiderstands macht zwar nur ein halbes Prozent des Gesamtluftwiderstands aus: Ein kleiner Unterschied, der aber einen großen Einfluss auf die Struktur der Nachlaufströmung hat. Beim Fahrzeug links wird mehr Luft die unter dem Fahrzeug in Richtung des Nummernschildbereichs geleitet, wo die Rückfahrkamera ist.

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