Simulation Wie Simulation die Entwicklung eines sicheren FUVs beschleunigt

Redakteur: Ute Drescher

Kaum finanzielle Mittel, keine Vergleichsmodelle, aber gute neue Ideen – vor dieser Herausforderung stehen viele Start-Ups. Hier kommt die Simulation ins Spiel.

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Der Arcimoto SRK Generation 8 erreicht knapp 130 kmh und verbraucht umgerechnet etwa 1l/100 km.
Der Arcimoto SRK Generation 8 erreicht knapp 130 kmh und verbraucht umgerechnet etwa 1l/100 km.
(Bild: Arcimoto/Altair)

Das Ziel war klar: Entstehen sollte ein rein elektrisches Pendlerfahrzeug, das den Spaßfaktor, die Effizienz und den Platzbedarf eines Motorrades mitbringt und dabei dennoch die Stabilität eines Automobils sowie Schutz vor den Elementen bietet. Das Ergebnis ist der Arcimoto SRK Generation 8. Zusammen mit dem zusätzlichen Nutzen, dass dieses FUV (fun utility vehicle) mit einem Verbrauch von 230 MPGe (Miles per Gallon Gas Equivalent), also etwas mehr als 1 l/100 km, und einer Höchstgeschwindigkeit von knapp 130 km h aufwartet, stellt das Fahrzeug eine echte Alternative für urbane Pendler dar.

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Arcimoto wurde in 2007 mit dem Ziel gegründet, Produkte herzustellen, die einen entscheidenden Schritt in Richtung nachhaltiger Transportsysteme darstellen. Der Name Arcimoto (ar-ki-moto gesprochen) bedeutet so viel wie „Die Zukunft, die ich fahre”, und genau das ist der Anspruch des Unternehmens: neue Technologien und Mobilitätsmuster zu etablieren, mit denen die Messlatte für Umwelteffizienz, Nachhaltigkeit und Bezahlbarkeit höher gelegt werden kann.

Kleines Fahrzeug, große Bedenken

Wenn ein Unternehmen sich noch in seiner Gründungsphase befindet, steht einiges auf dem Spiel. Nicht nur der Gründer steht unter Zugzwang, seine Vision durchzubringen und (sowohl auf dem Markt als auch bei potenziellen Investoren) Interesse zu wecken, auch alle anderen Beteiligten stehen unter dem Druck, aus einer Idee Realität werden zu lassen. Beim Bau jeder einzelnen Version und beim Testen jedes einzelnen Bauteils wird deshalb über jede Entscheidung bis ins kleinste Detail beraten, und alle, an diesem Prozess Mitwirkenden sind mit einer bewundernswerten Hingabe dabei.

Der Mangel an finanziellen Mitteln, gepaart mit wirklich neuen Ideen, ist eine weitere Herausforderung für Start-Ups. Kleine Teams ohne jegliche Grundlage oder Vorgängermodelle, mit denen sie ihre Analyseergebnisse abgleichen können – wie kann das funktionieren? Hier kommt die Simulation ins Spiel. Anhand zweier Beispiele – einer Hinterradschwinge und einer Dacheindrückanalyse – wird gezeigt, welchen Nutzen Simulation in einem solchen Entwicklungsprozess bietet.

Hält die Form der Funktion stand?

Hinterradschwinge: Bei der Untersuchung der verschiedenen Bauteile des FUVs war sich das SRK-Entwicklungsteam immer bewusst, dass es die ursprüngliche Ästhetik des Designs beibehalten will: ein schönes rundes Design ohne scharfe Kanten. Dafür benötigten die Ingenieure eher rohrförmige als quadratische Werkstoff-Querschnitte. Allerdings bestand die Sorge, ob diese Formen auch stark genug wären, um jeglichen Hindernissen der Straße wie Schlaglöcher, Fahrbahnrillen oder Geröll standzuhalten.

Tipp: Anwendertreff MaschinenkonstruktionVerfügbarkeit und Produktivität, Flexibilität, Adaptivität – diese Ziele erreichen Konstrukteure und Entwickler bis heute mithilfe klassischer Technologien und Methoden. Doch angesichts zunehmender Digitalisierung und Vernetzung von Maschinen und Anlagen stellt sich die Frage: Welche Methoden und Tools helfen, die Time-to-market zu verkürzen und den Entwicklungskprozess effizienter zu gestalten? Der Anwendertreff Maschinenkonstruktion konkrete Lösungsansätze aufzeigen.
Zum Programm: Anwendertreff Maschinenkonstruktion

Hypermesh, Altairs Pre-Prozessor für Konzept- und High-fidelity-Modellierung, konnte hier bei der Erstellung des Simulationsmodells gute Dienste leisten. Mit seinen fortschrittlichen Geometrie- und Vernetzungseigenschaften bietet diese Software eine ideale Umgebung für eine schnelle Modellerstellung. Mit diesem Modell waren die SRK-Ingenieure dann mit Optistruct, dem Optimierer und FE-Solver der Hyperworks-Suite, in der Lage, schnell und einfach FE-Analysen durchzuführen, mit deren Ergebnissen diese Fragen beantwortet und jedes Bauteil des Fahrzeugdesigns auf seine Verwendbarkeit hin validiert werden konnten.

Das Dach trägt die dreifache Last

Dacheindrückanalyse: Weil es sich beim SRK um eine vollkommen neue Fahrzeugart handelt, hielt es das Team für das Beste, auch branchenübergreifende Tests heranzuziehen, die dessen Anspruch an höchste Motorradsicherheit unterstreichen und damit das Vertrauen des Marktes in ihr Produkt steigern würde. So verwendete das Team bei seinen Untersuchungen im Entwicklungsprozess unter anderem Richtlinien für Dacheindrücktests, bei denen das Dach die dreifache Last des Fahrzeuggewichts tragen musste.

Für die Dacheindrückanalysen griff das Team wiederum auf Hypermesh für die Modellerstellung zurück und setzte danach Radioss für virtuelle Crashtests ein. Hypermesh wurde verwendet, um einen sehr komplexen Überrollkäfig zu modellieren, dabei musste jedes Rohr des Fahrzeug-Überrollkäfigs mit dem nächsten Rohr durch eine Gehrung und entsprechende Knoten fest verbunden sein.

Für die Dacheindrücksimulationen selbst kam anschließend Altairs Radioss-Solver zum Einsatz. Mit Radioss können sehr komplexe Aufgaben mit einer starken Verformung, dynamischen Events, nichtlinearen Materialien mit progressiven Versagensmodellen und vielen anderen Eigenschaften in relativ kurzer Zeit gelöst werden. Mit dem passenden Werkzeug für die Physik konnten so reproduzierbare, genaue Ergebnisse erzielt werden, und die Verkürzung der Simulationszyklen verhalf den Ingenieuren zu mehr Zeit für andere Aufgaben und Iterationen, die sie dabei unterstützten, bessere Designentscheidungen zu treffen.

Sobald ein Modell erstellt und für die Berechnung bereit war, hatten die Ingenieure die Möglichkeit, verschiedene Wandstärken einzustellen und die Ergebnisse mit dem ursprünglichen Design zu vergleichen, so dass sie dank verlässlicher Simulationsergebnisse auf ihre Konstruktion und darauf, dass diese das Testgewicht tragen würde, vertrauen konnten. Dieses Vorgehen sorgte für ein weiteres Marketingargument und gab ihnen Daten an die Hand, mit denen sie ihre Ergebnisse belegen konnten.

Simulation stützt die Erfahrung

Arcimoto hatte die Messlatte für ihren SRK hoch gelegt und um den Ansprüchen gerecht zu werden, hat das Team eine Maschinenbauingenieurin mit hoher Kompetenz in den Bereichen automobile Strukturen und Crash-Anforderungen in das Projekt eingebunden. So konnten die Sicherheit, Stabilität und Steifigkeit des Fahrzeuges über das für Motorräder üblicherweise benötigte Niveau hinaus verbessert werden. Die Ingenieurin hat sich wiederum für eine Software entschieden, mit der ihr Team schnell und effizient lineare und nichtlineare Analysen für viele verschiedene Lastfälle durchführen konnte. Solide Entscheidungen des Teams konnten so durch valide Tests bestätigt werden.

Wie zufrieden Stephanie Moore-Fuller, Maschinenbauingenieur für Fahrzeugstrukturen und Sicherheit bei Arcimoto, mit der Zusammenarbeit mit Altair ist, zeigt sich in folgender Aussage: „Die Unterstützung durch Altair hat sich seit Jahrzehnten bewährt. Da ich nun mit einer beträchtlichen Zeitzonendifferenz arbeite, sind meine Kollegen und ich dazu übergegangen, einen Support Request zu erstellen anstatt anzurufen, und wir haben festgestellt, dass das Support-Team uns gut durchdachte und hilfreiche Antworten liefert.“ (ud)

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