Simulation

Multidisziplinäre Optimierung verändert Fahrzeugentwicklung

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Schon jetzt hat Simulation vieles verändert und wird dies auch in Zukunft tun. Um sicherzustellen, dass trotz der Komplexität alle Komponenten miteinander unter allen möglichen Umweltbedingungen zuverlässig funktionieren, müssen zunehmend alle Disziplinen in gemeinsamen Teams zusammenarbeiten. Noch berücksichtigen viele Simulationen in der Automobilindustrie nur einen einzigen Aspekt, beispielsweise die mechanische Simulation der Bremskraft. Ebenso muss aber auch deren Kühlung berücksichtigt werden, denn wenn die beiden Phänomene interagieren, kann es sonst zu Komplikationen kommen. Deshalb steht für Ansys fest: „Der Trend geht ganz klar hin zur Simulation mehrerer Eigenschaften gleichzeitig. Die Vision ist der virtuelle Prototyp.“

Wechselwirkungen durch Simulation mehrerer Disziplinen besser verstehen

Auch Altair positioniert sich hier deutlich, wie Adrian Wischnewski, Projektleiter bei Altair, bestätigt: „Zur Zeit ist die multidisziplinäre Optimierung von großem Interesse, denn so kann man alle Anforderungen unter einen Hut bekommen und Wechselwirkungen unter den verschiedenen Anforderungen besser verstehen. Erst aus dem Zusammenspiel wird ein großes Ganzes.“ Konkret heißt das: statt wie bisher getrennt zu rechnen und sich danach im Gesamtteam zu besprechen, können mit Simulationssolvern heute bereits Crash-Steifigkeiten mit statischen Steifigkeiten oder Schwingungen kombiniert werden und viele Simulationen gleichzeitig ablaufen. Dann wird im Ganzen betrachtet, wie man das Endziel erreichen kann; Einzelteams müssen Verantwortung abgeben.

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In Zukunft wird man sich außerdem von den theoretischen Lastfällen immer weiter entfernen und statt dessen mehr und mehr die Realität abbilden. So kann aufgrund steigender Rechenleistung zum Beispiel bald ein kompletter Unfallhergang vom Regelungseinfluss, vom Bremsen über das Schleudern bis hin zum Verhalten der Insassen abgebildet werden. Dann haben auch sogenannte Crash Test Dummies ausgedient, denn zur realistischen Simulation müssen auch möglichst realistische „Mensch-Modelle“ eingesetzt werden.

Systems Engineering als Herausforderung für Entwickler und Computer

Ein prädestiniertes Beispiel für das Zusammenspiel verschiedener Disziplinen, ist die Einbindung von Software, Hardware und Elektronik in die Mechanik des Fahrzeugs. Man kann von einem mechatronischen System sprechen, für dessen Beherrschung das Systems Engineering immer wichtiger wird. Auf Basis der (Kunden-) Anforderungen wird die Fahrzeugentwicklung aufgebaut, indem man ein virtuelles Fahrzeug auf Systemebene entwirft. Damit können Subsysteme bereits vor der Realisierung getestet werden.

Über offene Entwicklungsplattformen können nun unterschiedliche Teams aufeinander abgestimmte Simulationen von Systemmodellierung (0D-1D) und Produktvalidierungen (3D) durchführen. ESI erlaubt beispielsweise mit seiner Plattform Visual-Environment die Beschreibung von Systemen über unterschiedliche physikalische Anwendungsbereiche – von Crashtest und Insassensicherheit bis hin zu Elektrizität oder mechanischen, elektrischen, elektronischen, hydraulischen sowie thermischen Steuerungen. Die verschiedenen Simulationen laufen auch entlang des Entwicklungsprozesses, je nach Entwicklungsstand der jeweiligen Systeme mit Hardware-in-the-loop und Software-in-the-loop. Auf diese Weise lässt sich zum Beispiel der Zeit- und Kostenaufwand bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen reduzieren. Eine Herausforderung ist das allemal, denn man muss jedes einzelne Subsystem beherrschen, um schließlich eine Mehrkörpersimulation mit einer Funktionssimulation zusammenbringen kann. Das kostet Rechenleistung – dabei ist das „Mensch-Modell“ noch gar nicht mit berücksichtigt, obwohl es auch als Fahrer beispielsweise auf die Fahrdynamik Einfluss nimmt.

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Über den Autor

 Stefanie Michel

Stefanie Michel

Journalist, MM MaschinenMarkt