Exa simuliert, wie man ein Fahrzeug-Gehirn kühl halten kann Simulation statt Klimawindkanaltest - AutomobilKONSTRUKTION

Exa simuliert, wie man ein Fahrzeug-Gehirn kühl halten kann

Simulation statt Klimawindkanaltest

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Erstmals simuliert ein OEM zusammen mit dem Softwareanbieter Exa das Verhalten des Infotainmentsystems bei extremen Umgebungsbedingungen. So kann schon früh die am besten zu kühlende Position gefunden und das Packaging entsprechend angepasst werden.

Richard Backhaus, freier Journalist in Wiesbaden für Exa

Das heutige Infotainmentsystem ist das Gehirn eines modernen Fahrzeugs, das dem Fahrer wichtige Informationen über den Betriebszustand und das Umfeld zur Verfügung stellt. Es hilft dem Fahrer, ans gewünschte Ziel zu navigieren und dabei das Fahrzeug sicher zu bewegen. Aufgrund des hohen Kühlungsbedarfs, den die komplexe Elektronik insbesondere in heißen Klimazonen hat, erfordert dieses kritische System zusätzliche Aufmerksamkeit im Hinblick auf das Wärmemanagement.
Eine Untersuchung dieses Problems wurde in einem SAE-Papier (SAE 2015-01-0328) vorgestellt. Dabei wurde das Infotainmentsystem der Sonnenwärme ausgesetzt und über die Klimaanlage abgekühlt. In Fachkreisen gilt das als Worst-Case-Szenario für Infortaimentsysteme.
In der Regel geschieht diese Untersuchung, indem ein reales Fahrzeug in einen Klimawindkanal mit einer Reihe von Leuchten platziert wird, dort ist es von heißer, stehender Luft umgeben. Diese extremen Bedingungen führen zu hohen Temperaturen in der Kabine, die das Infotainmentsystem aufheizen. Die Temperaturen können so hoch sein, dass die Elektronik ohne zusätzliche Kühlung nicht betrieben werden kann. Daher wird die Klimaanlage verwendet, um die Elektronik zusätzlich zur Kabine zu kühlen.
Das für die Simulation betrachtete Fahrzeug
Um diese Bedingungen zu simulieren, statt in aufwendigen Klimawindkanaltests zu untersuchen, wurden Berechnungen mit gekoppelten Fluid-Wärme-Ansätzen durchgeführt. In die Simulationen einbezogen wurden die detaillierte Fahrzeugstruktur, die Materialien im Innenraum und geometrischen Daten sowie die Wärmeentwicklung der Infotainmentelektronik. Die Leuchtenanordnung im Klimawindkanal wurde im Softwaretool PowerTherm von Exa nachgebildet. Der transiente Berechnungsansatz im Tool PowerFlow berücksichtigte den Einfluss der Auftriebseffekte auf die Temperaturverteilung in der Kabine. Bei der Auswertung der Resultate konnte eine gute Übereinstimmung zwischen den Ergebnissen der Simulation und der Tests im Klimawindkanal festgestellt werden. Insbesondere für die Aufheizphase zeigten sich hervorragende Übereinstimmungen. Dies ist besonders wichtig, da die Fähigkeit, Temperaturen in den Bereichen vorherzusagen, die sich für die Unterbringung der Infotainmenteinheit eignen könnten, das Fahrzeugpackaging schon in einer frühen Phase der Fahrzeugentwicklung beeinflussen können. Auch bei der Raumtemperatur in der Kabine war die Korrelation zwischen Simulation und Messung nahezu ideal.
Die entwickelte Simulationsmethodik erlaubt eine schnelle Bearbeitungszeit. Sie ermöglicht eine frühe Einschätzung der Auswirkungen der Umgebungsbedingungen auf die Fahrzeugklimatisierung. Mithilfe der Simulation lassen sich sowohl die Klimawindkanaltests als auch reale Umgebungsbedingungen, denen das Fahrzeug ausgesetzt ist, reproduzieren. Dadurch kann einerseits das Packaging der Infotainmenteinheiten optimiert und andererseits der Kühlbedarf reduziert werden.
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