CAE-Werkzeuge zur Steigerung der Sicherheit von Fahrzeugen

Intelligentes Crash-Design

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Der Crash-Versuch eines Fahrzeuges kostet in der Regel eine fünf- bis sechsstellige Summe und sollte im besten Fall nur noch für den Abgleich der Messdaten mit den vorhergesagten Ergebnissen dienen. Alle anderen Entwicklungsschritte davor finden idealerweise in der virtuellen Welt statt. Dafür haben die Automobilhersteller schon seit einiger Zeit Simula- tionswerkzeuge für sich entdeckt und bringen diese in der Entwicklung neuer Automobile konsequent zum Einsatz.

Noch nie war Autofahren so sicher wie heute. Dies liegt im Wesentlichen an dem seit Jahren in der Automobilindustrie ungebrochenen Trend zur aktiven und passiven Sicherheit in den Fahrzeugen. Gesetzliche Bestimmungen wie zum Beispiel der seit Herbst 2005 gültige Fußgängerschutz, dessen verschärfte zweite Phase 2010 ansteht, und nicht zuletzt die Anforderungen seitens der Fahrzeugkäufer sorgen für ein Anhalten dieser Entwicklung. So haben viele Fahrzeughersteller den Wunsch nach mehr Sicherheit auch werbewirksam bei neuen Modellen in den Vordergrund gerückt. Das zahlt sich aus. Ein gutes Abschneiden in herstellerübergreifenden Crash-Tests sind für die Unternehmen Gold wert, denn damit wird von neutraler, sachverständiger Seite das hohe Sicherheitsniveau bestätigt.

Doch das ist nur die eine Seite der Medaille. Wie bei allen Produkten, die für einen globalen Markt entwickelt werden, wird sich nur der Hersteller im Markt durchsetzten können, der höchste Qualität zu bezahlbaren Preisen anbietet. Dies ist in der Regel nur mit einem flexiblen und optimierten Entwicklungsablauf zu erreichen. Somit finden sich die Automobilhersteller bei der Fahrzeugentwicklung und vor allem bei der Crash-Auslegung in einer Situation wieder, die auch in anderen Bereichen der Automobilentwicklung in den letzten Jahren eine drastische Umstellung der Entwicklungswerkzeuge und -prozesse mit sich gebracht hat.
Berechnung steuert Design
CAE-Werkzeuge kommen bei der Entwicklung von Bauteilen sowohl zur aktiven als auch zur passiven Sicherheit zum Einsatz. So werden Airbags und Sicherheitsgurte genauso simuliert und berechnet wie Bauteile für den Fußgängerschutz. Beispielsweise werden FE-Methoden eingesetzt, um das Verformungsverhalten von Scheinwerfern oder dem Frontbereich der Fahrzeugkarosserie zu untersuchen und so den Schaden, den ein Fußgänger bei einer Kollision erleiden würde, möglichst gering zu halten. Dank der FEM-Analyse lassen sich solche Fragestellungen ohne Erstellung von kostenaufwändigen Prototypen abschätzen. Nach der Validierung der Berechnungsergebnisse anhand ermittelter Versuchsdaten lassen sich umfangreiche Optimierungsmaßnahmen mit Hilfe der Crashsimulation mit expliziten FE-Codes bereits in einem frühen Entwicklungsstadium realisieren. Idealerweise steuert somit die Berechung (CAE) das Design.
Was soweit einleuchtend und einfach klingt, gestaltet sich in der praktischen Umsetzung der virtuellen Entwicklung und in der Auswahl der geeigneten CAE-Werkzeuge als durchaus anspruchsvoll. Denn bei den im Markt zur Verfügung stehenden CAE-Tools gibt es Unterschiede, und es lohnt sich genau hinzusehen, welche Werkzeuge sich am besten für ein CAE-gesteuertes Crash-Design eignen. Um diese Aufgaben anzugehen, muss man die Möglichkeiten moderner Softwarewerkzeuge und die Herausforderungen im Crash- und Safety-Bereich genau kennen. In diesem Zusammenhang sind die folgenden Randbedingungen bei der Umsetzung einer entsprechenden Entwicklungskette zu berücksichtigen:
  • Mehr Bauteile eines Fahrzeuges als bisher müssen den Sicherheitsrichtlinien entsprechen. Während früher das Augenmerk einzig auf den Insassenschutz gerichtet war, richtet man es heute beispielsweise auch auf den Fußgängerschutz und muss dadurch noch mehr sicherheitsrelevante Überprüfungen durchführen. So sollte ein effizienter Prozessablauf die zukünftig erforderliche Simulations- und Rechenkapazität berücksichtigen.
  • Um den gesamten Prozess abbilden zu können, benötigt man bisher zu viele voneinander unabhängig eingesetzte Werkzeuge. Eine Vereinheitlichung der eingesetzten Werkzeuge hilft, die Anwenderfreundlichkeit in der Benutzung sowie die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.
  • Es ist sehr zeitintensiv, ein zuverlässiges FE-Netz für eine Crashsimulation zu erstellen. Dies und die Komplexität der Modelle sind Faktoren, die dazu führen, dass es oft zu lange dauert, ein qualitativ hochwertiges Crashmodell aufzubauen und zu analysieren.
  • Simulations- und Berechnungszeiten der umfangreichen Crashmodelle sind zu lang. Was bei einzelnen Berechnungen noch tragbar wäre, akkumuliert sich bei Optimierungsläufen, in denen eine Vielzahl von Varianten berechnet werden, zu exorbitanten Rechen zeiten.
Funktion für automatische Vernetzung
Altair bietet im Bereich Crash-Design Softwarewerkzeuge, mit denen diesen Herausforderungen begegnet werden kann. Viele Altair-Kunden aus der Automobilindustrie nutzen die Vorteile, die ihnen die Altair-Tools bieten. Denn was früher Monate gedauert hat kann heute in Tagen berechnet werden. Zu dieser Zeitverkürzung kommt es durch die Fähigkeiten der in Hyperworks integrierten Module. So hilft Hypermesh mit seiner Funktion für automatische Vernetzung schon bei der Modellgenerierung, Zeit einzusparen. Auch Hilfestellungen im Safetybereich wie die Dummypositionierung, die Airbagfaltung und andere erleichtern die Arbeit der Ingenieure bei der Modellerstellung. Die robuste und effiziente Simulation mit „Radioss“, dem Solver der Hyperworks Suite, wird von vielen Kunden geschätzt, da er unter anderem unabhängig von der Anzahl der verwendeten CPUs immer identische Ergebnisse liefert. Auch wenn Hyperworks seinen Anwendungen eine eigene Solvertechnologie zur Verfügung stellt, können die einzelnen Module auch mit Solvern anderer Anbieter verwendet werden. Dank diesem Multisolversupport steht es den Anwendern frei, sich bei spezifischen Aufgaben für einen Solver seiner Wahl zu entscheiden.
Crashergebnisse ohne Zusatzaufwand auswerten
Eine automatische Auswertung der Crashergebnisse ist mit „Hyperview“, dem Postprozessor der Produktfamilie, möglich. Alle Module sind innerhalb einer Oberfläche integriert, so dass auch die Anwenderfreundlichkeit der Werkzeuge sowie ein nahtloser Datenaustausch zwischen den Tools gewährleistet sind. Darüber hinaus steht mit der ebenfalls innerhalb der Hyperworks Produktfamilie integrierten Datenmanagement-Lösung ADM ein Tool zu Verfügung, mit dem die Simulationsergebnisse verwaltet und weiterverarbeitet werden können. Das Angebot wird durch „PBS Professional“, dem integrierten Workload Management-System abgerundet. Dank dieses Systems kann sichergestellt werden, dass die Berechnungsressourcen der Unternehmen optimal genutzt werden.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass zu einem effektiven Crash-Design eine optimale Auswahl der Werkzeuge genauso wichtig ist wie die Anpassung der Entwicklungsabläufe. Sicherheit wird in der Automobilindustrie groß geschrieben, aber auch Effizienz und Kosten – was uns zum Ausgang des Artikels zurückbringt. Mit CAE-Werkzeugen wie der Hyperworks-Produktfamilie, ADM und PBS Professional können, wenn sie frühzeitig und durchgängig zum Einsatz kommen, Innovation gefördert und Entwicklungszyklen verkürzt werden. So profitieren alle – der Fahrzeugkäufer durch die Einführung und Einhaltung erhöhter Sicherheitsstandards zu bezahlbaren Preisen, genauso wie der Hersteller, der seine Fahrzeuge trotz immer höherer Ansprüche an Sicherheit und Qualität frühzeitig auf den Markt bringen kann und sich somit Wettbewerbsvorteile verschafft.
Stand 3240
Altair Engineering;
Telefon: 07031/6208-0;
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