Anspruchsvolle Fahrwerkentwicklung durch Einsatz leistungsfähiger Simulationstools

Vom Zeichenbrett zur Power Wall

Anzeige
Die zunehmend komplexen Aufgabenstellungen in der Fahrzeugentwicklung wären ohne den Einsatz leistungsfähiger Simu- lationstools nur mit großem Zeit- und Kostenaufwand zu realisieren. Unter dem Oberbegriff „Design in the Loop“ setzt ein Entwicklungsdienstleister modernste Tools und Methoden wie die messdatenbasierte Fahrdynamiksimulation ein, um Komfort, Fahrverhalten und Sicherheit bereits in der Konstruktionsphase systematisch zu gestalten.

Der Autor Dieter Scharpe ist verantwortlich tätig im Bereich Powertrain bei der Bertrandt AG, Ehningen

Die Entwicklung des Fahrwerks bewegt sich zunehmend von der traditionellen, primären Ausrichtung auf Feder- und Dämpfersysteme hin zur ganzheitlichen, funktionalen Betrachtung als Faktor, der die Gesamtheit des dynamischen Verhaltens eines Fahrzeugs beeinflusst. Neben aerodynamischen Eigenschaften und Karosseriesteifigkeit sind vor allem die modernen elektronischen Regelsysteme und geregelten Fahrwerkskomponenten der Fahrerassistenzsysteme zu nennen, deren Einsatz in den kommenden Jahren weiterhin steigen wird. Darüber hinaus veranlassen immer höhere Kundenerwartungen die Entwickler dazu, bereits in einer frühen Phase die fahrdynamischen „Gene” mit denen des Gesamtkonzepts des neuen Fahrzeugs abzustimmen. Eine wichtige Rolle bei der Fahrwerks- beziehungsweise Fahrdynamikentwicklung spielt die Energieeffizienz, da sich Faktoren wie Verlustleistung der Reifen, Schräglaufwinkel und Schlupf stark auf den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen von Fahrzeugen auswirken. Zudem trägt die Entwicklung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen und deren spezifischer fahrdynamischer Aspekte zur wachsenden Komplexität bei.
Werkzeuge für die Fahrzeugentwicklung
Mit der zunehmenden Komplexität der entwicklungstechnischen Aufgaben haben sich auch die zur Verfügung stehenden Hilfsmittel zum Teil rasant entwickelt – bis hin zur weiter fortschreitenden Virtualisierung beziehungsweise Simulation. Zwischen der modernen und der einstmals üblichen Arbeit des Konstrukteurs mit Bleistift oder Tusche am Zeichenbrett und vielen „Schnitten”, um Bauteilkörper zweidimensional darzustellen, liegen mittlerweile Welten. Einen großen Fortschritt brachten bereits die ersten CAD-Systeme, deren zunächst zweidimensionale Darstellungsformen zur Dreidimensionalität weiterentwickelt wurden. Mit ihnen konnten Bauteile am Bildschirm gedreht oder Kanten, Hinterschnitte und Durchdringungen dargestellt und bearbeitet werden. Noch fortschrittlichere Tools erlauben es heute, Oberflächen, Festigkeiten und Freigänge mehr oder weniger selbstständig zu überprüfen und zu optimieren. Über entsprechende Systemerweiterungen können sogar Bauteile in andere Komponenten eingefügt werden.
Mithilfe des „Functional Digital Mock-Up“ (FDMU) lassen sich heute vorhandene Bauteile in neue Karosserien und Motorräume einbauen, ohne dass dazu ein reales Fahrzeug erforderlich ist. Auch im Hinblick auf seine Beweglichkeit kann das Fahrzeug innerhalb der Konstruktionsphase bereits mit Hilfe eines FDMU dreidimensional überprüft werden.
Der nächste Schritt markiert die Möglichkeit, diese frühen Fahrzeugmodelle bereits in einer virtuellen Welt fahren zu lassen. Ihre Funktionalität und ihr Verhalten werden dabei mit zunehmend hoher Genauigkeit und Güte erprobt. Der wesentliche Vorteil der modernen Fahrzeugsimulation ist der Verzicht auf eine große Anzahl realer Prototypen. Zudem können die angesichts immer schnellerer Modellwechsel erforderlichen realen Fahrversuche zu einem Teil durch virtuelle ersetzt werden. Dies führt auf Basis kürzerer Entwicklungszeiten zu einer schnelleren Marktreife und zu Kostenvorteilen.
Direktive ECE 11/13 als Option erlaubt
Die Qualität moderner Simulationstools für die Fahrzeugtechnik hat mittlerweile einen so hohen Stand erreicht, dass die Direktive ECE 11/13 ihren Einsatz bei der Homologation elektronischer Fahrzeugstabilitätssysteme in Nutzfahrzeugen, bei denen ein Kontrollverlust besonders kritisch ist, unter bestimmten Voraussetzungen ausdrücklich als Option erlaubt. Die erste, rein auf Fahrdynamiksimulation basierende Homologation, deren Ergebnisse durch das Kraftfahrtbundesamt (KBA) genehmigt wurden, fand bereits im vergangenen Jahr in Deutschland erfolgreich statt.
Mit der Simulationssoftware „Truckmaker“ des in Karlsruhe ansässigen Spezialisten für Fahrzeugsimulationslösungen IPG Automotive wurden ESC-Funktionen eines Bremssystemherstellers für Lkw-Anhänger im virtuellen Fahrversuch erprobt. In ähnlichem Umfang ist Simulation auch in der Direktive ECE 13H für Pkw erlaubt.
Eine weitere Variante virtueller Tools ist die „Powerwall“ oder „Cavew“. Dabei handelt es sich um eine oder mehrere große Projektionsleinwände, auf denen neue Fahrzeugentwicklungen in Originalgröße in höchster Auflösung räumlich dargestellt und bewegt werden. Dies dient vor allem zur Begutachtung von Oberflächen und ermöglicht es, bereits die DNA eines neuen Fahrzeugs sehr zuverlässig zu erfühlen und optisch wahrzunehmen. Auch dort spielt das „Fahren“ eine immer größere Rolle, um Ergonomie, Sichtfeld und Funktionen in realistischen Use Cases des Kunden bewerten zu können. Durch die realistische Fahrzeugbewegung – beispielsweise beim Einparken, Annähern an die Ampel, Abbiegen oder in einer Kolonnenfahrt – ergeben sich andere Sichtverhältnisse als im statischen Fahrzeug – auch werden Anzeigeinstrumente beim Fahren unter Workload-Bedingungen anders bewertet als bei statischer Betrachtung.
Belastbare Daten für hohe Simulationsgüte
Neben der Qualität und Leistungsfähigkeit der eingesetzten Simulationswerkzeuge ist die Simulationsgüte von der Qualität der Bedatung abhängig. Bertrandt unterstützt an dieser Stelle unter anderem bei der Funktions- und Formvermessung von Fahrzeugen und Bauteilen, der Charakterisierung von Fahrzeugsystemen, der umfangreichen Bedatung von Simulationsmodellen, der Modellintegration von Systemkomponenten und Reglermodellen sowie der Validierung von Simulationsergebnissen mit denen des realen Fahrversuchs. Auch bei der Konzeption, dem Aufbau und Betrieb von Hardware-in-the-Loop-Prüfständen rund um das Thema Fahrwerk ist der Entwicklungsdienstleister auf dem neuesten Stand der Technik. Dies reicht von Prüfständen mit einem und mehreren Fahrwerkssteuergeräten (ECU) bis hin zu mechatronischen Systemprüfständen wie Steering-in-the-Loop. Hier wird das gesamte Lenksystem in ein virtuelles Fahrzeug eingebunden und einem virtuellen Fahrversuch zugeführt. Durch einen virtuellen Fahrer können Closed-Loop-und Open-Loop-Tests auf virtuellen Strecken wie Handlingkurs, Rennstrecke, ISO Spurwechsel, Slalom, Kreisfahrt, µ-Split Bremsung, On-Center-Handling-Tests, Sine Sweep und vieles mehr durchgeführt werden.
Bertrandt; Telefon: 07034 656-4037; E-Mail: anja.schauser@de.bertrandt.com
Anzeige

Aktuelle Ausgabe

Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Whitepaper aller unserer Industrieseiten

Video-Tipps

Unser aktueller Video-Tipp: 100 Jahre BMW

Weiterbildung

Weiterbildungsangebote für den Konstruktions- und Entwicklungsingenieur

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de