Reales Vehikel im virtuellen Raum

15. Juni 2003, 20:31
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Durch Simulationen geht alles schneller und kostengünstiger - sogar der Alterungsprozess eines Fahrzeugs lässt sich vorhersagen

Erst durch Simulation wurde die enorme Vielfalt an Karosserie- und Motorvarianten möglich: Bauteile oder auch ganze Fahrzeuge werden am Computer dargestellt. Eine Vielzahl an Varianten und Funktionen wird durchgespielt. Damit erspart man sich den Bau vieler Probestücke und Prototypen. Ideen, die in der praktischen Umsetzung nicht funktionieren würden, können so frühzeitig ausgeschieden werden. Entwicklungsprozesse werden enorm beschleunigt. Der erste Prototyp, der dann gebaut wird, entspricht dann schon relativ genau dem endgültigen Produkt. Zwar kann die Simulation eine endgültige reale Erprobung nicht ersetzen, aber sie erleichtert den Weg dorthin.

Bei Crashtests sind Simulationsverfahren weit fortgeschritten. Die Ergebnisse der Crashs auf dem Bildschirm kommen bereits sehr nahe an die Realität heran. Zwei Gründe sind dafür ausschlaggebend: Der Vergleich zwischen dem virtuellen Modell auf dem Bildschirm und dem real gecrashten Auto lässt sich relativ leicht mit dem Maßband durchführen. Simulation von Verbrennungsvorgängen in Motoren ist komplizierter, weil das, was bei der Verbrennung tatsächlich passiert, viel schwieriger nachzumessen ist. Deshalb können auch Fehler in der Gestaltung des Simulationsprogramms nicht so leicht nachjustiert werden.

Der andere Grund für den Wissensvorsprung bei Crashtestsimulationen: für Fahrzeugsicherheit wurde schon über Jahrzehnte sehr viel Geld bereitgestellt. Damit ist innerhalb weniger Jahre ein gewaltiger Fortschritt gelungen. Selbst Kleinwagen kann man nunmehr so bauen, dass sie viel Energie abbauen, also sich gewissermaßen nach Plan zerknautschen und trotzdem die Fahrgastzelle stabil bleibt, damit den Personen möglichst wenig passiert.

Die Crashsimulation ist eine so genannte Verhaltenssimulation. Dabei geht es um Strukturdynamik. Auch Strömungsdynamik lässt sich simulieren. Dazu gehören Aerodynamik, Kühlkreislauf, sogar das Einfüllen des Treibstoffs in den Tank wird vorab simuliert, um am Ende keine böse Überraschung mit zurückschwappendem Benzin zu erleben. Schwingungen können schließlich auch simuliert werden, wie Vibrationen und Geräusche. Sound Design ist das Stichwort. Akustische Simulationsmodelle waren bis vor kurzem noch sehr schwer hinzukriegen. Hier ist der Erfahrungsschatz innerhalb kurzer Zeit stark gewachsen, und damit auch die Übereinstimmung zwischen dem virtuellen Bild und der Realität. Unverzichtbar sind Simulationsmodelle inzwischen auch in der Fahrzeugdynamik. Das komplexe Zusammenwirken von Antriebsmomenten, Radaufhängungsgeometrie, Federung/Dämpfung und Fahrdynamik-Elektronik, lässt sich am Bildschirm so weit vorhersehen, dass danach bei der realen Umsetzung keine wirklich groben Fehler mehr passieren.

Ohne Simulation des Motorverhaltens geht schon lange nichts mehr. Von der Ausbreitung der Flammen im Brennraum über den Verlauf des Drehmoments bis zur Qualität des Abgases wird alles in ausgeklügelten mathematischen Modellen dargestellt und an die Realität herangeführt (siehe Wissen). Aber auch für den Konstruktions- und Produktionsprozess selbst werden Simulationsmethoden angewendet (Prozesssimulation). So lässt sich zum Beispiel das Verformungsverhalten von Blech beim Tiefziehen am Bildschirm vorhersehen. Das gibt den Konstrukteuren mehr Freiheit, weil sie viel näher an die Grenzen des Machbaren herangehen können, ohne unzählige kostspielige Presswerkzeuge womöglich umsonst herzustellen.

Sogar der Farbniederschlag beim Lackieren lässt sich voraus berechnen. Da Motor-und Antriebskomponenten immer komplizierter werden und auch immer mehr Platz im Motorraum ausfüllen, ist es auch notwendig, das Ein- und Ausbauen von Teilen auszuprobieren, noch bevor sie jemals hergestellt wurden (Digital Mock-up).

Virtuelles Altern

Viel Aufmerksamkeit wird dem Bereich "virtuelles Altern" gewidmet. Schließlich will ein Autohersteller schon bevor er das erste Modell verkauft wissen, welche Probleme nach vielen Jahren der Nutzung auftreten werden. Normalerweise wird dafür in Klimakammern, auf Rüttelpisten und auf ganz normalen Straßen gefahren, was das Zeug hält. Auf diese Weise kann man bereits nach drei Monaten sagen, was in drei Jahren mit dem Auto geschehen wird, ob ein Teil bricht oder nicht.

Bei der Digitalsimulation lässt sich dieser Alterungsprozess nicht nur viel schneller vorherbestimmen, sondern auch wesentlich genauer. Hier kann man erkennen, ob ein Teil bricht, aber auch, warum es bricht und wie es zu diesem Versagen kommt.(Rudolf Skarics/DER STANDARD, Print-Ausgabe, 16 .6. 2003)

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