AVL Advanced Simulation Technologies

AVL Advanced
Simulation Technologies
Werkzeuge und Methoden für
Next-Level-Simulationslösungen
Die Entwicklung neuer und hocheffizienter Antriebssysteme sowie
die Weiterentwicklung bestehender Antriebskonzepte erfordern die
Einbeziehung von Fahrzeug, Fahrerverhalten und realen Verkehrsbedingungen. Dies erhöht die Anzahl der Testfälle für die Optimierung
des Gesamtsystems „Fahrzeug“ dramatisch. Des Weiteren sehen wir eine
wachsende Vielfalt möglicher Antriebssysteme, um die unterschiedlichen
Einsatzszenarien abzudecken - von hochoptimierten Verbrennungsmotor-basierten Antrieben über alle Arten von Hybriden bis hin zu voll elektrischen
Konfigurationen. Die Beherrschung dieser Variantenvielfalt in allen Phasen des
Entwicklungsprozesses, vom Konzept bis zum Straßentest, erfordert den gemeinsamen Einsatz von Simulationswerkzeugen, die jeweils unterschiedliche physikalische Phänomene beschreiben. Damit Simulationsmodelle durchgängig mit dem Ziel
möglichst konsistenter Aussagen eingesetzt werden können, müssen diese neben der
virtuellen Entwicklungsphase auch Prüfstandstests unterstützen, bei denen virtuelle und
Hardware-Komponenten auftreten.
Um diese Anforderungen abzudecken hat AVL eine „Integrated and Open Development
Platform“ (IODP) entwickelt. Ziel ist es, unterschiedliche Entwicklungswerkzeuge in allen Entwicklungsphasen zusammenzuschalten - unabhängig davon, ob diese Werkzeuge von AVL,
Partnern oder Mitbewerbern stammen. Mit Model.CONNECT™, dem ersten IODP-Produkt,
können derartige Co-Simulationen in der Entwicklungsumgebung des Kunden einfach durchgeführt werden. Dies ist ein weiterer Schritt, um „Frontloading“ zur Produktoptimierung und damit
für die Entscheidungsfindung in einem frühen Stadium der Entwicklung einzusetzen.
Die unverminderte Bedeutung anspruchsvoller Komponenten-Simulation, einer traditionellen Stärke
des AVL Simulationsportfolios, soll hier ebenfalls unterstrichen werden. Die hochgenauen Ergebnisse
tragen wesentlich zur Betriebssicherheit sowie zum geräusch- und emissionsarmen Betrieb des Antriebstranges bei.
Zusammenfassend bietet AVL also umfassende Simulationslösungen, angefangen von multi-physikalischer
Komponentensimulation bis hin zur Systemsimulation, die fähig sind, sich in die Entwicklungsumgebung der
Kunden einzupassen. Somit können Ingenieure saubere und energiesparende Antriebskonzepte entwickeln
und gleichzeitig die Effizienz im Entwicklungsprozess steigern.
Als global agierender Partner freuen wir uns auf die Zusammenarbeit mit Ihnen.
Dr. Gotthard Rainer
Vice President
AVL Advanced Simulation Technologies
/3
Simulation
Tools
AVL BOOST
AVL CRUISE
AVL CRUISE M
AVL EXCITE
AVL FIRE®
AVL FIRE® M
Model.CONNECT™
32
34
36
38
40
42
44
Seite
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
SIMULATION
TOOLS
Simulation
Solutions
Fahrzeugsysteme
Einspritzdüsen, Kavitation und Erosion
Verbrennung und Emissionen
Turboaufladung
Abgasnachbehandlung
Getriebe und Antriebsstrang
Lebensdauer und NVH
Elektrifizierung
Thermomanagement und Aerodynamik
Kalibrieren und Testen
Abschrecken von Gussteilen
Seite
SIMULATION SOLUTIONS
Alle Inhalte auf einen Blick.
AVL Simulation, Messtechnik und Prüfguide
Weniger Papier. Mehr Spass.
Die neuesten Informationen über AVL Simulations-, Messtechnik
und Prüflösungen zu bekommen, war nie leichter! Laden Sie den
Guide auf Ihr Tablet und erleben Sie multimediale Inhalte und
vertiefende Informationen zu den Lösungen der AVL.
/4
Die Welt von AVL
in Ihrer Hand.
DOWNLOAD NOW !
/5
SIMULATION SOLUTIONS
Fahrzeugsysteme
Einspritzdüsen,
Kavitation
und Erosion
Verbrennung und
Emissionen
Turboaufladung
Abgasnachbehandlung
Getriebe und
Antriebsstrang
Lebensdauer und NVH
Elektrifizierung
Thermomanagement
und Aerodynamik
Kalibrieren
und Testen
Abschrecken von
Gussteilen
AVL – Ihr idealer Partner für Simulationen
MODELLE ZUR REALITÄTSNAHEN
SYSTEMSIMULATION
ENGE VERBINDUNG VON SIMULATION
UND TESTSYSTEMEN
AVL bietet durchgängige Simulationslösungen an, welche auch Dritt­
anbieter von Software gut integrieren. Um während des gesamten
Entwicklungsprozesses optimale Ergebnisse zu erhalten, haben wir
einheitliche Simulationsmodelle für alle Entwicklungsphasen geschaffen:
Schnelle Modelle in Verbindung mit DOE und Optimierung für die
Konzeptphase, hochgenaue für die Konstruktions- und Entwicklungs­
phase wie auch Echtzeitsimulationsmodelle, die durch Kalibrierung
von Motoren und Antriebssträngen parametrisiert werden können.
AVL Softwaretools sind eng mit der AVL Motorenmesstechnik und
Testsystemen verknüpft und mit ihnen kompatibel. Es wird immer
wichtiger, dem Entwicklungsingenieur Simulationsergebnisse direkt
am Prüfstand auf der Basis von Testergebnissen zu liefern. Das führt
zu einem tieferen Verständnis des Antriebsstrangs und in der Folge
zu einem kürzeren Testzyklus.
INTEGRIERTE ENTWICKLUNG VON
ANTRIEBSSYSTEMEN
Das umfassende Expertenwissen der AVL Ingenieure ist die Basis
für alle unsere Softwaretools und -lösungen. AVL analysiert die Prozesse der Antriebsstrangentwicklung und definiert so Softwareanwendungen für diesen Aspekt. Aufgrund dieser Komplexität legen
wir den Schwerpunkt auf anwendungsfokussierte Arbeitsabläufe,
die den Anwender bis zu den technischen Praxislösungen führen.
Die Darstellung der Simulationsergebnisse ist ebenso einfach zu
interpretieren wie die der Testergebnisse.
DURCHGÄNGIGE SIMULATIONSABLÄUFE/
WELTWEITE UNTERSTÜTZUNG FÜR
SIMULATIONSLÖSUNGEN
EIN KALEIDOSKOP AN SIMULATIONSMÖGLICHKEITEN
Die Entwicklung der AVL Simulationssoftware stützt sich auf die
einzigartige Umgebung, die AVL zu bieten hat: Entwicklung der
Antriebssysteme, Motorenmesstechnik- und Testsysteme sowie
Advanced Simulation Technologies sind die drei Säulen des Unternehmens, die enorme Synergien bieten. Die Entwicklung der AVL
Simulationssoftware stützt sich auf Kernwerte, die AVL Advanced
Simulation Techologies als einen leistungsstarken Partner für alle
Ihre Berechnungsaufgaben positionieren.
• Modelle zur realitätsnahen Systemsimulation
• Durchgängige Simulationsabläufe
•Integrierte Entwicklung von Antriebssystemen
• Enge Verbindung von Simulation und Testsystemen
• Weltweite Unterstützung für Simulationslösungen
SIMULATION TOOLS
/6
/7
Y
CRUISE
SIMULATION SOLUTIONS
Fahrzeugsysteme
EMISSIONS
PERFORMANCE
Einspritzdüsen,
Kavitation
und Erosion
Verbrennung und
Emissionen
FUEL ECONOMY
Turboaufladung
Abgasnachbehandlung
DOE – AVL Ergebnisse des Sprit­
verbrauches in Abhängigkeit von
Motorleistung, Elektrifizierungs­
grad und Fahrer
Getriebe und
Antriebsstrang
Lebensdauer und NVH
Elektrifizierung
Thermomanagement
und Aerodynamik
Kalibrieren
und Testen
Abschrecken von
Gussteilen
Fahrzeugsysteme
AVL CRUISE gilt in der gesamten Branche als die ausgereifteste
und höchstentwickelte Simulationssoftware für Antriebsstränge von
Fahrzeugen auf Systemebene. AVL CRUISE gelingt es, die heutige und
künftige Komplexität von Antriebsstrangsystemen mit einem überaus
flexiblen und dennoch anwenderfreundlichen Konzept zu bewältigen.
VON DER KONZEPTSTUDIE ZUR KALIBRIERUNGSUND TESTPHASE
SIMULATION TOOLS
AVL CRUISE bietet die uneingeschränkte Flexibilität, die für die
Erstellung eines Systemmodells notwendig ist. Die Software unter­
stützt die Analyse von Fahrzeugsystemen und Antriebssträngen
während aller Entwicklungsphasen – von der Konzeptplanung und
Konstruktion bis hin zur Kalibrierung und Verifizierung in Testsystemen.
Ausgehend von wenigen Eingabeparametern in der Startphase
erweitert sich das Modell im Verlauf des Entwicklungsprozesses
/8
ÄNDERUNGEN LEICHT GEMACHT
entsprechend den zunehmenden Simulationserfordernissen
bei der Kalibrierung. Die Wiederverwendung von Modellen in
späteren oder iterativen Entwicklungsansätzen gewährleistet
einheitliche Entscheidungsprozesse und spart wertvolle
Konstruktionszeit. Dadurch
kann das Hauptaugenmerk auf
die Optimierung der Kraftstoff­
effizienz, die Reduzierung der
Emissionen und die Verbesserung der Fahrleistung und der
Fahrbarkeit gerichtet bleiben.
AVL EVARE mit Range Extender
Die heutigen und künftigen multisystemischen Ansätze in der Antriebsstrangentwicklung steigern die
Komplexität von Systemsimulationsmodellen in nie gekanntem Ausmaß. Die anpassungsfähige Gesamtsystem-­­/
Teilsystem-Struktur von AVL CRUISE erlaubt es, Änderungen von Antriebsstrangkonzepten buchstäblich mit
einem Mausklick durchzuführen. Die Hybridisierung des Fahrzeugs und die Modellanpassung entsprechend
den Anwendungserfordernissen in verschiedenen Phasen sind eine Sache von Minuten. Das spart Zeit, sodass das Hauptaugenmerk stärker auf die Ingenieursarbeit, die Kalibrierung und das Testen gelegt werden
kann, ohne sich näher mit mathematischen Gleichungen und Programmierungen befassen zu müssen.
AVL CRUISE Modell eines gesamten Sattelzuges
LÖSUNGSORIENTIERTES KONZEPT FÜR ALLE AUFGABEN
AVL CRUISE ist mehr als nur ein Simulationsmodell für Fahrzeuge. Straffe Arbeitsabläufe werden für alle
Arten der Parameteroptimierung, des Komponentenabgleichs und der Teilsystemintegration realisiert.
Der modulare Aufbau mit zahlreichen Schnittstellen zu anderen Simulations­tools, sofort verwertbare
Analyseergebnisse und ein exzellentes Daten­management sind nur einige der Gründe, warum sich
immer mehr inter­national führende OEMs und Zulieferbetriebe auf AVL CRUISE als Integrations­platt­form
für Antriebsstränge auf Systemebene verlassen.
/9
Wahrscheinlichkeit für Kavitationserosion
während eines Einspritzvorganges
SIMULATION SOLUTIONS
Fahrzeugsysteme
Einspritzdüsen,
Kavitation
und Erosion
Verbrennung und
Emissionen
Turboaufladung
Abgasnachbehandlung
Getriebe und
Antriebsstrang
Lebensdauer und NVH
Elektrifizierung
Thermomanagement
und Aerodynamik
Kalibrieren
und Testen
Abschrecken von
Gussteilen
SIMULATION TOOLS
Einspritzdüsen, Kavitation und Erosion
AVL BOOST HYDSIM und AVL FIRE® sind unverzichtbare Werkzeuge bei der Entwicklung und Optimierung
von Einspritzdüsen. Während die eindimensionalen AVL BOOST HYDSIM Modelle typischerweise das
gesamte Einspritzsystem vom Kraftstofftank bis zum Einspritzventil abbilden, liegt der Fokus bei AVL FIRE®-­
Modellen auf der dreidimensionalen Strömungsberechnung in der Einspritzdüse.
Da in der Startphase der Entwicklung weder Nadelhub noch Eingangs­drücke bekannt sind, ist eine virtuelle
Prototypenumgebung uner­lässlich. Dabei stellen gekoppelte 1D/3D-Simulationen der Kraftstoffeinspritzung die beste Unterstützung dar. Einerseits werden mit den Informationen aus der AVL BOOST
HYDSIM Simulation der longitudinale und radiale Nadelversatz sowie das Druckniveau zur Verfügung
gestellt, während AVL FIRE® andererseits die Genauigkeit der 1D-Lösung verbessert.
DIE LÖSUNG IST MEHRPHASENSTRÖMUNGSSIMULATION
Moderne Einspritzsysteme bedienen sich hoher Pumpdrücke, um
das Zerstäuben von Tröpfchen und die Gemischbildung in der
Brennkammer zu verbessern. Das Ziel ist es, die Leistung und die
Effizienz zu erhöhen und die Rohemissionen zu minimieren. Die
daraus resultierenden Druckunterschiede zwischen Kraftstoffleitung
und Brennkammer sind sehr groß und führen daher zu sehr hohen
Strömungsgeschwindigkeiten in der Einspritzdüse. So wird erreicht,
dass der Treibstoff einen Phasenwechsel vom Flüssigzustand in
Dampf durchmacht. Um diesen Effekt der Kavitation, die durch
die hohe Strömungsgeschwindigkeit entsteht, präzise abbilden zu
können, wurde AVL FIRE® dahingehend entwickelt, um genau diese
modellieren und vorhersagen zu können. Diese exakte Vorhersage
von transienten Durchflussraten ermöglicht einen detaillierten Einblick
in die instationären Strömungsverhältnisse in den Austrittsbereichen
der Düsenöffnungen.
/ 10
LES angewendet auf einer realistischen
Diesel­einspritzdüse, mit Dreiphasen
Kavitierende Düseninnenströmung, die als
Input für die Verbrennungberechung im
Zylinder herangezogen wird
Durch das Koppeln der zwei
Software-Werkzeuge AVL FIRE®
und AVL BOOST HYDSIM sind
Vorhersagen der auftretenden
lateralen Nadelkräfte und
Verschiebungen möglich
DIE EINSPRITZDÜSE
Die mit AVL FIRE® simulierten Strömungsbedingungen, die an der
Austrittsebene der Düsenöffnung vorhergesagt werden, dienen als
Eingabewerte für innermotorische Verbrennungssimulationen. So
kann eine optimale Korrelation zwischen den Strömungsbedingungen
innerhalb der Düse und jenen, unter welchen der Kraftstoff in die
Brennkammer freigesetzt wird, erreicht werden. Diese berücksichtigt
auch die turbulenten Strömungen am Einspritzventil.
EROSIONSMODELLIERUNG
Die Kavitation in den Einspritzdüsen verursacht sehr oft eine Erosion
des Materials und steht somit in engem Zusammenhang mit der
Lebensdauer der Einspritzkomponenten. Die Vorhersage der Erosions­
wahrscheinlichkeit hilft bei der Definition der Designparameter der
Düse. So kann die Strömungsaggressivität in kritischen Bereichen
gesenkt und gleichzeitig die bestmögliche Auflösung des Treibstoffs sichergestellt werden.
Chesnel et al., ASME (2010)
Einsatz von LES in Verbindung
mit der Volume-of-Fluid-Methode,
um Details zur Strahlausbreitung
darzustellen
AVL FIRE®
/ 11
Mehrzonen-Verbrennungsmodell
in AVL BOOST
SIMULATION SOLUTIONS
Fahrzeugsysteme
Einspritzdüsen,
Kavitation
und Erosion
Dieselkraftstoffeinspritzung
Verbrennung und
Emissionen
Turboaufladung
Abgasnachbehandlung
Getriebe und
Antriebsstrang
Lebensdauer und NVH
WENIGER EXPERIMENTE, MEHR KREATIVITÄT
Elektrifizierung
Thermomanagement
und Aerodynamik
Kalibrieren
und Testen
Abschrecken von
Gussteilen
Verbrennung und Emissionen
Systementwickler greifen bevorzugt auf AVL BOOST und AVL FIRE®
zurück, wenn verlässliche Ergebnisse für Motoren- und Verbrennungs­
konzepte benötigt werden. Die intelligente Verbindung beider
Softwaretools ermöglicht Lösungen für komplexe Aufgaben schon
im Frühstadium der Entwicklungsphase.
SCHNELLERE SIMULATIONSABLÄUFE
SIMULATION TOOLS
Analyse der In-Zylinder­
strömung eines
4-Zylinder-Ottomotors
Die Erzeugung von Berechnungsgittern für die komplexen Geometrien
moderner Verbrennungsmotoren verkürzt sich dank FAME Engine
Plus, dem hochspezialisierten und automatisierten Pre-­ProcessingTool von AVL FIRE®, auf wenige Tage. Das schnelle und effiziente
Erzeugen von Gittern liefert im Verbund mit dem intelligenten,
durchgängig parallelisierten Hauptprogramm von AVL FIRE®
CFD-­Simulationsergebnisse, die bislang nicht erreichbar waren.
/ 12
REFLEKTIERTE WIRKLICHKEIT
AVL FIRE® bietet validierte Modelle für unterschiedliche Simulations­
aufgaben wie z. B. Einspritzung, Zündung, Verbrennung und Emission.
Die Simulation der Einspritzung beinhaltet das Auflösen der Tropfen,
die Interaktion zwischen den Tropfen sowie die Interaktion zwischen
Wand und Tropfen. Einspritz- und Wandfilmmodelle können alle
gängigen Treibstoffvarianten abbilden. Die V
­ erbrennungsmodelle­
können kinetische Reaktionen der Flammenausbreitung, des eingespritzten Gemisches wie auch die Emission nach der Zündung
abbilden. Aufgrund der fortschrittlichen Modellierungsansätze ist
AVL FIRE® das Programm der Wahl, wenn es um die Simulation von
Verbrennungsmotoren und In-Zylinder-Vorgängen geht.
Die Funktionsvielfalt von AVL BOOST und AVL FIRE® ermöglicht eine genaue Simulation motorspezifischer
Phänomene, sodass der Bedarf an teuren und zeitaufwändigen Experimenten verringert werden kann.
Beispiele dafür sind die Mehrphasenströmung in der Einspritzanlage, die Gasdynamik in den Zylindern,
die Kraftstoffeinspritz- und Verbrennungsprozesse, die Kühlmittel- und Abgasströme sowie die Abläufe
bei der Abgasnachbehandlung.
Gaseinblasung auf einen Glühstift
VALIDIERTE LÖSUNGEN FÜR DIE ABGASNACHBEHANDLUNG
AVL FIRE® und AVL BOOST bieten eine einmalige, durchgängige Integration von 1D-, 2D- und 3D-Simulations­
tools für Verbrennungs- und Emissionssimulation. Beide Programme basieren auf identischen mathematischen, physikalischen und chemischen Modellen, die beiden Softwaretools zur Verfügung stehen.
Das Modell kann von einer Dimension auf drei erweitert werden und dabei konsistente Ergebnisse liefern.
Allerhöchste Genauigkeit wird mithilfe eines Präzisionssolvers für chemische Reaktionen erreicht und durch
kontinuierliche Tests auf AVL Motoren- und Emissionsprüfständen nachgewiesen.
SYNERGIEN ZWISCHEN SIMULATION UND TEST
Die Integration von AVL BOOST direkt am Prüfstand bietet den Vorteil, dass zusätzliche Ergebnisse
online während des Motorentests berechnet werden können. Das bedeutet eine enorme Zeitersparnis
speziell bei komplexen Entwicklungsprojekten, die bei AVL durch einzigartige Synergien zwischen Testen, Simulation und Entwicklung ermöglicht wird.
Strömungsfeld in einem Ottomotor
/ 13
SIMULATION SOLUTIONS
Fahrzeugsysteme
AVL BOOST Modell 6-Zylinder
Bi-Turbo Ottomotor
Einspritzdüsen,
Kavitation
und Erosion
Verbrennung und
Emissionen
Turboaufladung
Abgasnachbehandlung
Getriebe und
Antriebsstrang
Lebensdauer und NVH
Elektrifizierung
Thermomanagement
und Aerodynamik
Kalibrieren
und Testen
Abschrecken von
Gussteilen
Turboaufladung
Rotordynamik – Anregung
erster Ordnung und sub­
harmonische Schwingungen
AVL BOOST, AVL EXCITE und AVL FIRE® erlauben die Konstruktion
von Kompressor- und Turbinenkomponenten gemäß den neuesten
Entwicklungen sowie einen Turboladerabgleich im Rahmen eines ganz­
heitlichen Motorenkonzepts. Der integrierte Ansatz berücksichtigt
die komplexen Wechselwirkungen zwischen den Systemkomponenten
und erlaubt so die Konstruktion von Motoren mit dem höchsten
Wirkungsgrad und den niedrigsten Emissionen.
REDUKTION DES CO2-AUSSTOSSES
MOTORLEISTUNG UND EMISSIONEN
Die Reduktion des CO2-Ausstoßes und die Steigerung der Energieeffizienz sind die wichtigsten Vorgaben für druckgeladene Motoren.
Aufgeladene Motoren können kleiner und emissionsärmer gebaut
werden als vergleichbare Saugmotoren und trotzdem die Kraft und
Leistung liefern, nach denen der Kunde verlangt.
DRUCKWELLENLADER
SIMULATION TOOLS
Simulation der Strömungen im Turbolader
Im Gegensatz zu herkömmlichen Turboladern nutzt der Druckwellen­
laderprozess eine direkte gasdynamische Übertragung von Abgas­
energie an die Frischluftladung aufgrund der Druck- und Expansionswellen in den Rotorkanälen. Die zugrunde liegenden physikalischen
Ansätze erlauben ein hochprädiktives 1D-Modell, bei dem die Leistung
als Simulationsergebnis dargestellt wird und keine Kennfelder für
Massenstrom oder Wirkungsgrad benötigt werden.
/ 14
SIMULATIONSTIEFE ÜBER MEHRERE EBENEN
Die grundlegende thermodynamische Anpassung des Turboladers
erfolgt für stationäre Motorbetriebspunkte, gefolgt von einer Opti­
mierung des transienten Ansprechverhaltens. Die Berechnung ist
iterativ und stützt sich auf Kompressor- und Turbinenkennfelder sowie
die wichtigsten Motordaten. Zusammen mit dem Aufladesystem kann
der Motor in das Fahrzeugsimulationstool AVL CRUISE integriert
werden, um das Verhalten des Gesamtsystems in einem Fahrzyklus
zu analysieren.
Der Markt verlangt hochentwickelte Aufladesysteme – AVL BOOST
und AVL FIRE® sind die Antwort auf diesen Bedarf. Die Anwender
können den passenden Turbolader für einen Motor wählen. Sie
können neue Turbolader konstruieren und stets sicher sein, dass auf
jeder Konstruktionsstufe ein Abgleich mit dem Motor gewährleistet
ist. Sie können die Größe von Kompressoren und Turbinen ändern
und die Auswirkungen dieser Änderungen simulieren. Eine Optimierung des Turboladers unter Zuhilfenahme der Auswirkungen von
Waste Gate, variabler Turbinengeometrie, Abgasrückführung und
Verluste der einzelnen Komponenten auf das Gesamtsystem wird
ermöglicht.
TURBOLADER ROTORDYNAMIK UND LAGERANALYSE
Die Untersuchung der dynamischen Stabilität des Rotorlagersystems
ist ein wichtiges Analyseziel zur Auslegung von Turboladern für
Kraftfahrzeuge und industrielle Motoren. Dies erfordert eine flexible
Mehrkörperdynamik-Lösung einschließlich nicht linearer Modelle
für die Schwimmbuchsenlager, welche in der Lage ist, das dynamische
Verhalten des Systems für Rotordrehzahlen bis zu 250.000 U/min zu
berechnen.
AVL EXCITE berücksichtigt alle
diese Effekte in unterschiedlichen
Detailliertheitsgraden. Die Hochlaufsimulation unterstützt effektiv die
Ermittlung kritischer Drehzahlen,
die durch Torsions- und Biegeresonanzen her­vorgerufen werden. Die
Anwendung des elasto-hydrodynamischen Gleit­lagermodells berücksichtigt den Einfluss von Schwimmbuchsenlagern mit rotierender
oder fest­stehender Buchse inklusive
der Bohrungen in der Buchse, um
den inneren und äußeren Ölfilm des
Lagers zu verbinden. Die mit AVL
EXCITE erzielten Ergebnisse ermöglichen dem Ingenieur die optimale
Abstimmung von Konstruktionspara­
metern hinsichtlich Dämpfung des
Rotorsystems, des Ölvolumenstroms
und der Resonanzempfindlichkeit.
Schwimmbuchsenlager –
innerer und äußerer Schmier­
filmdruck bei 100.000 U/min
/ 15
SIMULATION SOLUTIONS
Fahrzeugsysteme
Einspritzdüsen,
Kavitation
und Erosion
Abgasnachbehandlung
Turboaufladung
Die AVL Aftertreatment Simulation Suite, bestehend aus den Softwareprodukten AVL BOOST, AVL CRUISE und AVL FIRE®, ist eine
einzigartige, offene und skalierbare Lösung, die eine konsistente
Modellierung der für Abgasnachbehandlungsanlagen relevanten
Physik und Chemie ermöglicht. Diese Lösung ist außerdem während
aller Entwicklungsphasen einsetzbar.
Abgasnachbehandlung
KONKURRENZLOSE LEISTUNG
Verbrennung und
Emissionen
Getriebe und
Antriebsstrang
Lebensdauer und NVH
Elektrifizierung
Thermomanagement
und Aerodynamik
EINFACHE HANDHABUNG
SCR-System zur Anwendung
in Nutzfahrzeugen
Mit AVL BOOST und AVL FIRE® können einzelne Komponenten und
ganze Systeme modelliert werden. Die AVL Aftertreatment Suite
ermöglicht die äußerst schnelle Identifizierung, Analyse und Optimierung kinetischer Parameter für Abgasnachbehandlungssysteme. Innerhalb weniger Stunden können hunderte Simulationen ausgeführt und
große Parametervariationen auf einfache Weise untersucht werden.
DURCHGÄNGIGE INTEGRATION
Strömungsfeld mit Tropfen in der
Umgebung des AdBlue Injektors
AVL FIRE® und AVL BOOST bieten eine einmalige, ­durchgängige Integration von 1D-, 2D- und 3D-Simulationswerkzeugen (der Software­
produkte) für Abgasnachbehandlungssysteme. Beide Programme
basieren auf identischen mathematischen, physikalischen und
chem­ischen Modellen. Der Entwicklungsingenieur hat daher die
Möglichkeit, zu jeder Zeit im Entwicklungsprozess das Simulations­
werkzeug zu verwenden, welches am besten die jeweiligen Anforderungen an Durch­laufzeit und Genauigkeit erfüllt. Das Umschalten
von einem 1D AVL BOOST Modell auf ein 3D AVL FIRE® Modell oder
sogar in die andere Richtung kann ohne Verlust der Modellierungs­
konsistenz erfolgen. Einmal konfigurierte Berechnungen können direkt
von einer Software in die andere importiert und dort verwendet
werden. Der Anwender wechselt sozusagen lediglich die Dimension
des jeweiligen Berechnungsmodells. Daten, die mit AVL BOOST
berechnet wurden, können außer­dem zu Kennfeldern zusammengefügt werden, mit deren Hilfe AVL CRUISE dann die Emissionen
für Fahrzeugtestzyklen berechnen kann.
Kalibrieren
und Testen
Abschrecken von
Gussteilen
SIMULATION TOOLS
/ 16
AVL BOOST und AVL FIRE® bieten Reaktionskinetikmodelle für alle
gängigen Nachbehandlungssysteme. Der Anwender kann diese aber
auch durch interaktives Aktivieren und Deaktivieren individueller
Gleichungen oder durch von ihm selbst definierte Mechanismen
modifizieren oder ersetzen. Außerdem können Anwender AVL BOOST
Modellierungsdateien in die AVL FIRE® Solver-GUI importieren,
wodurch die zeitaufwändige und fehleranfällige Neu­eingabe von
Daten beim Wechsel von 1D- zu 2D/3D-CFD entfällt.
KONTINUIERLICHE WEITERENTWICKLUNG
Die AVL Aftertreatment Suite wird seit mehr als 15 Jahren kontinuier­
lich weiterentwickelt. Die enge Zusammenarbeit mit führenden Partnern
aus Industrie und Wissenschaft gewährleistet Modellierungs­
fähig­keiten im Einklang mit den Erfordernissen von Forschern und
Entwick­lern, die an der Verbesserung der heutigen Systeme und an
den Lösungen der nächsten Generation arbeiten. Neue Modelle
werden sofort in die Praxis umgesetzt.
GEPRÜFTE LÖSUNGEN FÜR DIE ABGASNACHBEHANDLUNG
Die AVL Aftertreatment Suite wird nicht nur von zahlreichen Kunden
auf der ganzen Welt genutzt, sondern auch von AVL selbst. AVL
Powertrain Engineering entwickelt Hardware-Lösungen auf der
Grundlage von Simulationsergebnissen, die mit AVL BOOST
und AVL FIRE® erzielt wurden. Dadurch gewinnen wir wertvolle
Erkenntnisse zur Softwareentwicklung, die auf unseren Emissionsprüfständen kontinuierlich verifiziert werden können.
Strömungsgleichverteilung
und Temperaturfeld in einem
Dieselpartikelfilter
OFFENHEIT IST DER SCHLÜSSEL ZUM ERFOLG
AVL BOOST und AVL FIRE® unterstützen den Einsatz von kunden­
spezifischen Codeerweiterungen. Zu diesem Zweck bieten beide
Produkte die Möglichkeit der Verknüpfung benutzerdefinierter Funktionen. AVL bietet auch die standardisierte Benutzerschnittstelle mit
dem Namen AUCI (AVL User Coding Interface) an. Das ermöglicht
es dem Anwender, jeden Reaktionsmechanismus einzusetzen, ohne
eine einzige Zeile Code zu programmieren. AUCI unterstützt weiters
den Austausch des Codes unter den verschiedenen Beteiligten, wie
es bei der Entwicklung eines Abgasnachbehandlungssystems üblich
ist. Vor dem Speichern der Eingaben kann der Anwender entscheiden,
welchen Teil des Inhalts er versteckt bzw. offen anzeigen lässt, damit
die Personen, die tatsächlich diesen Code nützen, ihren Teil sehen
können. So bleiben geschützte Informationen erhalten, während aber
sichergestellt wird, dass alle Beteiligten die gleichen Ergebnisse
bekommen.
/ 17
Getriebeakustik
Antriebseinheit –
Untersuchung
von Getriebe­heulen
und -rasseln
SIMULATION SOLUTIONS
Fahrzeugsysteme
Einspritzdüsen,
Kavitation
und Erosion
Verbrennung und
Emissionen
Turboaufladung
Abgasnachbehandlung
Getriebe und
Antriebsstrang
AVL CRUISE Modell mit detailliertem Getriebemodell
Lebensdauer und NVH
Elektrifizierung
Thermomanagement
und Aerodynamik
Kalibrieren
und Testen
Abschrecken von
Gussteilen
Getriebe und Antriebsstrang
Skalierbarkeit spielt eine zentrale Rolle in der AVL Simulationssoftware. Das Programmportfolio
erlaubt die Modellierung von Getrieben und kompletten Antriebssträngen auf allen erforderlichen
Ebenen gemäß den Erfordernissen diverser Anwendungen in der Komponenten- und Steuerungsentwicklung und der Fahrzeugintegration. Die Untersuchungsmöglichkeiten reichen vom allgemeinen
Systemverhalten über die detaillierte Analyse von Verlusten bis hin zur NVH- und Lebensdaueranalyse
einzelner Komponenten.
DAS VERSTÄNDNIS VON KOMPONENTEN UND SYSTEMEN
ERHÖHT DIE EFFIZIENZ
SIMULATION TOOLS
Der Versuch, in bereits umfassend optimierten Antriebssträngen nach Möglichkeiten zur Energieeinsparung
zu suchen, ist nicht mehr zeitgemäß. Dieser überwiegend komponentenzentrierte Ansatz war in der
Vergangenheit üblich und meist auch ausreichend. Heute muss der gesamte Energiefluss – von der
Erzeugung der Antriebskraft bis zur Kraft an den Rädern – unter Berücksichtigung des Verlustbeitrages
jeder Komponente zu den CO2-Emissionen des Fahrzeugs untersucht werden. Dies erfordert einen
ganzheitlichen Systemansatz mit integrierter Teilsystemanalyse und einer detaillierten Untersuchung
jeder einzelnen Komponente.
/ 18
Mit AVL EXCITE werden Ana­
lysen von Komponenten und
Teilsystemen ausgeführt, um
Reibungskennfelder für die
verlustverursachenden Teile zu
erstellen. Diese Kennfelder werden in AVL CRUISE zur Unter­
suchung von Fahrzeugsystemen
– wie zum Beispiel zur Kraftflussund Verlustverteilungsanalyse
während des Fahrzyklustests –
verwendet. Das Zusammenwirken verschiedener Tools sorgt
für das nötige Verständnis der
Auswirkungen jeder Komponente und ihrer Modifizierungen
auf die Kraftstoffeffizienz des
Fahrzeugs. Das wiederum hilft,
die richtigen Entscheidungen
zur Bauteiloptimierung mit dem
besten Verhältnis zwischen Aufwand und Nutzen zu treffen.
REDUZIERUNG DES AUFWANDS BEI DER ENTWICKLUNG
VON SCHALTPROGRAMMEN
Um die CO2-Ziele zu erfüllen, ohne die Forderung des Marktes nach
höchster Leistung und exzellenter Fahrbarkeit aus den Augen zu
verlieren, finden Getriebeautomatiken wie AMT, DCT, AT und CVT
zunehmend Verbreitung. Für die Kombination aus Fahrzeugtyp,
Antriebsstrang und bauteilbedingten Grenzen muss das richtige
Schalt­programm gefunden werden. Das stellt die Fahrzeugentwicklung vor völlig neue Herausforderungen.
OPTIMIERUNG VON VIBRATIONEN,
FESTIGKEIT UND AKUSTIK
Dank der verschiedenen Modellierungstiefen basierend auf einer
starren bzw. flexiblen Mehrkörperdynamik unterstützt AVL EXCITE
die transiente vibroakustische Analyse konventioneller und hybrider
Antriebsstränge bis zu einer Frequenz von 3 kHz. Eines der Simula­
tionsziele ist die Untersuchung des dynamischen Verhaltens und
von Geräuschen in Antriebssträngen unter stationären und nicht
stationären Betriebsbedingungen. So wird untersucht, ob es beim
Gasgeben bzw. Gaswegnehmen oder während des Anlassens oder
Abschaltens des Motors zu Störungen wie Dröhnen, Lastwechselschlag, Rasseln, Heulen, Rupfen oder Rütteln kommt. Für die Analyse
von Vibrationen des Fahrgestells werden die durch die dynamischen
Prozesse des Antriebsstrangs hervorgerufenen Erregungskräfte an
den Verbindungs­stellen zur Fahrzeugkarosserie, wie zum Beispiel an
den Motorlagern, angebracht.
Upshifting + Downshifting
Acceleration Pedal (%)
110.0
100.0
90.0
80.0
70.0
AVL CRUISE GSP (Gear Shifting Program) optimiert die Entwicklung von
Schaltprogrammen auf besonders effiziente Weise. In den frühen
Konzeptphasen ermöglicht AVL CRUISE GSP in Sekundenschnelle die
automatische Erstellung von Schaltdiagrammen für verschiedene Antriebsstränge, wodurch die Genauigkeit der Ergebnisse von simuliertem
Kraftstoffverbrauch und Fahrzeugleistungen erhöht wird. Die Kalibrierungsingenieure können nun die Arbeit an einem Schaltprogramm
aufnehmen, das in Bezug auf Kraftstoffeffizienz, Leistung und Antriebsqualität bereits nahe am Optimum liegt, noch bevor das Fahrzeug
erstmals auf die Straße oder den Prüfstand rollt. Dies reduziert sowohl
die Entwicklungszeit als auch die Kosten für Fahrzeugtests signifikant.
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
120.0
140.0
160.0
180.0
Velocity (km/h)
AVL CRUISE GSP – Generieren & Optimieren der Schaltstrategie, um das vorgegebene Ziel zu erreichen
/ 19
SIMULATION SOLUTIONS
Fahrzeugsysteme
Einspritzdüsen,
Kavitation
und Erosion
Verbrennung und
Emissionen
Turboaufladung
Abgasnachbehandlung
Getriebe und
Antriebsstrang
Lebensdauer
und NVH
Elektrifizierung
Thermomanagement
und Aerodynamik
Kalibrieren
und Testen
Abschrecken von
Gussteilen
SIMULATION TOOLS
MULTI-LEVEL SIMULATIONSMODELLE
Lebensdauer und NVH
Die Mehrzahl aller Motorenhersteller verwendet AVL EXCITE als
Hauptplattform für Festigkeits- und NVH-Simulationen von Antriebs­
aggregaten. Damit ist AVL EXCITE die führende Software für die
Berechnung der Haltbarkeit von Motorkomponenten, der Ventilund Steuertriebdynamik, tribologischen Analysen von Gleitkontakten,
der Auslegung von Kolben und Kolbenringen und der akustischen
Optimierung.
REALE BEDINGUNGEN FÜR PRÄZISE ERGEBNISSE
AVL EXCITE berechnet komplexe dynamische Modelle deutlich
schneller als universelle Mehrkörperdynamik-Software. Dank zuver­
lässiger und optimierter Solver werden selbst bei solchen Modellen
kurze Berechnungszeiten erreicht. Präzise Modelle des elastohydro­
dynamischen Kontakts in Gleitlagern sowie zwischen Kolbenring und
Laufbuchse erlauben eine detaillierte Untersuchung des Kontaktverhaltens und die Berechnung von Reibung und Verschleiß. Auf dieser
Grundlage können Ingenieure die richtigen Konstruktionsentscheidungen treffen und aufwändige Tests mit Prototypen reduzieren.
SPEZIELLE LÖSUNGEN FÜR ANTRIEBSSYSTEME
Auf die Berechnung von Antriebseinheiten abgestimmte Arbeitsabläufe sowie eine automatisierte Modellgenerierung und Ergebnis­
auswertung verkürzen die Projektdauer. So ermöglicht AVL EXCITE
AutoSHAFT eine beträchtliche Zeiteinsparung bei der Generierung
von Kurbelwellenmodellen. Anhand von CAD-Daten kann innerhalb
weniger Stunden ein fertiges Kurbelwellenmodell erstellt werden.
Mit AVL EXCITE lassen sich nicht nur stationäre Betriebspunkte, sondern
auch transiente Hochläufe und instationäre Betriebszustände
berechnen. Dadurch können kritische Betriebszustände zuverlässig
und ohne zeitaufwändige Interpretation unzureichender Ergebnisse
ermittelt werden. Darum wird der Auf­wand beim Austausch von
/ 20
4-Zylinder-Reihenmotor – Reibung in den Gleitkontakten
des Kurbeltriebs
Modellen zwischen Computerund Testsystemen in beiden
Richtungen sehr gering gehalten. Diese Einheitlichkeit
bei Modell und Solver ist die
Voraussetzung für vergleichbare Ergebnisse von hoher
Qualität während des gesamten
Entwicklungszyklus.
Ventil- und Steuertriebdynamik
Unterschiedliche Modellierungs­
tiefen für einzelne Komponenten
und das Gesamtsystem sorgen
für ein ausgewogenes Verhältnis
zwischen der durch das An­wen­dungsziel vorgegebenen
Genauigkeit und der Model­lierungs- und Simulationszeit
und tragen so zur Aufwands­
optimierung bei. Die Simulations­
modelle können mit Fort­schritt
im Entwicklungsprozess ausgebaut und detailliert werden.
Das spart Kosten, weil nicht für
jeden Schritt neue Modelle
erstellt werden müssen.
INTEGRATION UND KUNDENSPEZIFISCHE ANPASSUNG
Schnittstellen für FE- und Fatiguesimulationssoftware von Dritt­anbietern ermöglichen die durchgängige
Integration von AVL EXCITE in die CAE-Umgebung der Kunden. Dank des integrierten Finite-Elemente-­
Solver von Abaqus™ und des auf fe-safe™ basierenden Fatigue- und Festigkeitsanalyse-Tools AVL EXCITE
Fatigue können die Arbeitsabläufe der Fatigue- und NVH-Analysen vollständig durch AVL EXCITE über­
nommen werden. Für umfangreiche Variantenrechnungen, Parameteridentifizierungen und Optimierungs­
aufgaben stehen das integrierte Tool Design Explorer sowie Schnittstellen zu handelsüblicher Optimierungssoftware zur Verfügung. Darüber hinaus bietet AVL EXCITE definierbare Modellvorlagen, Plot- und
automatische Berichterstellung, Workflow-Beschreibungen und eine anpassbare grafische Anwenderschnittstelle.
MOTORAKUSTIK IM ZEIT- UND FREQUENZBEREICH
AVL BOOST bietet lineare und nicht lineare Akustikmodule für die
Simulation von Freifeld- und Kanalakustik zur Unterstützung
• Der Konstruktion von Schalldämpfern
• Der Geräuschminderung an Ansaug- und/oder Auslassöffnungen
• Der Auslegung von Motorakustik usw.
Die entstehenden Druckwellen können zur Anregung für Gehäuseschallsimulationen mit AVL EXCITE verwendet werden.
Akustik einer Antriebseinheit –
Körperschall und Schallabstrahlung
(AVL EXCITE Acoustics)
Korrekte Berechnung von Moden höherer Ordnung
durch AVL BOOST 3D
/ 21
SIMULATION SOLUTIONS
Fahrzeugsysteme
Einspritzdüsen,
Kavitation
und Erosion
Verbrennung und
Emissionen
Turboaufladung
Abgasnachbehandlung
Getriebe und
Antriebsstrang
Lebensdauer und NVH
Elektrifizierung
Thermomanagement
und Aerodynamik
Elektrifizierung
Die Simulation von Fahrzeugen mit verschiedenen Elektrifizierungs­
graden (von HEV bis PEV), die Optimierung von elektrischen Anlagen
und ihrer Komponenten, wie zum Beispiel Elektroantriebe, Batterien
und Brennstoffzellen unter völlig neuen Betriebsbedingungen oder
die Leistungssteigerung von elektrischen Turboladern sind nur einige
Beispiele für die innovative Simulationsfähigkeiten von AVL auf dem
weiten Feld neuer und anspruchsvoller technologischer Trends.
SIMULATION VON BRENNSTOFFZELLEN
Dynamikanalyse von Hybridantrieben –
Interaktion zwischen E-Maschine
und Verbrennungsmotor (AVL EXCITE)
DETAILLIERTE NVH-ANALYSE VON ELEKTRIFIZIERTEN
ANTRIEBSSTRÄNGEN
Die detaillierte Analyse von Komponenten und Systemen im Hinblick
auf die Dynamik, Festigkeit, Lebensdauer und Akustik hybrider Antriebsstränge oder Stromgeneratoren ist die Domäne von AVL EXCITE.
Kalibrieren
und Testen
Abschrecken von
Gussteilen
Berechnungsaufgaben sind z. B. die detaillierte Untersuchung
der Interaktion zwischen der E-Maschine und dem Kurbeltrieb
von riemengetriebenen Starter-­Generator- oder Mild-HybridSystemen, Dynamik und Akustik von Getrieben bei kombinierten,
nicht stationären Lastzuständen oder der Einfluss von Zuschaltmanövern des Verbrauchernetzes auf die Dynamik und Lastzustände von Stromgeneratoren.
OPTIMIERUNG DER ENERGIESPEICHER- UND
KÜHLSYSTEME
AVL FIRE® erlaubt die Prognose des Gesamtverhaltens einer LithiumIonen-Batteriezelle, eines Moduls oder einer kompletten Batterie
während transienter Lade- und Entladevorgänge. Es können kritische
Bedingungen festgestellt werden, wodurch das System in Bezug
auf Elektrochemie, Leistung und Wärmemanagement optimiert
werden kann. Um diese Aufgaben zu erfüllen, bietet AVL FIRE®
empirische, aber auch prädiktive elektrochemische Batteriemodelle,
welche die Simulation des elektrischen Ladungstransports an
den Plus- und Minuskollektoren von aktiven Schichten und die
Wärmeleitung in thermischen Massen unter Berücksichtigung des
elektrischen und thermischen Kontaktwiderstandes ermöglichen.
SIMULATION TOOLS
/ 22
AVL FIRE® enthält zahlreiche elektrochemische und physikalische
Modelle, mit denen die in Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PEM-FC) stattfindenden Prozesse simuliert werden können.
Dabei ermittelt das Programm die elektrochemischen Reaktionen in
den Katalysatorschichten, während der Wassertransport und der Transport von Wasserionen und Gasspezies in der Membran berechnet
werden. Zu den Phänomenen in der Gasdiffusionsschicht gehören
der Kapillarfluss von flüssigem Wasser und die Elektronenleitung.
Darüber hinaus werden Phasenänderungen aufgrund von Verdampfung
und Kondensation, mehrphasige Momentübertragungen, die Mehr­
komponentendiffusion von Gasspezies und die mehrphasige Wärme­
übertragung modelliert. Wärme- und Elektronenleitung werden
in den Bipolarplatten berechnet. Eine Simulation der Kühlkanäle
ist ebenfalls vorgesehen, um den konvektiven Wärmetransport zu
berücksichtigen.
ENERGIEEFFIZIENZ ALS
HÖCHSTES ZIEL
Um Fahrbarkeit, Kraftstoff­
effizienz und Leistung eines
Fahrzeugs zu verbessern, darf
die Entwicklung seiner Komponenten und Teilsysteme nicht
isoliert erfolgen. Akzeptanz und
Erfolg eines neuen Fahrzeugs
werden bereits zu Beginn der
ersten Entwicklungsphase durch
die strategische Positionierung,
den Antriebsstrang inklusive
der Auswahl und Bemessung
der Komponenten bestimmt.
AVL CRUISE bietet ein breites
Simulation einer PEM-FC
mit AVL FIRE®
Spektrum an vorgefertigten
elektrischen Komponenten auf
Systemebene, eine dynamische
Visualisierung der Kraftflussund Energieverteilungsanalyse
und ein offenes Konzept, das
auch die kundenspezifische
Modellintegration mit anderen
Tools ermöglicht. Dies bildet
eine tragfähige Grundlage für
alle Hybridkonzepte und die
Entwicklung von Steuerungsfunktionen für alle Fahrzeug­
typen von PEV bis Voll-HEV
und zu anderen alternativen
Antriebsstrangkonzepten.
Ergebnisse aus AVL CRUISE:
Bewertung der Effizienz
der Elektrifizierung eines
Fahrzeugs
/ 23
SIMULATION SOLUTIONS
Fahrzeugsysteme
Einspritzdüsen,
Kavitation
und Erosion
Verbrennung und
Emissionen
Turboaufladung
Abgasnachbehandlung
Getriebe und
Antriebsstrang
Lebensdauer und NVH
Elektrifizierung
Thermomanagement
und Aerodynamik
Kalibrieren
und Testen
Abschrecken von
Gussteilen
Thermomanagement und Aerodynamik
Die Bauteilentwicklung für den Motor und das Fahrzeug wird über mehrere Fachbereiche verteilt.
Die Verwendung konsistenter Modelle erlaubt eine virtuelle Simulation des Gesamtsystems, die durch
eine gleichmäßige Detailliertheit während des gesamten Konstruktionsprozesses gekennzeichnet ist.
Dadurch können die einzelnen Abteilungen alle relevanten Daten erhalten, die für die Untersuchung
von Thermomanagementsystemen (VTMS) benötigt werden.
VORTEILE DES WÄRMEMANAGEMENTS
Ein gutes Motorkühlsystem ermöglicht ein schnelles
Warmlaufen des Motors, um
• Reibungsverluste zu vermindern,
• die Zeit bis zum Anspringen des Nachbehandlungs systems zu minimieren,
• die Windschutzscheibe rasch von Eis und Kondensation
zu befreien,
• eine ausreichende Kühlung aller Motorkomponenten
unter allen Betriebsbedingungen und Witterungs verhältnissen zu gewährleisten und
• ein angenehmes Kühlen oder Heizen des Fahrgast innenraumes zu ermöglichen
LEISTUNG DURCH
SIMULATION
DIE BESTEN TOOLS FÜR DIE
BESTEN LÖSUNGEN
Zum Optimieren von VTMS-­
Systemen hat AVL eine umfassende Methodik für eine ganzheitliche Fahrzeugsimulation
entwickelt. Dazu gehört die
Simulation der Motorleistung,
der Abgasnachbehandlung,
der Kühl- und Ölkreisläufe, der
Luftströmung im Motorraum
sowie der Wärmeübertragung
zwischen Fluiden und den
Komponenten der Fahrzeug­
struktur.
AVL bietet drei integrierte
Tools für die durchgängige
Entwicklung und Optimierung
von Systemen und Steuerungskonzepten für das Wärme­
management von Fahrzeugen:
• AVL BOOST zum Berechnen
der Gasdynamik, der
Leistung, der Kühl- und Ölkreisläufe sowie der Abgasnachbehandlung in 1D
• AVL CRUISE M, der Industriestandard für integrierte
Fahrzeugsimulation auf
Systemebene
• AVL FIRE®, das 3D-CFD Tool
für die Entwicklung von
Ver­brennungsmotoren
und Fahrzeugen
SIMULATION TOOLS
Simulation einer
Fahrzeug Außenaerodynamik
mit AVL FIRE®
/ 24
/ 25
SIMULATION SOLUTIONS
Fahrzeugsysteme
Einspritzdüsen,
Kavitation
und Erosion
Verbrennung und
Emissionen
Turboaufladung
Abgasnachbehandlung
Getriebe und
Antriebsstrang
Lebensdauer und NVH
Elektrifizierung
Thermomanagement
und Aerodynamik
Kalibrieren und Testen
Die wachsende Anzahl von funktional miteinander verflochtenen Komponenten und Steuerungssystemen sowie die zunehmende Komplexität der Steuerungsfunktionen bringen immer neue und vielfältige
Testkombinationen hervor. Die Echtzeitmodelle von AVL CRUISE M steigern die Flexibilität und Produktivität von HiL-Zielen wie AVL InMotion™, IPG CarMaker, dSPACE, ETAS, National Instruments und Opal RT
sowie AVL PUMA Open™-Prüfständen.
SIMULATION UND TESTEN MIT DEMSELBEN SIMULATIONSMODELL
Systemmodelle, die mittels AVL CRUISE M auf dem Computer erstellt wurden, um Antriebsstränge zu
analysieren und zu optimieren, können auch für das Testen von Komponenten und Steuerungs­systemen
auf Motorprüfständen und in Hardware-in-the-Loop ver­wendet werden. Ermöglicht wird dies durch den
Einsatz des­selben Systemsolvers, der sowohl für Computer- als auch für Echtzeit­anwendungen optimiert
wurde. Darum wird der Aufwand beim Austausch von Modellen zwischen Computer- und Test­systemen in
beiden Richtungen sehr gering gehalten. Diese Einheitlichkeit bei Modell und Solver ist die Voraussetzung
für vergleichbare Ergebnisse von hoher Qualität während des gesamten Entwicklungszyklus.
Kalibrieren
und Testen
Abschrecken von
Gussteilen
ECU-Entwicklung für Schiffsmotoren am HiL-System
DURCHGÄNGIGE ENTWICKLUNG UND KALIBRIERUNG
VON STEUERUNGSFUNKTIONEN
Die Modellierung von Antriebssträngen in AVL CRUISE M beruht
auf einem modularen Konzept. Innerhalb eines Modells können
Teilsysteme mit verschiedenen Detailliertheitsgraden erstellt werden.
Die Möglichkeit, zwischen diesen Teilsystemen zu wechseln, verringert den Aufwand von Parameteränderungen und Modellpflege
signifikant und erlaubt eine rasche Anpassung an die Erfordernisse
unterschiedlicher Arbeitsumgebungen. Das Programm besitzt Schnitt­
stellen zu verschiedenen Modellierungs- und Programmiertools
­sowie zu Testplattformen für Steuerungsfunktionen. Dadurch können
Modelle in exakt definierten Bereichen realitätsnaher gestaltet
und in einen durchgängigen Entwicklungsablauf von MiL über SiL
bis HiL integriert werden.
AVL CRUISE M Engine liefert ein echtzeitfähiges Motorenmodell
für die Untersuchung transienter Betriebsbedingungen. Es wird
offline verwendet oder online in die Testumgebung integriert. Das
Motorenmodell arbeitet optional entweder im Zeitbereich oder
kurbelwinkelaufgelöst und nutzt transiente und stabile 0-D- und
quasidimensionale Komponentenmodelle mit einem kurbelwinkelaufgelösten oder datengestützten Ersatzzylindermodul. AVL
CRUISE M unterstützt Analysen der Motorleistung, des Kraftstoffverbrauchs, der Verbrennungsprozesse, des Schadstoffausstoßes,
der Abgasnachbehandlung und des Kühlkreislaufs.
AVL CRUISE M mit MoBEO (Model Based Engine Optimization)
bietet die Integration von semi-physikalischen Modulen für Benzinund Dieselzylinder und Simulation des Abgasnachbehandlungssystems in die bereits bewährte Simulationslösung CRUISE M Engine.
MoBEO liefert die ideale Umgebung für groß angelegte Funktionsentwicklungs- und Kalibrierungsprojekte. Auf Basis umfassender
Erfahrung auf dem Gebiet der Antriebsstrangentwicklung, ermöglicht CRUISE M mit MoBEO die automatisierte Motorkalibrierung
für alle Fahrzeugtypen.
SIMULATION TOOLS
/ 26
Modellbasierte Kalibrierung mit MoBEO im
CRUISE M Engine Modell am AVL Virtuell Tesbed
/ 27
Abschrecken von Gussteilen
SIMULATION SOLUTIONS
Fahrzeugsysteme
Einspritzdüsen,
Kavitation
und Erosion
Das Abschrecken ist eine weitverbreitete Möglichkeit der Wärmebehandlung, die in der Gussteile-Produktion wie auch in der Bearbeitung metallischer Komponenten Anwendung findet. Direktes
Abschrecken wird speziell in der Automobil- und Flugzeugindustrie
gerne eingesetzt, um unerwünschte thermische Einflüsse zu minimieren, welche zu Deformationen und Rissen führen können.
Verbrennung und
Emissionen
Turboaufladung
Abgasnachbehandlung
AVL FIRE® bietet hochentwickelte Modellierungsfunktionen im
Bereich des Abschreckens und ermöglicht die Simulation verschiedenster Abschreckmethoden, vom Luftabschrecken über
Sprühabschrecken bis zum direkten Abschrecken. Verschiedene
numerische Modelle decken die physikalischen Spezifika des
Wärmebehandlungsverfahrens ab. Häufig untersuchte Komponenten sind Zylinderköpfe oder Motorblöcke aus Aluminium. An
diesen Komponenten treten oft Risse als Folge von Downsizing und
Gewichtsreduktion auf. Um dennoch die Komplexität der Problemstellung abbilden zu können, unterstützt hier AVL FIRE® mit dieser
Simulationslösung die Prototypentwicklung maßgeblich.
Getriebe und
Antriebsstrang
Lebensdauer und NVH
Elektrifizierung
Thermomanagement
und Aerodynamik
Kalibrieren
und Testen
Abschrecken von
Gussteilen
Abgeschreckter Zylinderkopf
aus Aluminium im Wasserbad
SIMULATION TOOLS
Ein untergetauchter
Zylinderkopf während des
Abschreckens;
Die Wasserströmung
löst den Dampf ab während
des Übergangssiedens.
/ 28
Spannungen während des Abschreckens, simuliert
mit AVL FIRE®; fünf Sekunden nach dem Untertauchen
SIEDEEFFEKTE BEIM
ABSCHRECKEN
Die physikalisch herausforderndste Methode des
Abschreckens ist das Eintauchen der Komponente in ein
Flüssigkeitsbad. Man bezeichnet dies auch als „direktes
Abschrecken“. Bei dieser
Methode entsteht anfangs ein
Filmsieden, gefolgt von Blasensieden. Abschließend folgt eine
einphasige Abkühlung.
AVL FIRE® hat sich hierbei als
zuverlässiges numerisches
Werkzeug in zahlreichen Testkonfigurationen und in hochkomplexen Anwendungen wie
Zylinderköpfen erwiesen.
Spannungen während des Abschreckens, simuliert
mit AVL FIRE®; 30 Sekunden nach dem Untertauchen
VORHERSAGE DER
THERMISCHEN BELASTUNG
DES BAUTEILS
Die Ergebnisse bezüglich Feststofftemperatur, die mit AVL
FIRE® erzielt werden, dienen
als Grundlage für die Analyse
der thermischen Belastung und
Deformationen. Eine einfache
GUI basierende Mapping-Aufgabe wird ausgeführt, um
Eingabewerte für Finite-Elemente-Analysen zu erhalten.
Es werden die vorhergesagten
Eigenspannungen mit der
Betriebslast verglichen. Wenn
diese Eigenspannungen die
Betriebslast überlagern, muss
die Wärmebehandlung abgeändert bzw. optimiert werden.
Hierzu kann eine unterschiedliche Eintauchrichtung oder
eine Temperaturänderung des
Abschreckmittels die Art der
Eigenspannung in kritischen
Bereichen stark verändern und
so die Qualität und Sicherheit
der Komponenten während
des Betriebes erhöhen. Damit
wird die Festigkeit des Produktes erhöht und das Ausfallrisiko
minimiert bzw. werden Gewährleistungskosten gesenkt.
Zylinderkopfverformung mit
FEA Simulationen, als Ausgang
wurde AVL FIRE® Quenching
verwendet
/ 29
SIMULATION SOLUTIONS
SIMULATION TOOLS
AVL BOOST
AVL CRUISE
AVL CRUISE M
AVL EXCITE
AVL FIRE®
AVL FIRE® M
Model.CONNECT™
Ein Kaleidoskop an Simulationsmöglichkeiten
STEIGENDER SIMULATIONSBEDARF
Die Herausforderung, im Verlauf des gesamten Produktentwicklungszyklus Zeit und Kosten einzusparen, erzeugt einen zunehmenden
Bedarf, physische Prototypen durch virtuelle im Sinne des Frontloadings zu ersetzen. Die enorme Bandbreite verschiedenster Variablen
in modernen Antriebsstrangsystemen und die in zunehmendem
Maße berücksichtigte Wechselwirkung aller Fahrzeugkomponenten
wollen in der effizientesten Weise gemeistert werden. Die Ingenieure
sehen sich heute mit einer großen Anzahl anspruchsvoller Entwicklungs- und Simulationsaufgaben konfrontiert, die mehr als nur „gute
Software“ erfordern.
Die einzigartige Leistungsfähigkeit von AVL Advanced Simulation
Technologies ergibt sich aus der systemischen Verknüpfung einzelner
Simulationsergebnisse mit integrierten mehrdimensionalen Simulationsplattformen auf der Grundlage des fundierten Ingenieurwissens
der AVL. Diese Simulationsplattformen realisieren die Kernaufgaben
der Antriebsstrangentwicklung. Ein geschlossener Messkreislauf ermöglicht eine besonders frühzeitige Verifizierung von Testdaten und
eine signifikante Reduzierung des Testaufwandes.
/ 30
INTEGRIERTE ENTWICKLUNG
VON ANTRIEBSSYSTEMEN –
ENGE VERBINDUNG VON
SIMULATION UND TESTSYSTEMEN
UNSERE STÄRKEN HELFEN IHNEN, ENTWICKLUNGSKOSTEN UND ZEIT ZU SPAREN
•Geringe Fehleranfälligkeit, einfache Anwendung und die Vollständigkeit physikalischer Modelle, die es ermöglichen, die Simulation
als ein „Frontloading“-Entwicklungstool einzusetzen
•Außergewöhnlich zuverlässige und praktische Simulations­lösungen,
die Entwicklungsprobleme mit höchster Genauigkeit lösen
•Simulationslösungen, die sich auf die Konstruktion von Antriebssträngen konzentrieren und darum für die Entwicklungs­teams
problemorientierte Lösungen für Modell­erstellung und Ergebnis­
präsentation bieten
•Erfahrene Vor-Ort-Support- und Simulationsteams unterstützen
Ihre globalen Entwicklungsaktivitäten
AVL SIMULATIONSABLÄUFE WÄHREND DES
GESAMTEN …
Die einzigartige Stärke von AVL
ist die Kombination und Integration von AVL Software-Tools,
Anwendungen von Drittanbietern sowie Test- und Analyseverfahren zu durchgängigen
Simulationsabläufen, die den
Anwender bis zu den technischen Praxislösungen führen.
… PRODUKTENTWICKLUNGSPROZESSES
Die Simulationsabläufe der AVL
widmen sich Anwendungsaufgaben, die sämtliche Aspekte
des Produktentwicklungsprozesses erfassen. Die enorme
Komplexität dieser Aufgaben
wird auf der Grundlage von
fundiertem Ingenieurwissen zu
mehrdimensionalen Simulationsplattformen gebündelt.
/ 31
SIMULATION SOLUTIONS
SIMULATION TOOLS
INTEGRIERTE LÖSUNGEN MIT AVL BOOST
AVL BOOST
AVL CRUISE
AVL BOOST – AVL FIRE®
AVL CRUISE M
AVL BOOST ermöglicht das dreidimensionale Modellieren sämtlicher
Details von Ansaug- oder Auslasskrümmern, indem die 1D-Strömungsanalyse mit AVL FIRE® 3D CFD-Software verknüpft wird. Dies
erlaubt eine zeit- und kosteneffektive Optimierung wichtiger Elemente wie zum Beispiel dem Einlasssammler im Hinblick auf die optimale
EGR-Beimischung oder den motornahen Katalysator in Bezug auf
Gleichmäßigkeit, Aufwärmung und Katalysierung.
AVL EXCITE
AVL FIRE®
AVL FIRE® M
Model.CONNECT™
AVL BOOST
MARKTTRENDS UND DIE ANTWORT VON AVL
Der Automobilmarkt verlangt von den heutigen Fahrzeugen geringen Kraftstoffverbrauch, hohen Fahrgastkomfort und die Einhaltung
von Schadstoffgrenzwerten. Die Fähigkeit, die Mehrzahl dieser
Forderungen erfüllen zu können, wird in hohem Maße durch den
Verbrennungsmotor beeinflusst.
Diese idealisierten Ziele stehen oft im Widerspruch zueinander,
was sich beispielsweise im fortwährenden Zielkonflikt zwischen hoher
Leistung und geringem Kraftstoffverbrauch zeigt. Um die vom Fahrzeug vorgegebenen Kernspezifikationen zu erfüllen, müssen die
Motorkonstrukteure Dutzende, wenn nicht gar Hunderte von Motorparametern gegeneinander abwägen. Der Einsatz von Simulationstools, sei es rein simulatorisch oder als Kombination von Simulation
und Hardware-Test in der Prüfstandsumgebung (Hardware-in-theLoop), ist unverzichtbar. AVL BOOST ist ein hochentwickeltes und
durchgängig integriertes Simulationstool für virtuelle Motoren mit
optional einfachen oder komplexen Modellen für eine genaue
Prognose von Motorleistung, Akustik und der Wirksamkeit von
Abgasnachbehandlungssystemen. AVL BOOST unterstützt die
Motorenentwicklung in einer solchen Weise, dass für ein bestimmtes
/ 32
Fahrzeugkonzept das erforderliche Drehmoment und
die gewünschte Leistung in
Kombination mit optimiertem
Schadstoffausstoß, Kraftstoffverbrauch und Fahrgastkomfort
(Akustik und Lastwechselreaktionen) errechnet werden.
DIE STÄRKEN VON
AVL BOOST
AVL BOOST – das etablierte
Simulationstool für virtuelle
Motoren mit realitätsnahen
Simulationsmodellen
• Verbrennung und Schadstoffentwicklung im Zylinder
•Abgasnachbehandlung
•Akustische Analyse
• Antriebsstrang-Know-how
unterstützt die SoftwareEntwicklung
•Spezialisierte Anwenderschnittstelle für Motoringenieure
•Einheitliche 1D- und 3D-Abgasnachbehandlungssimulation in AVL BOOST, AVL FIRE®
und AVL CRUISE
• Konstruktion, Test und Software unter einem Dach
•Support durch erfahrene
Ingenieure aus lokalen AVL
Zweigstellen auf der ganzen
Welt
AVL BOOST – AVL CRUISE
AVL CRUISE ist ein Software-Paket für Fahrzeugsimulationen, das
in der Regel Motordiagramme für Leistungs- und Emissionsdaten
verwendet. Eine direkte Anbindung an ein Motormodell von
Mehrzonen-Verbrennungsmodell
in AVL BOOST
AVL BOOST ermöglicht eine
noch höhere Genauigkeit,
speziell für die Analyse transienter Zustände.
GCA – GASWECHSEL- UND
VERBRENNUNGSANALYSE
Obgleich die heutigen Motorenprüfstände mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet
sind, lassen sich bestimmte
wichtige Leistungs- und
Verbrennungsparameter wie
zum Beispiel die Restgaskonzentration, der volumetrische
Liefergrad, die Spülung oder
der Fanggrad nicht direkt messen. Dieses Problem wird durch
GCA gelöst. GCA integriert
AVL BOOST in die Prüfstandsumgebungen AVL IndiCom™
und AVL CONCERTO™ der
AVL. Diese Integration verhilft
den Ingenieuren zu entscheidenden Erkenntnissen für ihre
Entwicklungsaufgaben.
AVL BOOST Modell 6 Zylinder
Bi-Turbo Ottomotor
/ 33
SIMULATION SOLUTIONS
SIMULATION TOOLS
AVL BOOST
AVL CRUISE
AVL CRUISE M
AVL EXCITE
AVL FIRE®
AVL FIRE® M
Model.CONNECT™
AVL CRUISE
MARKTTRENDS UND DIE ANTWORT VON AVL
Kosten- und Zeitdruck in der Fahrzeugentwicklung erfordern hochflexible Simulationssysteme. Die mit diesen Tools entworfenen Modelle
müssen ihren Zweck während der gesamten Dauer der Produktentwicklung erfüllen, damit das ursprüngliche Konzept ungeachtet der
Antriebsstrang-Topologie nicht unter dem Gewicht der entwicklungs-
Finden des perfek­
ten Gleichgewichts,
um Vorgaben zu
erreichen
technischen Zielkonflikte und Kompromisse zusammenbricht. Die
zunehmende Komplexität hochentwickelter Fahrzeugkonzepte erfordert die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Teams, da der Erfolg
von Tools für die Simulation auf Fahrzeug­ebene von der Kommunikation zwischen den einzelnen Teams abhängt und die Einheitlichkeit
des Modell- und Datenmanagements gewährleistet sein muss. Die
Ressourcen für die zeit- und kostenintensive Entwicklung, Validierung
und Wartung von Tools für die Simulation auf Fahrzeugebene sind
oft schwer zu rechtfertigen, dennoch werden umfangreiche Tools
benötigt, um die produktdefinierenden Attribute wie Kraftstoffökonomie, Emissionen, Leistung und Fahrbarkeit mit einem optimierten
Kosten-Nutzen-Verhältnis zu erreichen.
EINHEITLICHE SIMULATIONSMODELLE UND
ANWENDUNGSFOKUSSIERTE ARBEITSABLÄUFE
AVL CRUISE unterstützt die täglichen Aufgaben bei der Analyse von
Fahrzeugsystemen und Antriebssträngen während aller Entwicklungsphasen von der Konzeptplanung bis zur Markteinführung und sogar
darüber hinaus. Der Anwendungsbereich erstreckt sich von konventionellen Antriebssträngen bis hin zu hochentwickelten HEV-Systemen.­
/ 34
AVL CRUISE bietet einen gestrafften Arbeitsablauf für alle
Arten der Parameteroptimierung und des Komponentenabgleichs und führt den Anwender
zu praktikablen Lösungen.
Durch seine strukturierten
Schnittstellen und sein hochentwickeltes Datenmanagement
hat sich AVL CRUISE als ein
Datenkommunikations- und
Integrationstool für verschiedene Teams bei führenden OEMs
und ihren Zulieferern etabliert.
Dies ermöglicht eine einheitliche
Zieldefinition und die Rückverfolgbarkeit der Entscheidungen,
die zur Erreichung der besten
Gesamtresultate für das entwickelte Produkt getroffen wurden.
DIE STÄRKEN VON AVL CRUISE
•Realistische Modellierung von Fahrzeugsystemen – unabhängig von ihrer Topologie – mit
vollständigen Modellen der Fahrzeugkomponenten und skalierbarer Realitätstreue
•Integration aller für die Simulation des Fahrzeugsystems erforderlichen Analyseaufgaben und
Arbeitsabläufe
•Intelligentes und einheitliches Datenmanagement für alle Teams, Anwendungen und Arbeitsabläufe
•AVL CRUISE wurde in Zusammenarbeit mit OEMs entwickelt, die an der Konstruktion von Fahrzeugen
und Antriebssträngen der neuesten Generation beteiligt sind; AVL CRUISE basiert auf dem umfang­
reichen Expertenwissen dieser Unternehmen
• Effiziente Simulation sämtlicher Antriebsstrangkonzepte von einfach bis hochkomplex
• Durchführung aller Tests in Bezug auf Kraftstoffökonomie, Schadstoffausstoß und Leistung in einem
Zug mit demselben Fahrzeugmodell
• Hybridisierung konventioneller Fahrzeuge mit wenigen Mausklicks
• Erforschung neuer Getriebekonzepte wie zum Beispiel automatisierter manueller Getriebe (AMT)
und Doppelkupplungsgetriebe (DCT)
• Bewältigung umfangreicher Parameteroptimierungen und Komponentenabgleichungen mit
DoE-Funktionen
• Grafische Darstellung der Energie- und Kraftflüsse im gesamten Antriebsstrang
/ 35
SIMULATION SOLUTIONS
SIMULATION TOOLS
Durch die Integration der
semi-physikalischen Module
für die Simulation von Zylinder
und Abgasnachbehandlungssystem von MoBEO (Model
Based Engine Optimization)
in AVL CRUISE M, wird ein
automatisierter Motorkalibrierungsprozess für alle Fahrzeugtypen ermöglicht. Dies wird
unterstützt durch umfassende
Erfahrung auf dem Gebiet der
Antriebsstrangentwicklung.
AVL BOOST
AVL CRUISE
AVL CRUISE M
AVL EXCITE
Multidisziplinäres Fahrzeugmodell
AVL FIRE®
AVL FIRE® M
Model.CONNECT™
AVL CRUISE M
EINFÜHRUNG
AVL CRUISE M ist eine multidisziplinäre Systemsimulations-Plattform
für Fahrzeuge und dient speziell der modellbasierten Systementwicklung. Diese erlaubt eine Durchgängigkeit von komplexen echtzeitfähigen Modellen wie zum Beispiel von Motor, Antriebsstrang,
Kühlkreisläufen, Abgasnachbehandlung sowie von elektrischen
Netzwerken und Kontroll-Systemen.
Der numerische Solver, zugeschnitten auf effiziente multiphysikalische
Systemsimulation von Fahrzeugen, ist mit einem flexiblen Modellierungsansatz für unterschiedliche Detaillierungsgrade kombiniert und
offen für die Anbindung externer Programme sowie diverser Schnittstellenstandards (FMI).
AVL CRUISE M wird im gesamten Entwicklungsprozess eingesetzt, da
sowohl Komponenten als auch das Gesamtsystem abgebildet werden
können. Dadurch können neben der traditionellen Analyse von Kraft-
/ 36
stoffeffizienz, Emission und Leistung auch Bewertungen von Wärme- und
Energiemanagement des gesamten Fahrzeugs vorgenommen werden.
AVL CRUISE M unterstützt die
Kalibrierungs- und Testaufgaben von MiL über SiL bis HiL,
verfügbar für eine breite Palette von RT-Platt­for­men wie AVL InMotion™, IPG CarMaker, ETAS,
dSPACE™, NI Veri­Stand und Opal RT. Damit erreicht man reale Bedingungen ohne tatsäch­liches Risiko
für Fahrer und Ausrüstung.
ENTWICKLUNG VON FAHRZEUG-ENERGIEMANAGEMENTSYSTEMEN
AVL CRUISE M bietet eine Simulationsumgebung für die Entwicklung von effektiven thermischen Managementsystemen sowie den dazu­­gehörigen Kontrollstrategien, welche eine umfassende Berücksichti­
gung des gesamten Antriebsstrangs benötigen. AVL CRUISE M Flow ist das thermische Bindeglied der
einzelnen Module eines Antriebsstrangs, welches die Berech­nung der Kühlung oder Aufheizung relevanter
Komponenten ermöglicht und so zur Reduzierung thermischer Verluste und der Optimierung des Gesamtwirkungsgrades beiträgt. Damit können bereits sehr früh im Entwicklungsprozess kritische thermische
Bedingungen erkannt werden und Schäden an funktionskritischen Komponenten des Antriebsstrangs
vermieden werden. Zusätzlich ist eine durch den Benutzer erweiterbare Datenbank mit zahlreichen Feststoffen, Ölen und Kühlmitteln integriert.
Die modulare Systemintegration mit anderen AVL CRUISE M Domänen ermöglicht eine realistische Interaktion und Entwicklung eines Energiemanagements für das gesamte Fahrzeug.
FUNKTIONSENTWICKLUNG UND KALIBRIERUNG
AVL CRUISE M Engine ist ein wesentliches Element des gesamten
multidisziplinären und modellbasierten Entwicklungsansatzes von
AVL CRUISE M. Dieses Modul ermöglicht eine echtzeitbasierte Motorsimulation und kann durchgängig im gesamten Fahrzeugentwicklungszyklus genutzt werden. Skalierbare Modellierungstiefen basierend auf empirischen, semi-empirischen und physikalischen Ansätzen
bieten eine einzigartige Lösung zur Erstellung von Motormodellen,
welche die Anforderungen der modellbasierenden Kalibrierung
bestens erfüllt. Dies gewährleistet konsistente, vergleichbare und
reproduzierbare Tests, noch bevor die Hardware verfügbar ist. Somit
wird das Risiko durch fehlende kritische Betriebsbedingungen bereits
in frühen Entwicklungsphasen gesenkt und die Effizienz erhöht. ­
Im Büro …
… am HiL …
… und am Prüfstand. Simulate Anywhere. AVL CRUISE M
/ 37
AVL EXCITE TOOLS FÜR DIE BERECHNUNG VON DYNAMIK, FESTIGKEIT UND AKUSTIK
AVL EXCITE POWER UNIT
SIMULATION SOLUTIONS
ist das marktführende Tool für die Berechnung der Dynamik, Festigkeit und Akustik von Verbrennungsmotoren und Antriebs­systemen.
Hochgenaue Modelle für Gleitkontakte ermöglichen eine detaillierte
Analyse lokaler hydrodynamischer Phänomene in Gleitlagern sowie
beim Kontakt zwischen Kolben und Laufbuchse.
SIMULATION TOOLS
AVL BOOST
AVL CRUISE
AVL EXCITE DESIGNER
AVL CRUISE M
verwendet analytische Methoden für eine schnelle Auslegung und
Optimierung von Kurbelwellen und Antriebssträngen in einer frühen Phase des Entwicklungsprozesses.
AVL EXCITE
AVL FIRE®
AVL FIRE® M
Model.CONNECT™
AVL EXCITE
AVL EXCITE TIMING DRIVE
MARKTTRENDS UND DIE ANTWORT VON AVL
REALITÄTSNAHE SYSTEMSIMULATION
Die AVL EXCITE Produktfamilie besteht aus marktführenden Simulationstools zur Beurteilung von Akustik und Festigkeit von Antriebssträngen. Die Entwicklungsingenieure sehen sich in zunehmendem
Maße mit Zielkonflikten konfrontiert. Während die Anforderungen an
Festigkeit, Haltbarkeit und Geräuschminderung steigen, sind andererseits Zeit- und Kostensenkungen zu erzielen. Diese Herausforderung kann nur mithilfe effizienter Simulations- und Berechnungstools
gemeistert werden.
Die zu untersuchenden Komponenten, Teilsysteme und Modelle
gesamter Antriebseinheiten können in der Modellierungstiefe
der Phase im Entwicklungsprozess angepasst werden. Damit kann
entsprechend der Aufgabenstellung ein ausgewogenes Verhältnis
zwischen Simulationsaufwand und Genauigkeit erreicht werden.
Diese Tools müssen während der Konzeptanalyse so realitätsnah wie
möglich sein und im Laufe der nachfolgenden Entwicklungsphasen
immer genauer werden, um die Ingenieure bei der Entwicklung qualitativ hochwertiger Produkte bei immer kürzeren Entwicklungszeiten
zu geringeren Kosten optimal zu unterstützen.
DIE AVL LÖSUNG
AVL entwickelt ergänzende Simulationswerkzeuge für die Berechnung von individuellen Komponenten, Submodellen und Gesamtsystemen.
/ 38
INTEGRIERTES ENTWICKLUNGS-KNOW-HOW
Mit der langjährigen Erfahrung im Bereich der Motorenentwicklung sind die Simulationslösungen von AVL in hohem Maße
anwendungs­orientiert und erzielen mit genauen und validierten
mathematischen Modellen besonders realitätsnahe Berechnungsergebnisse.
ENGE VERBINDUNG VON SIMULATION UND TEST
Mit Ergebnisdaten des AVL EXCITE Designers kann die
Belastungs­maschine (Elektromotor) eines Getriebeprüfstands die
torsionalen Schwingungen eines Verbrennungsmotors reproduzieren. Das unter­stützt Kunden dabei, während der Testphase Zeit
und Kosten zu sparen.
gewährleistet verlässliche Ergebnisse für alle Arten von Ventil- und
Steuertrieben. AVL EXCITE Timing Drive umfasst den Workflow von der
kinematischen Auslegung des Nockenprofils, der Berechnung des dynamischen Verhaltens des Einzelventiltriebs bis zu kompletten Steuertrieben,
angetrieben über Zahnräder, Ketten oder Riemen.
AVL EXCITE PISTON & RINGS
ist mit detaillierten Ergebnissen zu Ringdynamik, Zwischen­
ringdrücken, Blow-by und Schmierölverbrauch ein effizientes Tool zur
Auslegung und Optimierung von Kolbenringen.
AVL EXCITE ACOUSTICS
ist ein neues Tool zur Berechnung der Schallabstrahlung von vibrierenden Strukturen wie z. B. Antriebsaggregaten. Ein einzigartiger, automatisierter Workflow zur Erstellung des akustischen Modells ausgehend
vom unveränderten FE-Model der abstrahlenden Struktur und die
Verwendung der Wave Based Technique ermöglichen die Berechnung
des Luftschalls mit kurzer Durchlaufzeit vom Modell bis zum Ergebnis.
DIE STÄRKEN VON AVL EXCITE
•Zuverlässige und optimierte Solver für kurze Berechnungszeiten
AVL EXCITE – Dynamik, Festigkeit und Akustik von Motoren und Antriebssträngen
•Parametrisierte Simulationsmodelle unterstützen die
einfache Variation von
Konstruktionsparametern
•User Interface mit kombinierter 2D-Blockmodellierung
und 3D-Ansicht für
einfache und schnelle
Modellerstellung
•Anpassbare GUI mit anwenderdefinierbaren Templates
•Integrierte Standard-Workflows zur Analyse von
Kurbelwellen­festigkeit und
NVH, welche um anwender­
spezifische Workflows
erweitert werden können
•Automatisierte Standardreport-Erstellung, vom Anwender erweiterbar
• Design-Explorer –
integriertes Tool für DoE und
Optimierung
• Schnittstellen zu
Standard-CAE-Software
(FE, Optimierung, Matlab),
API Interface für nahtlose
Integration in bestehende
CAE-Umgebung
DER NUTZEN FÜR DIE
KUNDEN
• Einheitliche Simulationsumgebung für alle Phasen
des Motorentwicklungsprozesses und Berechnungsaufgaben
• Basierend auf mehr als
60 Jahren Erfahrung als
führender Berater für Motorund Antriebsstrangentwicklung
• Weltweit kompetenter
Kunden­support mit
erfahrenen Ingenieuren in
der Motorberechnung
/ 39
SIMULATION SOLUTIONS
SIMULATION TOOLS
AVL BOOST
AVL CRUISE
AVL CRUISE M
AVL EXCITE
AVL FIRE®
AVL FIRE® M
Model.CONNECT™
AVL FIRE®
2. INTEGRIERTE ENTWICKLUNG VON ANTRIEBSSYSTEMEN
MARKTTRENDS UND DIE ANTWORT VON AVL
Für die Automobilbranche liegt der Schwerpunkt weiterhin auf der
Bereitstellung von qualitativ hochwertigen, leistungsstarken Produkten
mit gesteigertem Komfort. Zusätzliche Zielgrößen sind umweltfreundlicher Betrieb und umweltverträgliche Herstellung sowie deutlich
gesteigerte Effizienz. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden,
sind Entwicklungswerkzeuge nötig, die eine genaue Wiedergabe komplexer Systeme in der virtuellen Welt erlauben. Die ständig wachsende
Zahl von Konstruktionsparametern in traditionellen und alternativen
Antriebssystemen führt dazu, dass frühzeitige Konzeptanalysen immer
wichtiger werden. Dreidimensionale computergestützte Strömungssimulation kann hier einen wesentlichen Beitrag liefern. Dank jahrelanger sorgfältiger Entwicklung erfüllt die 3D-CFD-Software AVL FIRE®
die dafür notwendigen Voraussetzungen. AVL FIRE® wird täglich von
Hunderten Ingenieuren genutzt, um genaue Ergebnisse zuverlässig
und schnell zu erzielen. Wer AVL FIRE® nutzt, trifft Konstruktionsentscheidungen früher und mit größerem Vertrauen in ihre Richtigkeit.
Die Simulationswerkzeuge von AVL werden auf einzigartige Weise
durch eine mehr als sechzigjährige Erfahrung in der Motorenentwicklung unterstützt. Auch die Ingenieure in der AVL Motorenentwicklung
nutzen AVL FIRE® täglich im Rahmen ihrer Arbeit und gewähren
dabei unserem Software-Team unschätzbare Einblicke in aktuelle und
künftige Anforderungen.
3. ENGE VERBINDUNG VON SIMULATION UND TESTSYSTEMEN
AVL FIRE wird überwiegend von Forschern und Entwicklungsingenieuren in den Bereichen Verbrennungsmotor und Antriebs­
strangentwicklung genutzt und ist in die jeweiligen spezifischen
Produkt­entwicklungsprozesse integriert. AVL FIRE® ermöglicht es den
Ingenieuren, Qualität und Nutzen neuer Konzepte und Produkte zu
überprüfen, noch bevor der Prototyp gebaut wird. Dadurch werden
Entwicklungszyklen verkürzt und Kosten gesenkt, selbst wenn die
Anzahl und Komplexität der zu bewältigenden Aufgaben signifikant
zunimmt.
®
DIE AVL LÖSUNG
AVL FIRE® ist das führende Simulationsprogramm im Bereich der
Analyse von Verbrennungsmotoren. Es ist auf die genaue Prognose
des Gaswechsels, der Gemischbildung und der Verbrennungsprozesse in Motoren sowie des Schadstoffausstoßes und der Abgasnachbehandlung spezialisiert.
1. REALITÄTSNAHE SYSTEMSIMULATION
Die Gesamtumgebung und die einzelnen Komponenten von
AVL FIRE® ermöglichen es, das System in jeder Phase des Entwicklungsprozesses anzuwenden. Die große Bandbreite an verfügbaren
Modellen erlaubt es den Anwendern, Simulationsaufwand und
gewünschte Präzision sinnvoll gegeneinander abzuwägen.
/ 40
Die virtuelle Analyse motorischer Phänomene mit AVL FIRE® verkürzt
die Entwicklungszeiten und senkt die Kosten. Neue Techniken wie
zum Beispiel die Verknüpfung mit Optimierungstools erlauben die
Untersuchung einer größeren Zahl von Konstruktionsvarianten. Das
Ergebnis ist ein zuverlässigerer Prototyp am Prüfstand, der zielführende Tests, kürzere Entwicklungszeiten und ein höherwertiges
Endprodukt ermöglicht.
DIE STÄRKEN VON AVL FIRE®
• AVL FIRE® arbeitet mit automatisierter Gittertechnologie für arbiträr-komplexe Geometrien, die eine Vielzahl beweglicher, willkürlich
komplexer Teile enthalten; dadurch verkürzt sich die Zeit für die
Modellerstellung drastisch
• AVL FIRE® erbringt dank umfassend validierter chemischer und
physikalischer Modelle verlässliche und genaue Ergebnisse.
• AVL FIRE® bietet ein konsistentes Set physikalischer und chemischer
Modelle geeignet zur Simulation verschiedenster Aufgabenstellungen im Bereich Strömungsdynamik – speziell solcher mit Bezug zu
verbrennungsmotorischen Prozessen
• AVL FIRE® bietet eine offene Softwarestruktur, die es Anwendern
ermöglicht, das Werkzeug auf ihre Bedürfnisse anzupassen
• AVL FIRE® bietet einzigartige Modelle und Möglichkeiten, um
physikalische und chemische Prozesse in Abgasnachbehandlungssystemen detailgetreu zu simulieren
DER NUTZEN FÜR DIE KUNDEN
• AVL FIRE® ist speziell auf die
Anforderungen von Forschern
und Entwicklungsingenieuren im
Automobilbereich abgestimmt
• AVL FIRE® ist flexibel, sodass die
Anwender die Komplexität der
Modellgestaltung anpassen und
die Software in ihre CAx-Umgebung integrieren können
• AVL FIRE® ist ein bewährtes Tool,
das täglich bei der Motorenentwicklung von AVL sowie von
Hunderten Kunden auf der ganzen
Welt verwendet wird
• Die Rechenmodelle von AVL FIRE®
werden in den eigenen Forschungseinrichtungen und durch
Partnerschaften mit führenden
Technologiezentren auf der ganzen Welt kontinuierlich validiert,
weiterentwickelt und optimiert
/ 41
SIMULATION SOLUTIONS
SIMULATION TOOLS
AVL BOOST
AVL FIRE® M
AVL CRUISE
AUS PROBLEMEN WERDEN ERFOLGSGESCHICHTEN
AVL CRUISE M
AVL FIRE® M ist ein neuartiges Simulationswerkzeug für das Erstellen, Ausführen und Analysieren von
Standard CFD Modellen. Es bietet zahlreiche neue Funktionen für Pre-Processing, Hauptprogramm und
Post-Processing und wird als erste FIRE® Version in den AVL Simulation Desktop (SDT) eingebunden.
Dieser bietet eine hochfunktionelle grafische Benutzeroberfläche (GUI), sowie ein gemeinsames Projektund Datenmanagement für alle Simulationswerkzeuge von AVL Advanced Simulation Technologies.
Dadurch können Informationen auf einfache Weise ausgetauscht und Simulationsaufgaben interdisziplinär
abgewickelt werden.
AVL EXCITE
AVL FIRE®
AVL FIRE® M
Model.CONNECT™
Kühlungsströmung durch
einen thermisch belasteten
Zylinderkopf
Die erste Version des Solution Packs FIRE® M standard bietet sowohl die Möglichkeit zur interaktiven
Erzeugung von blockstrukturierten Berechnungsgittern höchster Qualität und geringer Zellenanzahl
als auch eine Lösung zur voll automatisierten Erstellung von Modellen für komplexeste Geometrien.
Erweiterte Hauptprogramm-­
funktionen ermöglichen die
Erzeugung von Multi-­DomainModellen. Dies ist besonders
nutzbringend, wenn neben
herkömmlichen Strömungsproblemen auch Wärmeübergang
und Temperaturänderung in
angrenzenden Strukturbau­
teilen berechnet werden sollen.
Ein weiteres Highlight der
Diskretisierung mehrerer Domains
in nur einem Vernetzungsschritt
GUI mit
umfangreicher
Funktionalität
neuen FIRE® Version ist die Möglichkeit, Materialeigenschaften
mithilfe der umfassenden AST Property Database rasch und auf
einfache Weise einzelnen Domänen zuzuordnen.
Die Auswertung der Simulationsergebnisse erfolgt im neuen AST
Post-Processor, mit dem zwei- und dreidimensionale Berechnungsdaten interaktiv und auf Basis von Vorlagen visualisiert und analysiert werden können. Der Post-Processor bietet auch Funktionen
zur Erzeugung von Animationen, Videos und 3D-PDF-Dateien, um
den Entwickler bei der Erkennung und Interpretation der Ursachen
und Wirkungen transienter Strömungsphänomene zu unterstützen.
Die Erstellung von anwendungsspezifischer Ergebnisdokumentation ist automatisiert möglich.
Damit verkürzen sich auch die für Modellerzeugung, Berechnung
und Ergebnisauswertung erforderlichen Zeiten beträchtlich. Im Produktentwicklungsprozess steht somit mehr Zeit für die Erstellung und
Untersuchung von Designvarianten zur Verfügung.
/ 42
TYPISCHE SIMULATIONSAUFGABEN
Zu den für FIRE® M standard typischen Simulationsaufgaben während
der Entwicklung und Optimierung von Komponenten des Antriebsstranges zählen:
• Ein- und Auslasskanäle
• Einlass- und Abgaskrümmer sowie Verrohrungen im Ansaug- und
Abgassystem
• Komponenten von Belüftungs- und Air-Condition-Systemen
• Interne und externe Aerodynamik
• Kühlsysteme
• Wärmeübergang und thermische Belastung von Strukturbauteilen
DER NUTZEN FÜR DIE KUNDEN
Die Benutzerfreundlichkeit der Software und der hohe Automatisierungsgrad bieten außerdem einer großen Anzahl von potenziellen
Nutzern einen leichten Zugang zu CFD und somit zu den Vorteilen
eines simulationsgetriebenen Entwicklungsprozesses.
/ 43
SIMULATION SOLUTIONS
WAS IST EINZIGARTIG?
SIMULATION TOOLS
AVL BOOST
AVL CRUISE
Funktionaler Prototyp
bestehend aus rein
virtuellen Komponenten
AVL CRUISE M
AVL EXCITE
Funktionaler Prototyp
bestehend aus virtuellen
und realen Komponenten
AVL FIRE®
AVL FIRE® M
Model.CONNECT™
Model.CONNECT™
INTEGRATION VON VIRTUELLEN UND REALEN
KOMPONENTEN
WAS IST DIE HERAUSFORDERUNG?
Frühe Evaluierung und Validierung des Gesamtsystems im Fahrzeugentwicklungsprozess sind der Schlüssel, um eine effiziente Entwicklung von hochkomplexen Fahrzeugen gewährleisten zu können.
• Komplexe mechatronische Systeme erfordern die Interoperabilität einer großen Anzahl von Komponenten und Funktionen aus
verschiedenen Fahrzeugdomänen
• Eine hohe Anzahl von Modellen, welche von verschiedenen
Simulationstools unterschiedlicher Toolanbieter stammen und
welche sich in der Organisation bereits etabliert haben, müssen
verbunden werden
• Simulation und Test werden in Zukunft wesentlich stärker
integriert sein als in der Vergangenheit
/ 44
ENRICH YOUR REALITY
Model.CONNECT™, ein Integrationsprodukt aus der Integrated
Open Development Plattform, ermöglicht die Umsetzung modellbasierter Entwicklung, durch die Schließung der Lücke zwischen
der virtuellen und der realen Welt, was zu Kosteneinsparungen
und Effizienzsteigerung im gesamten Entwicklungsprozess führt.
Model.CONNECT™ schafft, mit virtuellen und realen Komponenten aufgebaute, Gesamtfahrzeug-Prototypen, welche optimal in
Ihre Toollandschaft eingebettet sind. Verfügbar zu jedem Zeitpunkt und in jedem Schritt des Fahrzeugentwicklungsprozesses
ist Model.CONNECT™ in einem breiten Spektrum von Antriebsstrang- und Fahrzeuganwendungen einsetzbar (z. B. integrierte
Sicherheit, Fahrdynamik, Energiemanagement, Real World Driving
Emissions, Fahrerassistenzsysteme).
Model.CONNECT™ spannt auch den Bogen über bestehende
AVL Produkte und Lösungen.
Model.CONNECT™ ist die Integrationsplattform der AVL, um
Systemsimulationsmodelle, welche aus Komponentenmodellen von
verschiedensten Quellen stammen, aufzusetzen und auszuführen.
Basierend sowohl auf Schnittstellenstandards (Functional Mockup
Interface, FMI) als auch auf nichtstandardisierte Schnittstellen
können Modelle mit einer großen Anzahl an bekannten Simulationstools integriert werden.
Model.CONNECT™ enthält verschiedene „Execution Engines“,
welche das komplexe Zusammenspiel zwischen virtuellen und realen
Komponenten mit neuesten Kopplungsalgorithmen ermöglichen.
Diese Kopplungsalgorithmen ermöglichen die zeitliche, stabile und
energieerhaltende Kopplung von Modellen im Simulationsbereich
und die Kopplung von Modellen auf und mit Echtzeitsystemen
durchgängig über den Entwicklungsprozess.
• Unterstützung von mehr als 25 Simulations-Tools für verschiedene
Domänen (z. B. AVL CRUISE, MATLAB, ECS Kuli, Dymola, MSC
Adams, LS-DYNA, AMESim …)
• Vollständige Unterstützung von Schnittstellenstandards (FMI,
sowohl Modellintegration als auch Co-Simulation)
• Integration von Modellen die FMI nicht unterstützen
• In einem breiten Spektrum von Antriebsstrang- und Fahrzeug­
anwendungen einsetzbar (z. B. integrierte Sicherheit, Fahrdynamik,
Energiemanagement)
• Erfolgreich in Kundenprojekten zur Modellintegration in HiL- und
Prüfstandsumgebungen eingesetzt
Weiters wird der Anwender bei der Organisation von Simulations­
modellvarianten unterstützt. Diese Varianten können sowohl
verschiedene untersuchte Systemkonfigurationen als auch
verschiedene Testszenarios und Testumgebungen beschreiben.
Model.CONNECT™ bietet leistungsfähige Modellparametrierungund Batch Simulationskompetenzen, Onlineüberwachung und
Funktionalitäten für Ergebnisanalyse und Reporting.
AUF EINEN BLICK
• Branchenführende Algorithmen zur Co-Simulation und
Kompensation von Kopplungsfehlern
• Verbinden auf und von Echtzeitsystemen zu lokaler und
verteilter Co-Simulation
/ 45
FÜR WEITERE INFORMATIONEN WENDEN SIE SICH BITTE AN:
AVL List GmbH, Hans-List-Platz 1, 8020 Graz, Österreich
Tel.: +43 316 787-0, Fax: +43 316 787-400, E-Mail: info@avl.com, www.avl.com
PA3001D V2, Classification Public