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Über dieses Buch

Die inhaltlichen Schwerpunkte des Tagungsbands zur ATZlive-Veranstaltung VPC.plus 2014 liegen u. a. auf der Betrachtung des gesamten Produktentwicklungsprozesses des Antriebsstrangs unter Einbeziehung von Simulation und Testen. Die Tagung ist eine unverzichtbare Plattform für den Wissens- und Gedankenaustausch von Forschern und Entwicklern aller Unternehmen und Institutionen, die dieses Ziel verfolgen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Simulation or Test, Integrated or Open?

Car manufacturers are facing the challenge of having to develop a growing number of variants with increasing complexity, within shorter and shorter periods. Those requirements and the need to speed up the time to market demand new processes, methods, roles, skills, and responsibilities within the powertrain and the vehicle development process. Additionally, development and production costs must be reduced, which goes hand in hand with the need to increase efficiency and productivity along the process.
Kai Voigt, Wolfgang Puntigam

Durchgängiger Entwicklungsprozess für Real Driving Emissions-Untersuchungen – Von der Simulation bis zur PEMS-Messung auf der Straße

Die Atemluft in den Mitgliedsstaaten zu verbessern, ist ein Kernziel der EU. Dazu wurde im März 2001 das sog. „Saubere Luft für Europa“ (CAFE) Programm initiiert. Im Rahmen dessen wurden Ziele für die Luftqualität definiert und eine Strategie zur Erreichung dieser aufgestellt [1] S. 1. Ein entscheidender Beitrag dafür soll ebenfalls vom Transportsektor geleistet werden, was sich für die PKW in der Einführung der Euro-5 und Euro-6 Abgasnormen widerspiegelt.
Hauke Maschmeyer, Matthias Kluin, Jan Mädler, Christian Beidl

Modellbasierter Entwurf eines Regelungskonzeptes für die Abgasnachbehandlung Tier4-final / Stufe IV bei Liebherr Machines Bulle

Seit dem 1.1.2014 gelten die Emissionsvorschriften gemäss Tier4-final in den USA und Stufe IV in der EU (siehe Tabelle 1). Die Bedeutung der neuen, tieferen Grenzwerte für den ganzen Entwicklungsprozess des Antriebstrangs ist tiefgreifend und schliessen neben den mechanischen und elektronischen Komponenten, auch Softwaretools und -Methoden ein.
Alexander Schilling, Pascal Kiwitz, Stefan Wallmüller

Durchgängiger Simulationsprozess zur Verbrennungsvorhersage anhand des Strömungszustands im Zylinder für Otto-, Diesel- und Gasmotoren

Der enorme Anstieg in der Verfügbarkeit kostengünstiger Rechenkapazität in den letzten Jahren führte zu einem verstärkten Einsatz der 3D-Strömungssimulation (CFD) sowohl in der Erforschung als auch in der Serienentwicklung von Verbrennungsmotoren. Wesentliche Ziele sind dabei die Optimierung des Luftpfads, der Innenzylinderströmung sowie des Abgassystems. Vor diesem Hintergrund beinhaltet die frühzeitige Fixierung des Designs von Brennraum, Kolben und Kanälen Potential hinsichtlich eines kosten- und zeiteffizienten Entwicklungsprozesses.
Avnish Dhongde, Bastian Morcinkowski, Kai Deppenkemper, Björn Franzke, Stefan Pischinger

Herausforderungen zur Abbildung von hochdynamischen Betriebszuständen von Verbrennungsmotoren am Motorenprüfstand

Der Gesetzgeber hat die Randbedingungen für die Zulassung neuer Fahrzeuge für die nächsten Jahre noch nicht definiert. Soweit scheint klar, dass der NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus) dem Entwickler noch einige Jahre erhalten bleiben wird. Zusätzlich wird der WLTC –Test (World Harmonized Light-Duty Test Cycle) eingeführt.
Jan Gerstenberg, F. Wirbeleit, H. Hartlief, S. Tafel

Rechnungs- / Messungsvergleich von Großmotoren-Kurbelwellenbelastungen

Die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs, die Sicherung und Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit und hohe Anforderungen an die Schadstoffemissionen verlangen die ständige Weiter- und Neuentwicklung von Verbrennungsmotoren. Dies hat auch einen deutlichen Einfluss auf die mechanische Auslegung, vor allem auf das Triebwerk das in Abbildung 1.1 dargestellt ist.
Alexander Rieß, Eckhardt Eisenbeil, Andreas Linke, Ulf Waldenmaier

Simulation Methods for Elastohydrodynamically Coupled Hydraulic Components

This paper presents state of the art simulation techniques to analyse and evaluate mechanical systems with fluid film coupling. The algorithms are implemented in a stable and user-friendly software, which considers the hydrodynamic pressure build-up in the lubricated gaps as well as states of mixed lubrication when surface roughness gets into contact. Under high loads, the consideration of the interaction of the local elastic surface deformations and the pressure build-up is absolutely necessary. The analysis of the calculated tribological parameters like gaps, pressures, friction power losses and mixed lubrication areas help to optimize the design of the bearings and their elastic surroundings. The capability of elastohydrodynamic simulation is shown exemplarily on the tribological contacts of one of Delphi’s high-pressure fuel pumps.
Jochen Lang, Gunter Knoll, Ian Thornthwaite, Celia Soteriou, Christian Lensch-Franzen, Morten Kronstedt

Thermomechanische Festigkeitsoptimierung hochbelasteter Turbolader am Beispiel des Audi S3

Die Turboaufladung hat in Zeiten von Leistungssteigerungen bei zu minimierenden Emissionen und zu verbessernder Energieeffizienz einen hohen Stellenwert in der Fahrzeugentwicklung. Geforderte Leistungssteigerungen der zu entwickelnden Abgasturbolader führen damit unweigerlich zu Designs nahe am Leistungslimit von Geometrie und Material. Dabei gewinnt die beanspruchungsgerechte Auslegung der Turbolader mit Hilfe von Simulation und modernen Optimierungslösungen immer mehr an Bedeutung. Durch gezielten Materialeinsatz lässt sich die Lebensdauer des Bauteils maßgeblich beeinflussen.
Ekkehard Rieder, Peter A. Klumpp, Michael Werner

Neuer, ganzheitlicher Ansatz zur Antriebsstrang- / Fahrzeug-Simulation für frühzeitige Konzeptentscheidungen trotz ansteigender Parametervielfalt

Die aufgrund der gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich Emissionsverhalten und der erwarteten CO2 – Limitierung stetig steigende Systemkomplexität im Antriebstrang erfordert eine komponentenübergreifende Optimierung des Gesamtsystems. Darüber hinaus spielen bei der Auswahl des Gesamtsystems Kundenakzeptanz, Fahrkomfort und Fahrverhalten eine immer wichtigere Rolle. Die detaillierte Berücksichtigung der Interaktionen zwischen Verbrennungsmotor inklusive Abgasnachbehandlung, Antriebstrang, Motor- und Getriebesteuerung bei unterschiedlichen Fahrzuständen und Umgebungsbedingungen ist bei der Konzeptdefinition unumgänglich. Um dies trotz hoher Komplexität, kostengünstig und in einer frühen Entwicklungsphase zu ermöglichen, ist es nötig, ein virtuelles Abbild des Antriebstranges in der Konzeptphase bereitzustellen.
Michael Kordon, Helmut Theissl, Christian Kozlik, Franz X. Moser

Strategien zur Modellvalidierung – Perspektiven für den Automobilbau

Um den heutzutage hohen Anforderungen an die Reduktion von unerwünschten Schwingungen sowie von Lärm- und Schadstoffemissionen – bei gleichzeitig hoher Gebrauchstauglichkeit – zeit- und kostengünstig begegnen zu können, ist der umfangreiche Einsatz von CAE-Techniken erforderlich.
Carsten Schedlinski, Bernard Läer

Freigabe von komplexen Systemen – Test, Simulation oder beides?

Die Frage, ob Systeme durch Simulation oder Test freizugeben sind, ist uralt und besitzt eine emotionale Komponente, die durchaus von der „Herkunft“, sprich der Ausbildung und Ausrichtung des Betrachters abhängig ist und daher das Potential aufwirft, besonders hitzig und kontrovers diskutiert zu werden. Als interessant ist sicherlich auch die Beobachtung zu werten, dass es in dieser Frage durchaus zu branchentypischen Ansätzen kommt, die zu beleuchten durchaus spannend sein kann. In diesem Beitrag wird die Flugtriebwerksentwicklung beleuchtet, deren Bauteile besonders teuer sind und bei der der Simulation ein hoher Stellenwert eingeräumt wird.
Adrian Rienäcker

Entwicklung von Energiemanagementfunktionen für Hybridfahrzeuge

Getrieben durch die Verschärfung der EU CO2 Gesetzgebung und einer anhaltenden öffentlichen Debatte über das Thema Real- zu Normkraftstoffverbrauch von Fahrzeugen, befinden sich die vom Verbrennungsmotor und seinen klassischen Nebenaggregaten geprägten Triebstrangtopologien im Umbruch (s. Abbildung 1).
Marcus Boumans, Uta Fischer

Darstellung und Bewertung von Hybridantrieben mit einem Hybrid-Erlebnis-Prototypen

Mit der Entwicklung von Hybridantriebssystemen sind neue Freiheitsgrade verbunden. Diese Freiheitsgrade müssen beherrscht werden, um die Potenziale hinsichtlich Verbrauch, Schadstoffemissionen und Fahrverhalten erschließen zu können. Die Herausforderung besteht darin, in frühen Projektphasen verschiedene Topologien, Komponenten und Betriebsstrategien zu bewerten. Mithilfe von Simulationen kann zwar die Erfüllung der Fahrzeuganforderungen abgeschätzt werden, eine Bewertung des Fahrerlebnisses wird bisher jedoch meist durch den Aufbau von teuren Konzeptprototypen realisiert.
Albert Albers, Kevin Matros, Matthias Behrendt, Heidelinde Holzer, Wolfram Bohne, Halil Ars

Optimierung des Verbrauchs- und Emissionsverhaltens dieselhybridischer Antriebskonzepte mithilfe einer Gesamtsystem-Simulation

Zur Minimierung der Verbrauchs- und Emissionswerte hybrider Triebstrangkonfigurationen wird eine Simulationsmethodik benötigt, die neben der notwendigen Dynamik, Randbedingungen wie NVH, Agilität etc. bereits in der frühen Fahrzeugentwicklungsphase berücksichtigt. Das in dieser Arbeit beschriebene Gesamtmodell übernimmt Funktionen des Steuergeräts zur Simulation der Fahrstrategie und regelt bzw. steuert den Luftpfad eines Mittelwertmotormodells, unter Berücksichtigung der beschriebenen Randbedingungen. Auf Basis dieser Informationen werden zuerst die Rohemissionen in einem empirischen quasistationären Modell und anschließend die Fahrzeugemissionen mithilfe eines vereinfachten, modularen Abgasnachbehandlungsmodells berechnet. Das Potential der Methodik ist in dieser Arbeit durch die Validierung von Fahrstrategie, Motorbetriebszustand und Rohemissionsverhalten am Beispiel eines Parallelhybridtriebstrangs mit Dieselmotor im NEFZ bestätigt worden. Durch die Erweiterung des Gesamtsystems mit der SCR-Technologie ist außerdem auf einfache Weise gezeigt worden, dass sich die Methodik zur Komponenten/Technologieauswahl und Applikationsunterstützung einsetzen lässt.
Christoph Ley, R. Steiner, P. Macri-Lassus, F. Mauß

A New Fast Method Combining Testing and Gas Exchange Simulations Applied to an Innovative Product Aimed to Increase Low-End Torque on Highly Downsized Engines

In order to reduce fuel consumption and as a consequence CO2 emissions, it is still necessary to downsize combustion engines with the help of turbocharging coupled with down-speeding. Air intake systems still have a major contribution to the performance characteristics seen in such engines.
Jérôme Migaud, Vincent Raimbault, Haitham Mezher, David Chalet, Thomas Grandin

Verbrauchsbestimmung von Kälteund Wärmepumpenkreisläufen durch hochdynamische Verdichtermessungen gekoppelt mit Echtzeitsimulationen

Der Verdichter in Kälte- oder Wärmepumpenkreisläufen ist häufig der größte energetische Nebenverbraucher in Fahrzeugen. Die Bestimmung des genauen Anteils am Kraftstoffverbrauch ist allerdings schwierig, da dieser von zahlreichen Randbedingungen abhängt. Bedingt durch die langsame Dynamik der thermischen Speicher in einem Fahrzeug genügt es nicht, ausschließlich stationäre Betriebspunkte zu betrachten. Um realistische Aussagen zum Kraftstoffmehrverbrauch durch den Verdichter zu treffen, ist die Berücksichtigung des transienten Verhaltens des Gesamtsystems wichtig. Hierzu kann mit der im Folgenden vorgestellten Methode ein wichtiger Beitrag geleistet werden.
Manuel Gräber, Nicholas Lemke, Wilhelm Tegethoff

Einsatz eines umfassenden Fahrzeugmodells zur Optimierung der Aufheizstrategie eines elektro-hybriden Antriebsstrangs

Fahrzeuge mit elektrifiziertem Antriebstrang (HEV – Hybrid-Electric Vehicles) stellen derzeit in Bezug auf Kraftstoffverbrauch und Reichweite einen vielversprechenden Kompromiss aus konventionellen Antriebskonzepten und rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen (EV – Electric Vehicles) dar [1]. Sie heben einerseits die Potenziale der Elektrifizierung (Rekuperation, elektrischer Vortrieb) und sind andererseits nicht durch die geringen Reichweiten heutiger EVs eingeschränkt.
Thorsten Krenek, Thomas Lauer, Nikola Bobicic, Werner Tober

Neue Berechnungsmethoden zur NVH-Bewertung des Powertrains

Mit Bezug auf steigende Anforderungen der Kunden hinsichtlich des akustischen Komforts von Fahrzeugen hat sich in den letzten Jahren die Bedeutung einer frühzeitigen NVH-Optimierung im Entwicklungsprozess für alle Automobilhersteller deutlich erhöht.
Markus Burchert, Mario Schwalbe

Auswahl und Entwicklung neuer Methoden für die Rotationsdynamik an Triebstrangprüfständen zur Antriebssystementwicklung nach dem XiL-Ansatz

Bis zum Jahr 2020 soll das vom EU-Rat und -Parlament vorgegebene Ziel von 95 g CO2/km erreicht werden. [1] Trotz dem anhaltenden Trend der Elektrifizierung werden weiterhin die Verbrennungskraftmaschinen (VKM) optimiert, um in der Antriebssystementwicklung den Gesamtwirkungsgrad zu steigern. Bei der VKM-Entwicklung werden als Beitrag dazu Maßnahmen wie Downsizing und Downspeeding ergriffen, um den Motor im wirkungsgradgünstigen Bereich zu betreiben. Bei dieser Optimierung muss der dynamische Einfluss der VKM auf den Antriebsstrang untersucht werden, um eine Verbesserung auf der Gesamtsystemebene hinsichtlich der Kundenanforderungen zu erreichen. [2]
Albert Albers, Simon Boog, T. Bruchmüller

Tagungsbericht

110 Simulations- und Testingenieure trafen sich am 30. September und 1. Oktober 2014 im hessischen Hanau zur 16. MTZ-Fachtagung VPC.plus. VPC steht für Virtual Powertrain Creation. Mit dem „plus“ im Titel macht der Wissenschaftliche Beirat der zweitägigen ATZlive-Veranstaltung.auf die Er-gänzung der etablierten Simulationstagung um die Integration und Kombina-tion von Testthemen aufmerksam.
Markus Schöttle
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