Echtzeitsimulation flexibler Mehrkörpersysteme in der Fahrzeugtechnik

Motivation

Echtzeitfähige Simulationsmodelle sind in der modernen Fahrzeugtechnik weit verbreitet, sie werden beispielsweise für Fahrsimulatoren, Steuergeräteprüfstände oder für Regelalgorithmen in Fahrzeugsteuergeräten eingesetzt. Diese Modelle werden hauptsächlich als starre Mehrkörpersysteme aufgebaut, Verformungen der einzelnen Körper werden vernachlässigt. Komplexer werdende Fahrzeugstrukturen und Leichtbauverfahren fordern jedoch, dass auch diese Verformungen in den Simulationsmodellen berücksichtigt werden. Im Rahmen dieses Forschungsthemas wird an der Modellierung dieser Verformungen mit Hilfe der Methode der flexiblen Mehrkörpersysteme in Kombination mit Modellreduktionsverfahren gearbeitet, mit dem Ziel, möglichst komplexe Modelle durch effiziente Modellierung und Programmierung echtzeitfähig zu simulieren.

Vorgehensweise

 

Grundlage für die flexible Mehrkörpersimulation bildet ein nichtlineares räumliches Zweispurmodell, wahlweise mit oder ohne Fahrwerkskinematik. Der Rad-Straße-Kontakt wird durch das Reifenmodell MF-Tire und das Straßenmodell OpenCRG simuliert, kann jedoch auch durch andere Modelle ersetzt werden.

Sollen die Flexibilitäten einzelner Körper in dem Modell berücksichtigt werden, so wird die CAD-Geometrie dieser Körper zunächst mit einem gängigen Finite-Elemente-Programm (z.B. Abaqus oder Ansys) vernetzt. Da die Anzahl der Freiheitsgrade eines vollständigen FE-Netzes die Möglichkeiten einer echtzeitfähigen Simulation bei derzeitig üblicher Rechenleistung bei weitem übersteigt, wird eine lineare Modellreduktion durchgeführt, z.B. mittels modaler Reduktion oder dem Craig-Bampton-Verfahren.

Visualisierung

Anwendungsbeispiele

Das Fahrzeugmodell kann vielseitig angewendet werden, beispielsweise für Regelalgorithmen, Echtzeit-Spannungsberechnung oder Driver-in-the-Loop-Simulationen. Der modulare Aufbau erlaubt vielseitige Erweiterungsmöglichkeiten, durch die Verwendung von plattformunabhängigen Komponenten können verschiedene Zielplattformen verwendet werden.