AVL Advanced Simulation Technologies. Werkzeuge und Methoden für Next-Level-Simulationslösungen

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1 AVL Advanced Simulation Technologies Werkzeuge und Methoden für Next-Level-Simulationslösungen

2 Die globalen Anforderungen zur Reduktion der CO 2 - sowie die Verknappung nicht erneuerbarer Energie-Ressourcen steigern den Druck auf die Automobilindustrie, bestehende - und Fahrzeugkonzepte zu überarbeiten bzw. neue und effizientere zu entwickeln. Als Folge sehen wir heute eine größere Vielfalt möglicher Antriebssysteme von hochoptimierten rein verbrennungsmotor-basierenden Systemen über alle Arten von Hybriden bis hin zu voll elektrisch betriebenen Systemen. Hinzu kommt, dass sich die Anzahl der voneinander abhängigen, in der Optimierung zu berücksichtigenden Systemparameter durch die Einbeziehung von Faktoren wie Fahrer oder realen Straßen- und Verkehrsbedingungen zusätzlich erhöhen. Dies führt in der Folge zu einer ständig wachsenden Komplexität des Gesamtsystems, die nur durch den Einsatz neuer Simulationswerkzeuge beherrschbar wird mit denen eine Vielzahl von physikalischen Phänomenen gleichzeitig betrachtet werden kann. Durch konsequente Ausrichtung an die spezifischen Anforderungen der entwicklung ermöglichen solche Simulationswerkzeuge das Frontloading, also die Produktoptimierung, und damit die Entscheidungsfindung in einem frühen Stadium der Entwicklung. Um entlang des gesamten Entwicklungsprozesses vergleichbare Ergebnisse aus der Simulation zu gewährleisten, ist es außerdem erforderlich, von der Konzeptphase bis hin zu den HiL- und Prüfstandtests konsistente Modelle für die Systemsimulation zu verwenden, die darüber hinaus Randbedingungen für anspruchsvolle Komponenten-Simulationen liefern und durch Integration der hochgenauen Ergebnisse der Komponenten-Simulation in das Gesamtmodell verfeinert werden. Trotz der wachsenden Bedeutung der virtuellen Entwicklung ist es weiterhin unumgänglich, Prüfstandtests durchzuführen, die nun ihrerseits durch echtzeitfähige Systemsimulationsmodelle wesentlich näher an den realen Fahrbetrieb herangeführt werden. AVL bietet umfassende Simulationslösungen angefangen von multi-physikalischen Komponenten bis hin zur Systemsimulation. 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. G. Ph. Rainer Vice President AVL Advanced Simulation Technologies / 3

3 Alle Inhalte auf einen Blick. SIMULATION SOLUTIONS Simulation Solutions Seite SIMULATION TOOLS Simulation Tools AVL BOOST M 36 AVL EXCITE 38 AVL FIRE 40 AVL FIRE ESE 42 Seite 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. Die Welt von AVL in Ihrer Hand. DOWNLOAD NOW! / 4 / 5

4 AVL Ihr idealer Partner für Simulationen MODELLE ZUR REALITÄTSNAHEN SYSTEMSIMULATION AVL bietet durchgängige Simulationslösungen an, welche auch Drittanbieter 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 Entwicklungsphase wie auch Echtzeitsimulationsmodelle, die durch Kalibrierung von Motoren und Antriebssträngen parametrisiert werden können. INTEGRIERTE ENTWICKLUNG VON ANTRIEBSSYSTEMEN ENGE VERBINDUNG VON SIMULATION UND TESTSYSTEMEN 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 s und in der Folge zu einem kürzeren Testzyklus. 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. DURCHGÄNGIGE SIMULATIONSABLÄUFE/ WELTWEITE UNTERSTÜTZUNG FÜR SIMULATIONSLÖSUNGEN Das umfassende Expertenwissen der AVL-Ingenieure ist die Basis für alle unsere Softwaretools und -lösungen. AVL analysiert die Prozesse der entwicklung 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. Modelle zur realitätsnahen Systemsimulation Durchgängige Simulationsabläufe Integrierte Entwicklung von Antriebssystemen Enge Verbindung von Simulation und Testsystemen Weltweite Unterstützung für Simulationslösungen / 6 / 7

5 CRUISE SIMULATION SOLUTIONS DRIVE QUALITY gilt in der gesamten Branche als die ausgereifteste und höchstentwickelte Simulationssoftware für Antriebsstränge von Fahrzeugen auf Systemebene. gelingt es, die heutige und künftige Komplexität von systemen mit einem überaus flexiblen und dennoch anwenderfreundlichen Konzept zu verbinden. VON DER KONZEPTSTUDIE ZUR KALIBRIERUNGS- UND TESTPHASE bietet die uneingeschränkte Flexibilität, die für die Erstellung eines Systemmodells notwendig ist. Die Software unterstützt die Analyse von n 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 EMISSIONS FUEL ECONOMY PERFORMANCE 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 Kraftstoffeffizienz, des Schadstoffausstoßes, der Fahrleistungen und der Fahrbarkeit des Fahrzeugs gerichtet bleiben. AVL EVARE mit Range Extender ÄNDERUNGEN LEICHT GEMACHT Die heutigen und künftigen multisystemischen Ansätze in der entwicklung steigern die Komplexität von Systemsimulationsmodellen in nie gekanntem Ausmaß. Die anpassungsfähige Gesamtsystem- / Teilsystem-Struktur von erlaubt es, Änderungen von konzepten 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. LÖSUNGSORIENTIERTES KONZEPT FÜR ALLE AUFGABEN 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 Simulations tools, sofort verwertbare Analyseergebnisse und ein exzellentes Daten management sind nur einige der Gründe, warum sich immer mehr inter national führende OEMs und Zulieferbetriebe auf als Integrations platt form für Antriebsstränge auf Systemebene verlassen. DOE AVL Ergebnisse des Spritverbrauches in Abhängigkeit von Motorleistung, sgrad und Fahrer Modell eines gesamten Sattelzuges / 8 / 9

6 Wahrscheinlichkeit für serosion während eines Einspritzvorganges AVL BOOST AVL FIRE 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 Eingangs drücke bekannt sind, ist eine virtuelle Prototypenumgebung uner lässlich. 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, 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. LES angewendet auf einer realistischen Diesel einspritzdüse, mit Dreiphasen Kavitierende Düseninnenströmung, die als Input für die Verbrennungberechung im Zylinder herangezogen wird 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 in den Einspritzdüsen verursacht sehr oft eine Erosion des Materials und steht somit in engem Zusammenhang mit der Lebensdauer der Einspritzkomponenten. Die Vorhersage der Erosionswahrscheinlichkeit 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) AVL FIRE Durch das Koppeln der zwei Software-Werkzeuge AVL FIRE und AVL BOOST HYDSIM sind Vorhersagen der auftretenden lateralen Nadelkräfte und Verschiebungen möglich. Einsatz von LES in Verbindung mit der Volume-of-Fluid-Methode, um Details zur Strahlausbreitung darzustellen / 10 / 11

7 Mehrzonen-Verbrennungsmodell in AVL BOOST Dieselkraftstoffeinspritzung AVL BOOST AVL FIRE Analyse der In-Zylinderströmung eines Systementwickler greifen bevorzugt auf AVL BOOST und AVL FIRE zurück, wenn verlässliche Ergebnisse für Motoren- und Verbrennungskonzepte benötigt werden. Die intelligente Verbindung beider Softwaretools ermöglicht Lösungen für komplexe Aufgaben schon im Frühstadium der Entwicklungsphase. SCHNELLERE SIMULATIONSABLÄUFE Die Erzeugung von Berechnungsgittern für die komplexen Geometrien moderner Verbrennungsmotoren verkürzt sich dank FAME Engine Plus, dem hochspezialisierten und automatisierten Pre- Processing- Tool 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. 4-Zylinder-Ottomotors REFLEKTIERTE WIRKLICHKEIT AVL FIRE bietet validierte Modelle für unterschiedliche Simulationsaufgaben wie z. B. Einspritzung, Zündung, 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 Verbrennungsmodelle 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. WENIGER EXPERIMENTE, MEHR KREATIVITÄT 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. VALIDIERTE LÖSUNGEN FÜR DIE ABGASNACHBEHANDLUNG AVL FIRE und AVL BOOST bieten eine einmalige, durchgängige Integration von 1D-, 2D- und 3D-Simulationstools für Verbrennungs- und Emissionssimulation. Beide Programme basieren auf identischen mathematischen, physikalischen und chemischen Modellen, die beiden Software-Tools zur Verfügung stehen. Das Modell kann von einer Dimensionen 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. Gaseinblasung auf einen Glühstift Strömungsfeld in einem Ottomotor / 12 / 13

8 AVL BOOST Modell 6-Zylinder Bi-Turbo Ottomotor AVL BOOST AVL EXCITE AVL FIRE AVL BOOST, AVL EXCITE und AVL FIRE erlauben die Konstruktion von Kompressor- und Turbinenkomponenten gemäß den neuesten Entwicklungen sowie einen Turboladerabgleich im Rahmen eines ganzheitlichen 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. MOTORLEISTUNG UND EMISSIONEN Die Reduktion des CO 2 -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 Im Gegensatz zu herkömmlichen Turboladern nutzt der Druckwellenladerprozess eine direkte gasdynamische Übertragung von Abgasenergie 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. SIMULATIONSTIEFE ÜBER MEHRERE EBENEN Die grundlegende thermodynamische Anpassung des Turboladers erfolgt für stationäre Motorbetriebspunkte, gefolgt von einer Optimierung 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 integriert werden, um das Verhalten des Gesamtsystems in einem Fahrzyklus zu analysieren. Simulation der Strömungen im Turbolader REDUKTION DES CO 2 -AUSSTOSSES 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 U/min zu berechnen. AVL EXCITE berücksichtigt alle diese Effekte in unterschiedlichen Detail - lierungsgraden. Die Hochlaufsimulation unterstützt effektiv die Ermittlung kritischer Drehzahlen, die durch Torsions- und Biegeresonanzen her - vorgerufen werden. Die Anwendung des elasto-hydrodynamischen Gleit lagermodells 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 Konstruktionsparametern hinsichtlich Dämpfung des Rotorsystems, des Ölvolumenstroms und der Resonanzempfindlichkeit. Rotordynamik Anregung erster Ordnung und subharmonische Schwingungen Schwimmbuchsenlager innerer und äußerer Schmierfilmdruck bei U/min / 14 / 15

9 AVL BOOST AVL FIRE Die AVL Aftertreatment Simulation Suite, bestehend aus den Softwareprodukten AVL BOOST, und AVL FIRE, ist eine einzigartige, offene und skalierbare Lösung, die eine konsistente Modellierung der für sanlagen relevanten Physik und Chemie ermöglicht. Diese Lösung ist außerdem während aller Entwicklungsphasen einsetzbar. KONKURRENZLOSE LEISTUNG 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 ssysteme. Innerhalb weniger Stunden können Hunderte Simulationen ausgeführt und große Parametervariationen auf einfache Weise untersucht werden. Strömungsfeld mit Tropfen in der Umgebung des AdBlue Injektors SCR System zur Anwendung in Nutzfahrzeugen DURCHGÄNGIGE INTEGRATION AVL FIRE und AVL BOOST bieten eine einmalige, durchgängige Integration von 1D-, 2D- und 3D-Simulationswerkzeugen (der Softwareprodukte) für ssysteme. Beide Programme basieren auf identischen mathematischen, physikalischen und chem ischen Modellen. Der Entwicklungsingenieur hat daher die Möglichkeit, zu jeder Zeit im Entwicklungsprozess das Simulationswerkzeug zu verwenden, welches am besten die jeweiligen Anforderungen an Durch laufzeit 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 Modellierungskonsistenz 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 außer dem zu Kennfeldern zusammengefügt werden, mit deren Hilfe dann die für Fahrzeugtestzyklen berechnen kann. EINFACHE HANDHABUNG 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 Neu eingabe von Daten beim Wechsel von 1D- zu 2D/3D-CFD entfällt. KONTINUIERLICHE WEITERENTWICKLUNG Die AVL Aftertreatment Suite wird seit mehr als 15 Jahren kontinuierlich weiterentwickelt. Die enge Zusammenarbeit mit führenden Partnern aus Industrie und Wissenschaft gewährleistet Modellierungsfähig keiten im Einklang mit den Erfordernissen von Forschern und Entwick lern, 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 kundenspezifischen 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 ssystems 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. / 16 / 17

10 Modell mit detailliertem Getriebemodell AVL EXCITE 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 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 CO 2 - des Fahrzeugs untersucht werden. Dies erfordert einen ganzheitlichen Systemansatz mit integrierter Teilsystemanalyse und einer detaillierten Untersuchung jeder einzelnen Komponente. Mit AVL EXCITE werden Analysen von Komponenten und Teilsystemen ausgeführt, um Reibungskennfelder für die verlustverursachenden Teile zu erstellen. Diese Kennfelder werden in zur Unter suchung von n wie zum Beispiel zur Kraftfluss- und Verlustverteilungsanalyse während des Fahrzyklustests verwendet. Das Zusammenwirken verschiedener Tools sorgt für das nötige Verständnis der Auswirkungen jeder Komponente und ihrer Modifizierungen auf den Kraftstoffverbrauch (CO 2 ) des Fahrzeugs. Das wiederum hilft, die richtigen Entscheidungen zur Bauteiloptimierung mit dem besten Verhältnis zwischen Aufwand und Nutzen zu treffen. Getriebeakustik Antriebseinheit Untersuchung von Getriebeheulen und -rasseln REDUZIERUNG DES AUFWANDS BEI DER ENTWICKLUNG VON SCHALTPROGRAMMEN Um die CO 2 -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, und bauteilbedingten Grenzen muss das richtige Schalt programm gefunden werden. Das stellt die Fahrzeugentwicklung vor völlig neue Herausforderungen. GSP (Gear Shifting Program) optimiert die Entwicklung von Schaltprogrammen auf besonders effiziente Weise. In den frühen Konzeptphasen ermöglicht 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. 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 Simulationsziele 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 s hervorgerufenen Erregungskräfte an den Verbindungs stellen zur Fahrzeugkarosserie, wie zum Beispiel an den Motorlagern, angebracht. Acceleration Pedal (%) Upshifting + Downshifting Velocity (km/h) GSP Generieren & Optimieren der Schaltstrategie, um das vorgebenene Ziel zu erreichen / 18 / 19

11 Lebensdauer und NVH AVL BOOST AVL EXCITE Die Mehrzahl aller Motorenhersteller verwendet AVL EXCITE als Hauptplattform für Festigkeits- und NVH-Simulationen von Antriebsaggregaten. 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 zuverlässiger und optimierter Solver werden selbst bei solchen Modellen kurze Berechnungszeiten erreicht. Präzise Modelle des elastohydrodynamischen 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 Ergebnisauswertung 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 Auf wand beim Austausch von 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 MULTI-LEVEL SIMULATIONS- MODELLE Unterschiedliche Modellierungstiefen für einzelne Komponenten und das Gesamtsystem sorgen für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen der durch das An - wen dungsziel vorgegebenen Genauigkeit und der Model - lierungs- und Simulationszeit und tragen so zur Aufwandsoptimierung bei. Die Simulationsmodelle können mit Fort schritt im Entwicklungsprozess ausgebaut und detailliert werden. Das spart Kosten, weil nicht für jeden Schritt neue Modelle erstellt werden müssen. Korrekte Berechnung von Moden höherer Ordnung durch AVL BOOST 3D INTEGRATION UND KUNDENSPEZIFISCHE ANPASSUNG Schnittstellen für FE- und Fatiguesimulationssoftware von Dritt anbietern 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 übernommen werden. Für umfangreiche Variantenrechnungen, Parameteridentifizierungen und Optimierungsaufgaben 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) / 20 / 21

12 AVL EXCITE AVL FIRE Die Simulation von Fahrzeugen mit verschiedenen sgraden (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. 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. Dynamikanalyse von Hybridantrieben Interaktion zwischen E-Maschine und Verbrennungsmotor (AVL EXCITE) Berechnungsaufgaben sind z. B. die detaillierte Untersuchung der Interaktion zwischen der E-Maschine und dem Kurbeltrieb von riemengetriebenen Starter- Generator- oder Mild-Hybrid- Systemen, 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 Lithium- Ionen-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 VON BRENNSTOFFZELLEN 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 Mehrkomponentendiffusion von Gasspezies und die mehrphasige Wärmeübertragung 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, Kraftstoffeffizienz 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 und die Auswahl und Bemessung der Komponenten bestimmt. bietet ein breites Spektrum an vorgefertigten elektrischen Komponenten auf Systemebene, eine dynamische Kraftfluss- und Energieverteilungsanalyse und ein offenes Konzept, um eine Integration mit anderen Tools zu ermöglichen. Dies bildet eine tragfähige Grundlage für alle Hybridkonzepte und die Entwicklung von Steuerungsfunktionen für alle Fahrzeugtypen von PEV bis Voll-HEV und zu anderen alternativen konzepten. Simulation einer PEM-FC mit AVL FIRE Ergebnisse aus : Bewertung der Effizienz der eines Fahrzeuges / 22 / 23

13 AVL BOOST AVL FIRE 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 systemen (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 Nachbehandlungssystems zu minimieren die Windschutzscheibe rasch von Eis und Kondensation zu befreien eine ausreichende Kühlung aller Motorkomponenten unter allen Betriebsbedingungen und Witterungsverhältnissen zu gewährleisten ein angenehmes Kühlen oder Heizen des Fahrgastinnenraumes zu ermöglichen. LEISTUNG DURCH SIMULATION Zum Optimieren von VTMS- Systemen hat AVL eine umfassende Methodik für eine ganzheitliche Fahrzeugsimulation entwickelt. Dazu gehört die Simulation der Motorleistung, der, der Kühl- und Ölkreisläufe, der Luftströmung im Motorraum sowie der Wärmeübertragung zwischen Fluiden und den Komponenten der Fahrzeugstruktur. DIE BESTEN TOOLS FÜR DIE BESTEN LÖSUNGEN AVL bietet drei integrierte Tools für die durchgängige Entwicklung und Optimierung von Systemen und Steuerungskonzepten für das Wärmemanagement von Fahrzeugen: AVL BOOST zum Berechnen der Gasdynamik, der Leistung, der Kühl- und Ölkreisläufe sowie der in 1D, der Industriestandard für integrierte Fahrzeugsimulationen AVL FIRE, das 3D-CFD Tool für die Entwicklung von Ver brennungsmotoren und Fahrzeugen Simulation einer Fahrzeug Außenaerodynamik mit AVL FIRE / 24 / 25

14 M CLOSED LOOP RT System Plant Model 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 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 M auf dem Computer erstellt wurden, um Antriebsstränge zu analysieren und zu optimieren, können auch für das Testen von Komponenten und Steuerungs systemen auf Motorprüfständen und in Hardware-in-the-Loop ver wendet werden. Ermöglicht wird dies durch den Einsatz des selben Systemsolvers, der sowohl für Computer- als auch für Echtzeit anwendungen optimiert wurde. Darum wird der Aufwand beim Austausch von Modellen zwischen Computer- und Test systemen 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. ECU-Entwicklung für Schiffsmotoren am HiL-System DURCHGÄNGIGE ENTWICKLUNG UND KALIBRIERUNG VON STEUERUNGSFUNKTIONEN Die Modellierung von Antriebssträngen in 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 Schnittstellen 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. xcu UUT Databus HiL-System mit Echtzeitmodellen und Controller I/0 M Engine ist ein echtzeitfähiges Motorenmodell für die Untersuchung transienter Betriebsbedingungen. Es wird offline für CAE-Anwendungen verwendet oder online in die Testumgebung integriert. Das Tool unterstützt Analysen der Motorleistung, des Kraftstoffverbrauchs, der Verbrennungsprozesse, des Schadstoffausstoßes, der und des Kühlkreislaufs. AVL CRUISE M Engine arbeitet optional entweder im Zeitbereich oder kurbelwinkelaufgelöst und nutzt transiente und stabile 0-D- und quasidimensionale Komponentenmodelle mit einem kurbelwinkelaufgelösten oder datengestützten Ersatzzylindermodul. Emission Simulation mit M / 26 / 27

15 AVL FIRE Abgeschreckter Zylinderkopf aus Aluminium im Wasserbad 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. 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. Ein untergetauchter Zylinderkopf während des Abschreckens; Die Wasserströmung löst den Dampf ab während des Übergangssiedens. 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. 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 Spannungen während des Abschreckens, simuliert mit AVL FIRE ; 30 Sekunden nach dem Untertauchen 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 / 28 / 29

16 Ein Kaleidoskop an Simulationsmöglichkeiten AVL BOOST M AVL EXCITE AVL FIRE AVL FIRE ESE 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 systemen 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 entwicklung. Ein geschlossener Messkreislauf ermöglicht eine besonders frühzeitige Verifizierung von Testdaten und eine signifikante Reduzierung des Testaufwandes. UNSERE STÄRKEN HELFEN IHNEN, ENTWICKLUNGS- KOSTEN 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 Entwicklungs teams problemorientierte Lösungen für Modell erstellung und Ergebnispräsentation bieten Erfahrene Vor-Ort-Support- und Simulationsteams unterstützen Ihre globalen Entwicklungsaktivitäten AVL SIMULATIONSAB- LÄUFE 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. PRODUKTENTWICK- LUNGSPROZESSES 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. INTEGRIERTE ENTWICKLUNG VON ANTRIEBSSYSTEMEN ENGE VERBINDUNG VON SIMULATION UND TESTSYSTEMEN / 30 / 31

17 AVL BOOST INTEGRIERTE LÖSUNGEN MIT AVL BOOST M AVL EXCITE AVL FIRE AVL FIRE ESE AVL BOOST 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-the- Loop), 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 ssystemen. AVL BOOST unterstützt die Motorenentwicklung in einer solchen Weise, dass für ein bestimmtes 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 Schadstoffentwicklung im Zylinder Akustische Analyse -Know-how unterstützt die Software- Entwicklung Spezialisierte Anwenderschnittstelle für Motoringenieure Einheitliche 1D- und 3D-ssimulation in AVL BOOST, AVL FIRE und Konstruktion, Test und Software unter einem Dach Support durch erfahrene Ingenieure aus lokalen AVL Zweigstellen auf der ganzen Welt AVL BOOST AVL FIRE AVL BOOST ermöglicht das dreidimensionale Modellieren sämtlicher Details von Ansaug- oder Auslasskrümmern, indem die 1D-Strömungsanalyse mit AVLs 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 BOOST 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 IndiCom und CONCERTO der AVL. Diese Integration verhilft den Ingenieuren zu entscheidenden Erkenntnissen für ihre Entwicklungsaufgaben. AVL BOOST Modell 6 Zylinder Bi-Turbo Ottomotor / 32 / 33

18 AVL BOOST M AVL EXCITE AVL FIRE AVL FIRE ESE 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 -Topologie nicht unter dem Gewicht der entwicklungs- Finden des perfekten 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 Fahrzeug ebene 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,, Leistung und Fahrbarkeit mit einem optimierten Kosten-Nutzen-Verhältnis zu erreichen. EINHEITLICHE SIMULATIONSMODELLE UND ANWENDUNGSFOKUSSIERTE ARBEITSABLÄUFE unterstützt die täglichen Aufgaben bei der Analyse von n 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-Syste- men. 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 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 Realistische Modellierung von n 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 wurde in Zusammenarbeit mit OEMs entwickelt, die an der Konstruktion von Fahrzeugen und Antriebssträngen der neuesten Generation beteiligt sind; basiert auf dem umfangreichen Expertenwissen dieser Unternehmen Effiziente Simulation sämtlicher konzepte 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 / 34 / 35

19 AVL BOOST M AVL EXCITE AVL FIRE AVL FIRE ESE Multidisziplinäres Fahrzeugmodell M M M unterstützt die Kalibrierungs- und Testaufgaben von MiL über SiL bis HiL, verfügbar für eine breite Palette von RT-Platt for men wie AVL InMotion, IPG CarMaker, ETAS, dspace, NI Veri Stand und Opal RT. Damit erreicht man reale Bedingungen ohne tatsäch liches Risiko für Fahrer und Ausrüstung. ENTWICKLUNG VON FAHRZEUG-ENERGIEMANAGEMENTSYSTEMEN M bietet eine Simulationsumgebung für die Entwicklung von effektiven thermischen Managementsystemen sowie den dazu gehörigen Kontrollstrategien, welche eine umfassende Berücksichtigung des gesamten s benötigen. M Flow ist das thermische Bindeglied der einzelnen Module eines s, welches die Berech nung 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 s vermieden werden. Zusätzlich ist eine durch den Benutzer erweiterbare Datenbank mit zahlreichen Feststoffen, Ölen und Kühlmitteln integriert. Die modulare Systemintegration mit anderen M Domänen ermöglicht eine realistische Interaktion und Entwicklung eines Energiemanagements für das gesamte Fahrzeug. EINFÜHRUNG 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,, Kühlkreisläufen, sowie von elektrischen Netzwerken und Kontroll-Systemen. Der numerische Solver, zugeschnitten auf effiziente mul- tiphysikalische Systemsimulation von Fahrzeugen, ist mit einem flexiblen Modellierungsansatz für unterschiedliche Detaillierungsgrade kombiniert und offen für die Anbindung externer Programme sowie diverser Schnittstellenstandards (FMI). M wird im gesamten Entwicklungsprozess eingesetzt, da sowohl Komponenten als auch das Gesamtsystem abgebildet werden können. Dadurch können neben der traditionellen Analyse von Kraftstoffeffizienz, Emission und Leistung auch Bewertungen von Wärme- und Energiemanagement des gesamten Fahrzeuges vorgenommen werden. FUNKTIONSENTWICKLUNG UND KALIBRIERUNG M Engine ist ein wesentliches Element des gesamten multidisziplinären und modellbasierten Entwicklungsansatzes von 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. M / 36 / 37

20 DIE STÄRKEN VON AVL EXCITE Zuverlässige und optimierte Solver für kurze Berechnungszeiten 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 anwenderspezifische 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 entwicklung Weltweit kompetenter Kundensupport mit erfahrenen Ingenieuren in der Motorberechnung AVL BOOST M AVL EXCITE AVL FIRE AVL FIRE ESE AVL EXCITE AVL EXCITE MARKTTRENDS UND DIE ANTWORT VON AVL 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. 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. REALITÄTSNAHE SYSTEMSIMULATION 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. INTEGRIERTES ENTWICKLUNGS-KNOW-HOW Mit der langjährigen Erfahrung im Bereich der Motorenentwicklung sind die Simulationslösungen von AVL in hohem Maße anwendungs orientiert 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 Belastungs maschine (Elektromotor) eines Getriebeprüfstands die torsionalen Schwingungen eines Verbrennungsmotors reproduzieren. Das unter stützt Kunden dabei, während der Testphase Zeit und Kosten zu sparen. AVL EXCITE Dynamik, Festigkeit und Akustik von Motoren und Antriebssträngen AVL EXCITE TOOLS FÜR DIE BERECHNUNG VON DYNAMIK, FESTIGKEIT UND AKUSTIK AVL EXCITE POWER UNIT ist das marktführende Tool für die Berechnung der Dynamik, Festigkeit und Akustik von Verbrennungsmotoren und Antriebs systemen. Hochgenaue Modelle für Gleitkontakte ermöglichen eine detaillierte Analyse lokaler hydrodynamischer Phänomene in Gleitlagern sowie beim Kontakt zwischen Kolben und Laufbuchse. AVL EXCITE DESIGNER verwendet analytische Methoden für eine schnelle Auslegung und Optimierung von Kurbelwellen und Antriebssträngen in einer frühen Phase des Entwicklungsprozesses. AVL EXCITE TIMING DRIVE 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. / 38 / 39

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