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A2_T4

Kopplung von 0D, 1D und 3D Simulationsmodellen am Beispiel Thermisches Management

Projektabschluss: 2006

Projektziel

  • Schnittstellen für 0D, 1D and 3D Simulationstools
  • Umfassendes Simualtionsmodell zur Abbildung eines bestehenden Fahrzeuges. Abgebildet werden soll das Kühlsystem, der Motor, und die Klimatisierungskomponenten.
  • Strategie zur Erstellung umfassender Simulationsmodelle am Beispiel vorhandener Simulationsprogramme.

Projektbeschreibung

Immer größer werdende Anforderungen an moderne Kraftfahrzeuge bezüglich Komfort, Wirtschaftlichkeit und Emissionen ergeben auch größere Herausforderungen bei der Entwicklung des Gesamtsystems Fahrzeug. Zur Minimierung des Aufwandes und zur Unterstützung einer effizienten Entwicklung ist es sinnvoll geeignete Simulationswerkzeuge einzusetzen. Auch immer kürzer werdende „time to market“ Zeiten und die steigende Variantenvielfalt moderner Automobilhersteller bestärken den Einsatz von numerischer Simulation. Um Auswirkungen durch die gegenseitige Beeinflussung von Komponenten und Teilsystemen auf das Gesamtsystem betrachten zu können, eine umfassende Gesamtsimulationsmethodik mit Hilfe numerischer Berechnungswerkzeuge erstellt.

Durch diese umfassenden Simulationsmodelle werden vor allem die Wechselwirkungen und die Abhängigkeiten von Einzelkomponenten und Systemen aufeinander abgebildet. Die Verwendung von detaillierten, nicht aufeinander abgestimmten Simulationsmodellen für alle Subsysteme führt zu nicht handhabbaren Modellen. Aus diesem Grund ist eine Programmintegration von schnellen (bezogen auch die Rechenzeit) 0D-, 1D- und detaillierten 3D- Simulationswerkzeugen erforderlich.

 

Entscheidend bei der Erstellung eines umfassenden Simulationsmodells ist die Abbildungstiefe der einzelnen Komponenten. Mit der 0D Simulation (räumliche Änderungen werden nicht berücksichtigt) wird das thermische Verhalten des Motors, des Antriebsstranges, der Kraftstoffführung und des Abgassystems beschrieben. Bei der 1D Simulation (Änderungen werden nur in einer Raumrichtung betrachtet) werden die Fluidnetzwerke (Wasser-, Öl-, und Luftseite) untersucht. Kühler- und Motorraumdurchströmungen werden mit Hilfe der 3D Simulation (Änderungen in alle 3 Raumrichtungen) abgebildet.

 

Das Simulationsmodell bzw. der Detaillierungsgrad wird entsprechend dem Entwicklungsprozess angepasst. Am Beispiel des thermischen Managements im Fahrzeug kommen in der frühen Entwicklungsphase hauptsächlich 0D und 1D Werkzeuge zum Einsatz. Der Kühlkreislauf, Ölkreislauf und auch der AC Kreislauf wird dabei durch KULI (ECS) abgebildet. Die Abbildung der Gasseite erfolgt durch BOOST (AVL). Durch Kopplung von BOOST, KULI und der Fahrsimulation CRUISE (AVL) können transiente Aufwärmvorgänge und für das Thermalmanagement kritische Fahrzustände simuliert werden. Verbrauch, Emissionen und Fahrleistungen stellen im Entwicklungsprozess des thermischen Management die Zielparameter dar. Basierend auf diesen Vorgabeparametern kann in Verbindung mit einem umfassenden Simulationsmodell (auch Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Modellen der jeweiligen Programme werden dabei transient berücksichtigt) das thermische System ausgelegt werden.

 

Die luftseitige Durchströmung wird in der Konzeptphase im ersten Schritt mit KULI abgebildet. Mit fortschreitender Entwicklungsdauer wird das bestehende 0D, 1D Gesamtmodell durch Anbindung an ein 3D CFD Modell erweitert. Damit wird auch die gesamte Anströmsituation inkl. der möglichen komplexen Anordnung des Kühlpaketes berücksichtigt.

 

Schnittstellen zwischen den einzelnen Programmen steuern die Kommunikation innerhalb des umfassenden Simulationsmodells. An die Schnittstellen und an die Kommunikation werden hohe Anforderungen gestellt. Mit Hilfe der Schnittstellen wird es ermöglicht, unterschiedliche Programme mit verschiedener Programmstruktur (Programmiersprache) auf verschiedenen Plattformen und Betriebssystemen (UNIX, Windows, Linux, ...) miteinander zu koppeln. Entscheidend dabei ist die Integration der einzelnen Programme (Datenaustausch der physikalischen Größen) und die Kopplung der Berechnungsalgorithmen (Zeitschrittweiten, …).

 

 

 

 

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