Fahrzeugdesign von Morgen

Im Projekt SOFA arbeiten die Universität zu Köln, die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, die Technische Universität Kaiserslautern und die Bergische Universität Wuppertal sowie das Fraunhofer Institut SCAI gemeinsam an Lösungen für die Herausforderungen der Fahrzeugentwicklung der Zukunft.

„Ziel des vom BMBF geförderten Verbundprojekts SOFA (Gekoppelte Simulation und Optimierung für robustes virtuelles Fahrzeugdesign) ist es, mit Hilfe von mathematischen Modellen und Verfahren komplexe Systeme in Kraftfahrzeugen am Computer zu simulieren, um Bauteile zu optimieren und den Fahrkomfort zu erhöhen,“ beschreibt die Projektkoordinatorin Professorin Caren Tischendorf (Universität zu Köln) die Industrierelevanz des Verbundprojekts.

Bereits heute weisen Kraftfahrzeuge mehr elektronische Bauteile und Funktionen auf als je zuvor, und in zukünftigen Kraftfahrzeugentwürfen werden die bordeigenen elektrischen und elektronischen Systeme noch weiter an Komplexität gewinnen – Stichworte sind u. a. der Ersatz hydraulischer Bremssysteme durch elektromechanische Komponenten („brake-by-wire“), die Einführung elektronischer Lenkung („steer-by-wire“) oder Antriebskonzepte für Hybrid- und Elektrofahrzeuge.

Auch Trends hin zu energiesparender Leichtbauweise, der Einsatz energieautarker funkbasierter Systeme oder Sensortechniken (z. B. Abstandssensoren oder etwa die Kommunikation zwischen Fahrzeugkomponenten oder Fahrzeugen) stellen die Fahrzeugentwicklung vor neue Herausforderungen. Um den wachsenden Anforderungen im Fahrzeugbau zu begegnen, werden Komponenten und Prozesse mittels sogenannter Multiphysik-Systeme am Bildschirm simuliert. So kann z.B. das Verhalten eines bestimmten Bauteils gegenüber mehreren physikalischen Phänomenen (daher Multiphysik), etwa elektromagnetischem und thermischem Verhalten untersucht werden. Um zuverlässige und realistische Simulationsergebnisse zu erzielen, sind gekoppelte Simulationen der beteiligten Effekte notwendig.

Die Arbeitsgruppen von Prof. M. Arnold, Dr. T. Clees, Prof. M. Clemens, Prof. M. Günther, Prof. B. Simeon und Prof. C. Tischendorf greifen die mathematischen Problemstellungen solcher Multiphysik-Systeme auf. Es werden verschiedene physikalische Prozesse mittels verschiedener Gleichungen beschrieben. Partielle Differentialgleichungen dienen der Beschreibung von räumlich verteilten Effekten (beispielsweise der Temperaturausbreitung oder elektromagnetischer Störfelder). Mit differential-algebraischen Gleichungen werden dynamische Teilsysteme und ihre Kopplungen untereinander abgebildet (z. B. elektronische Komponenten oder mechanische Verbindungen).

Anwendungsbereiche sind u. a. die Kopplung von Kabelsträngen und elektronischen Steuerelementen, von elektromagnetischen Sensoren und Steuerelektronik sowie von Mehrkörpersystemen und Fluidik bzw. Elastodynamik.Praxispartner des Projekts sind die Automobilzulieferer Delphi Deutschland GmbH (www.delphi.com) und Leopold Kostal GmbH & Co. KG (www.kostal.de) sowie die Entwickler von Simulationssoftware Computer Simulation Technology AG (www.cst.com) und SIMPACK AG (www.simpack.de). Sie testen die in SOFA entwickelten Tools und Methoden zur effektiven und robusten Simulation und Optimierung gekoppelter Multiphysikprobleme an realistischen Modellen aus der industriellen Praxis und integrieren sie – nach erfolgreicher Testung – in ihre jeweiligen Simulationsumgebungen.

Bei Rückfragen: Prof. Dr. C. Tischendorf, Mathematisches Institut
Universität zu Köln, Weyertal 86-90, 50931 Köln
Tel.: +49 221 470-6080, Fax: +49 221 470-6076
E-mail:: tischendorf@math.uni-koeln.de
Verantwortlich: Dr. Patrick Honecker