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Fahrzeugentwicklung : Das Wohlfühl-Rechenmodell ist noch nicht erfunden

  • -Aktualisiert am

An die Wand gefahren: Crash-Test mit dem Mini Bild:

Vieles, aber noch nicht alles kann man am und im Auto simulieren. Dennoch kann auch heute nicht auf Versuche in der Praxis verzichtet werden, wenn ein neues Fahrzeug entwickelt wird.

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          Bald nach den Kindertagen des Autos mußten für seine Entwicklung und Produktion neue Wege gefunden werden: Statt empirischer Vorgehensweisen wurden Berechnungen angestellt, noch bevor es zur Erprobung in der Praxis kam. Das hat sich bis in die Gegenwart zum Einsatz von Computer-Programmen gesteigert. Damit kann man vieles, aber nicht alles am Auto vorausberechnen. Und der nähere Blick auf Zeugung und Geburt eines Autos zeigt dem Laien: Für ein neues Produkt sind vier Entwicklungsjahre gerade ausreichend.

          Schon in den Jugendjahren des Autos führten Motorschwingungen und -geräusche zu berechneten theoretischen Erkenntnissen. Massenausgleich und Drehschwingungen konnten mit Zahl und Anordnung der Zylinder sowie mit der Kurbelwelle beeinflußt werden. Es folgten Untersuchungen von Maschinenelementen und Getrieben. Etwa zur Mitte der zwanziger Jahre begann man, das gesamte Auto wissenschaftlich zu erfassen. Frühe Beispiele des automobilen Strebens galten Erkenntnissen über Fahrwiderstände und Fahrleistungen, dem Beherrschen des Lenkungsflatterns starrer Vorderachsen oder der Federungsauslegung.

          Nach dem Zweiten Weltkrieg konnte sich die Methode der finiten Elemente (Strukturaufteilung in kleine Flächen- und Volumenelemente) voll durchsetzen. Das war ein Meilenstein in der Vorausberechnung. Sie kam zu den klassischen Verfahren, wie zum Beispiel der Thermodynamik, zu Schwingungen und Festigkeit dazu. Inzwischen ist ein komplexes Theoriegerüst für das gesamte Automobil entstanden. Leistungsfähige Computersysteme sollen die Konstruktion frühzeitig absichern, das Ziel ist die integrierte Produktgeburt vom Entwurf bis zur Serienreife. Damit ließen sich technischer Aufwand und Kapitaleinsatz stark verringern.

          Heute werden am Computer-Bildschirm, unterstützt von vielfältigen Simulations- und Optimierungsverfahren, die Voraussetzungen für Prototypen mit hohem Reifegrad geschaffen. Die Technikvision sieht schon das erste Autoexemplar als kundenfähig an. Doch davor sind noch etliche Hindernisse zu überwinden.

          Digital mit CAD

          Die Vorgehensweise bei der Fahrzeugentwicklung entspricht der Aufgabe: Nachfolgerentwicklung mit Beibehaltung des Grundkonzepts und Übernahme vorhandener Komponenten; ganz neues Modell ohne Vorläufer; neues Modell und Einsatz von vorhandenen Komponenten. Das komplette Projekt wird in eine Vielzahl von Einzelabschnitten zerlegt, deren Inhalt jeweils definiert und berechnet wird. Für ein neues Auto beginnt man mit einem Grobkonzept: Zum Beispiel werden hier Hauptabmessungen, Zahl der Insassen, Größe und Lage der Antriebsaggregate oder das Zielgewicht festgelegt. Dann wendet man sich immer detaillierter einzelnen Konstruktionen zu. Diese gesamte Entwicklung verläuft auf digitaler Ebene, "Computer Aided Design" hat hier zur Verringerung der Fristen gesorgt.

          Rechenmodelle für mehr Wirtschaftlichkeit

          Beim näheren Blick auf die Arbeiten für Antrieb und Fahrwerk wird deutlich, weshalb große Unternehmen Tausende von Entwicklungsingenieuren beschäftigen. Der Motor entsteht aus seinen geometrischen Grundgrößen (zum Beispiel Zylinderzahl, Hubraum), und dazu kommt der sogenannte Kreisprozeß mit Ladungswechsel, Gemischaufbereitung, Verbrennung und Energieumsetzung einschließlich der Kühlung und Schmierung, und dann muß es Antworten geben auf die Fragen nach Bauteilfestigkeiten, Schwingungen und Geräuschen. Hierfür gibt es mittlerweile viele Rechen- und Simulationsmodelle, kein Motor wird mehr ohne umfangreiche Simulation entwickelt. Da geht es um Schmierfilme in Lagern, Schwingungen von Ventilen, Steuerketten und Riemenantrieben, um Kolbenringdynamik und Bauteiltemperaturen, Durchströmung und Aufheizung des Katalysators, Kennfelder zum Steuern von Einspritzverläufen und Zündung. Mit Rechenmodellen konnte der einstige Aufwand für die Arbeiten am realen Prüfstand deutlich reduziert werden.

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