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Entwicklung und Absicherung eines innovativen Fahrzeug ... · Luftklappensteuerung (LKS), getrennt für HT und NT Kühlmittelkreislauf • HT Klappe regelt Kühlmitteltemperatur •
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Entwicklung & Absicherung Thermomanagement1D Modulare Systemsimulation
Intake airCombustionExhaust gas
ICE Coolant
ICE Structure
ICE FrictionICE Oil
Vehicle/DrivetrainPerformance
VehicleHT Cooling Circuit
TransmissionThermal System
VehicleLT Cooling Circuit
ICE Performance
Vehicle UHCooling Air
∆t
= O(μ
sec)
∆t = O(sec)
HVAC
Electrification
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Entwicklung & Absicherung Thermomanagement
Fahrzeuggeschwindigkeit
Motorleistung
Motordrehzahl
Motordrehmoment
Beispiel: Testzyklus 3x VL Beschleunigung
Umgebungs-/Starttemperatur 20°C
2x VL Beschleunigung auf 240 km/h Konstantfahrt Abbremsvorgang Fzg.Stillstand Motor Leerlauf
1x VL Beschleunigung auf 250 km/h Konstantfahrt
Zyklusdauer 400 Sekunden
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Entwicklung & Absicherung Thermomanagement
Klappe offen
Klappe geregelt
Klappe offen
Klappe geregelt
Kühlluftmassenstrom bei Umgebungstemperatur 20°C
HT Klappe geregelt über Kühlmitteltemperatur (90°C)Thermische Trägheit von Motor und Kühlmittel gleicht Lastwechsel durch Schaltungen weitgehend aus.
NT Klappe geregelt über Ladelufttemperatur (55°C) Lastwechsel durch Schaltungen wirken sich unmittelbar auf LL Massenstrom, Temperatur und Druck aus. höhere Anforderung an die Regelstrategie
Beispiel: Testzyklus 3x VL Beschleunigung
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Entwicklung & Absicherung Thermomanagement
Aerodyn. Widerstand bei Umgebungstemperatur 20°C
bis 5% Widerstandsreduzierung im geregelten Betrieb… berechnet aus Impulsverlust der Luftmassenstromdifferenz aus ungeregelten und geregelten Betrieb
Entwicklung & Absicherung ThermomanagementAbsicherung Kühlluftmassenströme
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Entwicklung & Absicherung ThermomanagementAbsicherung Kühlluftmassenströme
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Entwicklung & Absicherung ThermomanagementAbsicherung Kühlluftmassenströme
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Entwicklung & Absicherung ThermomanagementAbsicherung Kühlluftmassenströme
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Entwicklung & Absicherung ThermomanagementAbsicherung Kühlmittelmassenströme
In Gesamtmodell integrierte Kühlmittelkreisläufe:
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Entwicklung & Absicherung Thermomanagement
Digital Twin besteht aus komplementären und synchronisierten 1D & 3D CAE Modellen für alle Entwicklungsbaugruppen. Je höher der Integrationsgrad, desto besser.
Ziel: Unterstützung des virtuellen Produktentstehungsprozesses Zum SOP soll der Digital Twin das funktionale Verhalten des realen Fahrzeugs abbilden,
• um Fehler im Feld schneller zu analysieren und zu beheben• um Weiterentwicklung zu unterstützen, z.B. Cost down, Derivate, Nachfolger
Digital Twin hat den Anspruch, bis zur Serienreife entwickelt zu werden!
Abbruch Weiterentwicklung des Digital Twinssobald der Fahrzeugversuch vergleichbare Reife liefert.Grund: Budget, KapaRisiko: Digital Twin wird nicht zur Serienreife entwickelt und ist danach nur noch bedingt brauchbar für Analyse von Serienproblemen oder für Weiterentwicklung.
Zu früher Abgleich zwischen 1D Simulation und Versuchd.h. 1D Modell wird entsprechend Versuch „kalibriert“ Grund: Vertrauen in Versuch ist höher als in SimulationAuswirkung: • Digital Twin verliert prädiktive Eigenschaft• Funktionsbestätigung erfolgt verspätet und maßgeblich durch
Sehr früher Abbruch der Entwicklung des Digital Twins,da der Digital Twin auf die Reife des Fahrzeugversuchs heruntergezogen wird.Grund: zu früher Abgleich mit Fahrzeugversuch, Budget, KapaRisiko: Digital Twin wird nicht zur Funktionsbestätigungsreife entwickelt und ist danach nicht brauchbar für Analyse von Serienproblemen oder für Weiterentwicklung.
Idealer Entstehungsprozess des Digital Twin Thermomanagement• Späterer Aufbau der Versuchsfahrzeuge / Prototypen• Budgetverschiebung vom Anfang auf Ende der Serienentwicklung• Konsequenter Abgleich des Digital Twin mit Fahrzeugversuch in
letzter SE-Phase bis zum SOP
V
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Entwicklung & Absicherung Thermomanagement
Dabei sollte der Integrationsgrad der einzelnen Modelle im Gesamtmodell möglichst hoch sein.
Résumé
Zur Darstellung des Digital Twins müssen die Simulationsmodelle bis zum Serienreifegrad entwickelt werden, d.h. in der Endphase der Serienentwicklung muss noch einmal Aufwand zum Abgleich mit dem realen Fahrzeug getätigt werden.
Die direkte 1D/3D Kopplung ist nicht notwendig. Vielmehr müssen 1D und 3D Modelle während der Entwicklung immer wieder aufeinander abgestimmt und verbessert werden.
Die Entwicklung und Absicherung der Funktion Fahrzeug-Thermomanagement lässt sich durch den komplementären Einsatz von 1D und 3D Simulationsmodellen bis zur Funktionsbestätigungsreife weitgehend virtuell darstellen.