Für ein hohes Maß an passiver Sicherheit von PKW ist ein gutes Crash-Verhalten der Fahrzeugstruktur von entscheidender Bedeutung und neben einer hohen statischen und dynamischen Karosseriesteifigkeit eines der wichtigsten frühen Auslegungsziele. Neue gesetzliche Restriktionen und auch öffentliche Tests der Verbraucherorganisationen zwingen die Automobilhersteller zu immer aufwendigeren Strukturmaßnahmen oder zu völlig neuen Konstruktionen. Die Formgebungs- und Strukturmaßnahmen sind Entwicklungsschritte eines Fahrzeuges, die in einer sehr frühen Konstruktionsphase für Gesamtfahrzeug und Karosserie festgelegt und deren Funktion durch rechnerische Simulationen und Optimierungen nachgewiesen und abgestimmt werden müssen.Die Konzeptphase der Karosserie- und Gesamtfahrzeugentwicklung zeichnet sich aber dadurch aus, das entweder wenige Informationen eines neuen Fahrzeuges vorliegen (Neuentwicklung) oder aber eine Vielfalt an Daten des Vorgängermodells vorhanden sind (Weiterentwicklung). Weiterhin werden in der Konzeptphase normalerweise sehr viele Varianten, teilweise auch mit sehr unterschiedlichen Fahrzeugarchitekturen z.B. Lastpfadstrategien für den frontalen Aufprall bearbeitet. Diese Notwendigkeit der Variantenuntersuchungen und der Vielfalt der für die Simulationen notwendigen Daten einerseits und andererseits die häufige Forderung nach schnellen tendentiellen Resultaten, erlaubt nicht den Einsatz komplexer CAD und CAE-Modelle der Vorgängerfahrzeuge sondern führt fast immer zur Verwendung von vereinfachten Simulationsmodellen für die Auslegung und erlaubt erst so die Anwendung von Optimierungsverfahren für alle Fahrzeugattribute. Der Aufbau und die Modifikation von geometrischen und mechanischen Simulationsmodellen in der frühen Fahrzeugentwicklungsphase wird hier erklärt. Neue parametrische Verfahren zur Strukturmodellerstellung sowie deren Ankopplung an Optimierungsverfahren zur Sicherheitsauslegung werden hier vorgestellt. Neben der Variation von mechanischen Grundeigenschaften der Simulationsmodelle, beispielsweise der Materialstärke und -güte, wird hier auch auf die Variation der parametrischen Geometrie und Topologie eingegangen. Beispiele für Bewertungsverfahren von Strukturen in der Konzeptphase werden gezeigt und vereinfachte Methoden für die Sicherheitsauslegung und -optimierung diskutiert.
On one hand the high level of crashworthiness, based on improved passive safety behaviour, on the other hand the high level of static and dynamic stiffness of the car body are the most important design criteria in the early design phase of a vehicle. In addition, new legal requirements and public domain tests of the customer organizations result in more and more complex structured designs or in totally new design alternatives. Design and layout steps of the body architecture and the major structure parts are the most important decisions of the early concept phase and must be evaluated by computer simulation and optimization. The concept phase of the body structure or the total vehicle concept development process is related either to deal with a very small amount of information (total new design) or to a very large amount of data, based on the existing vehicle (ongoing design process). Typically, a large number of alternatives must be investigated during the concept phase, sometimes with totally different body architectures, i.e. load path strategies. The large number of alternatives and the associated large amount of data in onehand and the frequent requests for providing preliminary results on the other hand prohibit the use of complex CAD and CAE models of existing cars. Therefore the use of simplified models and optimization methods for all vehicle attributes is required. The application of geometrical and mechanical simulation models for the early design phase will be described. New procedures, which support the parametrical design of structure simulation models and the coupling methods to optimization loops will also be addressed. The basic items of the structural optimisation loop, i.e. material gauge and quality, and the variation of the parametrical geometry will be discussed. Evalualtion methods for body achitectures will be elaborated in conjunction with simplified safety CAE models and optimization methods.
Vereinfachte mechanische und geometrische Ersatzmodelle zur Optimierung von Karosserie- und Gesamtfahrzeug-Entwürfen
The use of simplified geometrical and mechanical surrogate models for body and total vehicle optimization
2004
22 Seiten, 11 Bilder, 27 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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