AVL Simulation Software Release 2024 R1

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Hiermit präsentieren wir Ihnen unseren neuesten Software Release 2024 R1.

Unser Expertenteam arbeitete unermüdlich an der Entwicklung einzigartiger Lösungen - Kundenherausforderungen und -feedbacks wurden berücksichtigt in diesem neuen Softwarerelease. Das Ergebnis kann sich sehen lassen - unten haben Sie die Möglichkeit sich die Neuerungen pro Thema im Detail anzusehen.

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Start- und Basislizenzen – Anwendungsspezifische Pakete

AVL CRUISE™ M bietet über 300 Komponenten, die in ein Basislizenzpaket unterteilt sind, das durch Zusatzlizenzgruppen ergänzt werden kann, die erweiterte Funktionen in den Bereichen Elektrifizierung und Verbrennungsmotor-Performance beinhalten. Um mehr anwendungsorientierte Komponentenbibliotheken anbieten zu können, wird in dieser Version von CRUISE M die Lizenzierung von rund 260 Basiskomponenten aufgeteilt. Eine neu eingeführte Lizenzgruppe "Start" enthält rund 170 Komponenten aus den Bereichen Elektrifizierung, Gaspfad, Kühlung, Thermik und Steuerung. Die verbleibenden 90 Komponenten des Basispakets umfassen die Kältemittel-, Mechanik- und Fahrzeugdomäne, einschließlich spezieller Fahrzeugsteuerungsfunktionen. Mit der neuen Lizenzgruppe können Sie den Komponenten- und Lizenzierungsumfang noch genauer auf die Bedürfnisse Ihrer Anwendung abstimmen.

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Abbildung 1: Lizenzpaket 2024 R1: Aufteilung zwischen neuer BASIS- und START-Lizenz

Steigfähigkeit

Die Steigfähigkeit eines Fahrzeugs ist eine Kennzahl, die die maximal mögliche Steigung angibt, die ein Fahrzeug bei einer bestimmten Geschwindigkeit und einem bestimmten Gang überwinden kann. Die Simulation dieser Eigenschaft hilft bei der Auslegung der beteiligten Drehmomentquellen, des Antriebsstrangs und des Fahrzeugs selbst. Um diese spezielle Art von Simulationsaufgabe zu erleichtern, bietet CRUISE M eine neue Steigungskomponente, die alle erforderlichen Eingaben bündelt. In den Ergebnissen finden Sie zeitbasierte Daten, die einen Einblick in den Berechnungsansatz geben, sowie Daten für Steigkraftdiagramme, welche die maximal möglichen Steigungen über der Fahrzeuggeschwindigkeit für jeden Gang anzeigen. Die Steigfähigkeitssimulationen in CRUISE M sind nicht auf bestimmte Grundkonfigurationen des Antriebsstrangs beschränkt und können sofort für BEV- oder HEV-Layouts durchgeführt werden.

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Abbildung 2: Steigfähigkeitskomponente

Zugkraft

Die Zugkraft eines Fahrzeugs ist die Kraft, die von den angetriebenen Rädern auf die Straße übertragen wird. Sie hängt von den Eigenschaften der Drehmomentquellen, den Verlusten im Antriebsstrang, den Übersetzungsverhältnissen und den Besonderheiten des Fahrzeugs selbst ab. Um den Aufbau solcher Simulationen zu verkürzen, bietet CRUISE M eine neue Zugkraftkomponente, die alle erforderlichen Eingaben bündelt und die Ausführung der Aufgabe übernimmt. In den Ergebnissen finden Sie einen neuen Zugkraftordner, der Daten zu Isolinien, den Traktionswiderstand für verschiedene Fahrbahnneigungen, die Zugkraft und die Überschusskraft (d. h. die um die Widerstandskraft reduzierte Zugkraft) enthält, die für verschiedene Gänge berechnet wurden. Die Zugkraftsimulationen in CRUISE M sind nicht auf bestimmte Grundkonfigurationen des Antriebsstrangs beschränkt, sondern können auch für BEV- oder HEV-Konfigurationen durchgeführt werden.

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Abbildung 3: Zugkraftskomponente

ph-Diagramm auf Kältemittelkreislaufebene – Interaktiver Abgleich der Ausgangsbedingungen

Das ph-Diagramm eines Kältemittelkreislaufs ist eine der kompaktesten und aussagekräftigsten Zusammenfassungen der Betriebsbedingungen der Komponenten und der Gesamtleistung des Systems. CRUISE M liefert ph-Diagramme online während einer laufenden Simulation und als Teil der Nachbearbeitung. In Anbetracht der Tatsache, dass ungünstige Anfangsbedingungen einen zusätzlichen Rechenaufwand verursachen, besteht ein Bedarf an einer Möglichkeit, die verschiedenen Anfangsbedingungen der Komponenten auf Systemebene abzugleichen. Diese Version von CRUISE M trägt diesem Bedarf mit interaktiven ph-Diagrammen auf der Schaltungsebene Rechnung. Wenn Sie den einen oder anderen Anfangswert ändern möchten, können Sie einfach einen beliebigen Betriebspunkt an eine Position verschieben, die Ihren Anforderungen entspricht.

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Abbildung 4: Interaktives ph-Diagramm

Wizard zur Parametrisierung von Plattenwärmetauschern (Plate Heat Exchanger Wizard)

CRUISE M bietet eine maßgeschneiderte Plattenwärmetauscher (PWT)-Komponente, die eine detaillierte Parametrisierung von Geometrie, Druckabfall und Wärmeübertragung ermöglicht. Um diese anspruchsvolle Arbeit zu unterstützen, wird mit dieser Version von CRUISE M ein spezieller Parametrisierungswizard veröffentlicht. Zu Beginn benötigen Sie nur grundlegende geometrische Informationen über Ihren PWT und Referenzdaten aus Messungen oder anderen Quellen, die sein Verhalten unter verschiedenen Betriebsbedingungen charakterisieren. Auf der zweiten Seite können Sie dann auswählen, welche Modellparameter (d. h. physikalische Phänomene) Sie optimieren möchten. Danach können Sie den eigentlichen Parametrisierungsprozess starten. Wenn Sie auf die Schaltfläche "Fertig stellen" klicken, werden alle Parameter automatisch auf den echten PWT übertragen, der dann in jeder Art von Kältemittelkreislauf eingesetzt werden kann.

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Abbildung 5: Arbeitsablauf des VLE Liquid HX Calibration Wizard

Kältemittelkreislauf – Erhöhte Geschwindigkeit und Robustheit

Die numerische Robustheit und die rechnerischen Anforderungen von Kältemittelkreisläufen übersteigen jene in anderen physikalischen Domänen. Moderne Kältemittelsysteme bestehen aus komplexen Netzwerken, die verschiedene Wärmequellen und -senken (z. B. Fahrgastraum, Batterie, E-Motor, Kühler) kombinieren, die abwechselnd im Heiz- oder Kühlbetrieb oder im Leerlauf betrieben werden können. Das Kältemittel selbst soll seinen Aggregatzustand ändern, was zu Dichteschwankungen von drei Größenordnungen führt. Diese Version von CRUISE M trägt der Notwendigkeit Rechnung, solche Systeme effektiv und nahezu in Echtzeit zu simulieren. Die Anwendung analytischer Methoden zur Bewertung von Systemgradienten wird in das bestehende numerische Lösungsverfahren einbezogen. Leistungsmessungen zeigen Geschwindigkeitssteigerungen zwischen 10 % und 40 %, abhängig von der Modellgröße, bei gleichbleibenden Ergebnissen.

AVL CRUISE™ M Neue Vorkammerkomponente für Hubkolben- und Rotationskolben-Motoren

Vorkammern werden üblicherweise eingesetzt, um die Verbrennungseffizienz von fremdgezündeten Motoren zu verbessern. AVL CRUISE™ M 2024 R1 berücksichtigt dies mit einer neuen Vorkammerkomponente.

Die neue Komponente erlaubt die Verwendung aller verfügbaren Verbrennungsmodelle (z.B. Tabelle, Vibe, Zwei-Zonen-Multi-Vibe), Schadstoffbildung und Wandwärmeverlustmodelle, wie sie von der Standard-Brennkammerkomponente bekannt sind. Das Einrichten von Modellen mit einer Vorkammer ist einfach. Es wird eine Zylinderblockkomponente aus der Bibliothek gezogen und die Option für direkte oder indirekte Einspritzung mit Vorkammer ausgewählt. CRUISE M erstellt dann automatisch die richtige Komponentenanordnung mit Brennkammer, Ventilen, Einspritzdüsen, Vorkammer und Vorkammeröffnung(en). Das Layout kann dann bei Bedarf interaktiv angepasst werden, auch die Einbeziehung mehrerer Vorkammern ist möglich.

Die neue Vorkammerkomponente kann sowohl für Hubkolben- als auch für Drehkolbenmotoren eingesetzt werden.

Ein eigenes Installationsbeispiel zeigt den Aufbau einer Vorkammer, die je nach Winkellage abwechselnd mit drei verschiedenen Brennkammern eines Kreiskolbenmotors verbunden ist.

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Abbildung 1: Integration der Vorkammerkomponente in AVL CRUISE™ M

AVL CRUISE™ M Erweiterungen von Engineering Enhanced Cylinders und Wizards

Mit dem Release 2024 R1 wurden die Engineering Enhanced Cylinder Komponenten und Wizards für Benzin- und Dieselmotoren um einige Funktionalitäten erweitert.

Der Engineering Enhanced Diesel Cylinder Komponente

  • bietet einen detaillierteren Einblick in die Verteilung der Wandwärmeverluste auf Laufbuchse, Kolben und Deck. Die Daten können durch Anschluss an die entsprechenden Datenbuskanäle überwacht werden.
  • ermöglicht die Parametrierung der Kennfelder der hydraulischen Einspritzverzögerungen in Abhängigkeit von "Kraftstoffmasse pro Zyklus", "Timing" und "Einschaltzeit".
  • ermöglicht die Parametrierung der Kennfelder von "Post n injection: Korrektur des CO-zu-THC-Verhältnisses" (n = 1,2,3), die auf der Seite der manuellen Emissionsverbesserung angegeben sind, in Abhängigkeit von "Kraftstoff pro Zyklus nach der Einspritzung" und "Zeitpunkt nach der Einspritzung".
  • bietet eine neue Option zur Kompensation von Druckwellen während der aktiven Berechnung der Menge der Einspritzanlage (FIE). Sie kann über ein Kontrollkästchen aktiviert werden.

Der Engineering Enhanced Diesel Cylinder Komponente erlaubt nun

  • die Ausgabe der Abgastemperatur nach einer Kraftstoffabschaltung mit einem PT1-Filter zu glätten.

 

AVL CRUISE™ M Verbesserungen bei der Abgasnachbehandlungsmodellierung

Thermische Wandkopplung: Die an der Spitze eines Thermoelementes angegebene Temperatur ist das Ergebnis der konvektiven Wärmeübertragung aus dem Abgas und des konduktiven Wärmeaustauschs mit der Wand. Ist die Geschwindigkeit des umgebenden Fluids nahe Null, ist der konduktive Anteil dominant. Diese Version von CRUISE M trägt dieser Anforderung Rechnung und erhöht die Genauigkeit des Wandtemperaturmodells durch Einführung einer thermischen Kopplung benachbarter Komponenten im Abgasnachbehandlungssystem. 

Katalysatoren mit elektrischer Heizung: Es wird eine neue Komponente E-Heater zur Verfügung gestellt, die es ermöglicht, die Auswirkungen der elektrischen Beheizung von Abgasnachbehandlungskomponenten auf die Spezieskonvertierung zu modellieren.

AdBlue Dosierung: In dieser Version von CRUISE M wurden die Eingabedialoge der Doser Komponente  geändert, um die Spezifikation der einspritzbaren Fluide mit denjenigen zu verlinken, die auf der Ebene des entsprechenden Gaskreislaufs definiert wurden.

Katalysator und Partikelfilter: Für die Komponenten Katalysator und Partikelfilter wurden neue Datenbuskanäle eingeführt.

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Abbildung 2: Axiale thermische Wandkopplung für eine Katalysatorkomponente in AVL CRUISE™ M

AVL EXCITE™ M

Einfacher Riementrieb in AVL EXCITE™ M

Riemen-triebe sind Schlüsselelemente in Verbrennungsmotoren und Hybridantriebssträngen. Der Riementrieb, der in AVL EXCITE™ Power Unit verfügbar war, ist nun in AVL EXCITE™ M integriert. Der Riemen wird innerhalb des Makros definiert, was die direkte Auswahl von Riemenscheiben, 3D-Visualisierung und Animation ermöglicht. Es bündelt auch die Definition der Riemeneigenschaften wie z.B. die Spezifikation der konkreten Steifigkeit und Dämpfung, basierend auf spezifischen Werten.

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Abbildung 1: 3D-Visualisierung von Riemenscheiben und Riemen

Automatisches (Un-)Auswuchten von Wellen

Die wiederkehrende Kondensierung von FE-Strukturen, wie z.B. Kurbelwellen oder Elektromotorrotoren, mittels FE-Tools für Optimierungsworkflows, bei denen sich die Geometrie und die Masse ändern, kann rechenintensiv und zeitaufwändig sein. Diese neue Funktion vereinfacht die Anpassung der Strukturmatrix direkt im EXCITE M-Solver, wodurch die Notwendigkeit der wiederholten Kondensierung zur Adaption von (un-)ausgewuchteten Massen entfällt. Die folgenden Abbildungen zeigen das Auswuchten einer ursprünglich unwuchtigen Welle mit einer Scheibe, das durch die direkte Platzierung von Ausgleichsmassen in EXCITE M erreicht wurde.

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Abbildung 2: Radiallagerkräfte aufgrund von Unwucht im FE-Modell
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Abbildung 3: Hinzugefügte Ausgleichsmassen in AVL EXCITE™ M zur Kompensation der Unwucht des FE-Modells

Kombination der Kolbengruppe zu einer gemeinsamen Masse

Bei Kurbelwellenmodellen in EXCITE Power Unit werden die Kolben- und Kolbenbolzenmassen oft durch eine gemeinsame Masse dargestellt, anstatt sie als separate Körper zu behandeln. Nun ist eine solche Option für die gesamte Kolbengruppe auch in EXCITE M verfügbar.

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Abbildung 4: 3D-Visualisierung der Modelltopologie eines Kurbeltriebes ohne separatem Kolben und Kolbenbolzen

Erweiterungen für AXHD-Kontaktausrichtungen

Bislang waren bei den hydrodynamischen Axialgleitlagern(AXHD) die Kontaktrichtung und die Ausrichtung der Teilkomponenten Druckplatte und Kegelstumpf gekoppelt. Dies erforderte eine manuelle Drehung der Komponenten, um eine Kontaktrichtung in der negativen Richtung herzustellen. Jetzt sind die Kontaktrichtungen entkoppelt und können direkt eingestellt werden, ohne dass die Komponenten gedreht werden müssen.  

 

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Abbildung 5: Geometriedefinition einer Druckplatte
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Abbildung 6: Axialgleitlager mit zwei gekoppelten Druckplatten

Bei Kegelstümpfen wird die Kontaktrichtung nun automatisch anhand der Geometrie festgelegt. Es ist keine Drehung erforderlich, um eine korrekte Verbindung herzustellen.

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Abbildung 7: Geometrische Definition eines Kegelstupfes
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Abbildung 8: Kegelförmiges Axialgleitlager, das einen Kegelstumpf mit einer konischen Bohrung verbindet

Verschleißanalyse-App für EHD-Kontakte

Eine neue App zur Verschleißanalyse wurde in die EXCITE M App-Bibliothek aufgenommen. Sie ermöglicht die Einrichtung eines Verschleißworkflows für die EHD-Kontakte (Radial Slider Bearing, Piston/Liner Contact und Axial Slider Bearing). Die Hauptvorteile dieses Workflows für die Verschleißanalyse sind die automatische Use-Case abhängige Parametereinstellung, die automatisierte Abarbeitung des Workflows mit der Aktualisierung der Oberflächenverschleißprofile anhand der Ergebnisse der vorangegangenen Simulationsläufe.

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Abbildung 9: Dialog der Verschleißanalyse-App, die aus der AVL EXCITE™ M App-Bibliothek gestartet wird

Verschleißanalyse-Workflow - Arten der Testdurchführung

Für die Durchführung der Verschleißtests stehen zwei Optionen zur Verfügung: parallel und sequentiell. Bei der sequentiellen Ausführung legt man die exakte Reihenfolge fest, in der die Fälle ausgeführt werden sollen, um reale Betriebsbedingungen zu reproduzieren, beispielsweise auf einem Prüfstand oder im Feld. Die sich daraus ergebenden Verschleißprofile des vorhergehenden Falles werden als Eingabe für den nächsten Lauf verwendet. Die parallele Ausführung ist die schnellste Option, da einzelne Betriebspunkte parallel ausgeführt werden und die Verschleißprofile anhand des Gewichtungsprozentsatzes der geforderten Betriebszeit berechnet werden. Am Ende jedes parallelen Durchlaufs werden die Verschleißprofile jedes Körpers summiert, um als Eingabe für den nächsten parallelen Durchlauf von Betriebspunkten verwendet zu werden.

Volle Unterstützung für Signaleigenschaften

Viele Komponenten in EXCITE M, wie z.B. Sensor-, Funktions- oder Schnittstellenkomponenten, aber auch einige Koppelungen, verfügen über Steuergrößen, an denen spezifischen Eigenschaften einzelner Eingangs- und Ausgangssignale angezeigt werden. Bisher wurden gewissen Funktionen für diese Steuergrößen nur von einigen der Komponenten unterstützt. Mit dieser Version werden die Funktionen Skalierung, Verschiebung und Standardwert nun von allen Komponenten vollständig unterstützt, was das gesamte Signalnetzwerk in EXCITE M verbessert.

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Abbildung 10: Skalierung, Verschiebung und Standardeinstellungen für jede Steuerkomponente

MFC-basiertes Modell für das EESM

Für die elektrisch erregten Synchronmaschine (EESM) werden auf der Magnetfeldberechnung (MFC) basierende Modelle eingeführt. Sie beruhen auf elektromagnetischen Simulationen über den gesamten Stator- und Erregerstrombereich, die mit dem in der App-Bibliothek verfügbaren EMC Model Assistenten importiert werden. Alternativ können auch lineare und gesättigte Grundwellenmodelle parametrisiert werden.

Der Parameterraum des MFC-basierten Modells ist mehrdimensional und umfasst die Rotorwinkelstellung, den Statorstromvektor und den Erregerstrom. Aufgrund der relativ großen Datenmenge wird derzeit eine Rotorexzentrizität nicht berücksichtigt.

Erweiterte Zeit-/Frequenzanalyse mit der AVL COMPOSE™ App

Für eine bessere Darstellung des Signalinhalts ist eine hohe zeitliche Auflösung für hohe Frequenzen und eine niedrige zeitliche Auflösung für niedrige Frequenzen erforderlich. Diese Eigenschaft kann durch die Wavelet-Transformation (WT) erreicht werden, bei der eine abstraktere Fensterfunktion  verwendet wird.Das Ergebnis ist ein so genanntes Skalogramm, das die gewünschte unterschiedliche Zeit-Frequenz-Auflösung ermöglicht. Die bessere Lokalisierung bestimmter Frequenzen, wie z. B. Systemeigenfrequenzen und Anregungsordnungen, ermöglicht eine klarere grafische Darstellung der Simulationsgrößen.

Die Abbildung zeigt ein solches Skalogramm der Strukturschwingung einer Electric Drive Unit (EDU) während eines Hochlaufes. Die Ausprägung der vom Elektromotor angeregten Ordnungen und ihre lokale Verstärkung durch die Eigenfrequenzen des Systems werden sehr detailliert wiedergegeben.

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Abbildung 11: Wavelet Transform (WT) eines transienten Gear-Hammering Scenario in der Time-Frequency Analysis AVL COMPOSE™ App

AVL EXCITE™ Power Unit

Export nach AVL EXCITE™ M - Erweiterungen

Die Import von Modellen mit EMC-Joints in EXCITE M ist jetzt problemlos möglich. Alle Konfigurationen und Parameter, einschließlich derjenigen für die Steuerung des Elektromotors und der Versorgungseinheit, werden nahtlos übertragen.

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Abbildung 12: EMC-Joint von AVL EXCITE™ Power Unit übertragen in AVL EXCITE™ M

E-Motor Tool - Unterstützung der geschrägten PMSM

Bisher konnten nur Modelle, die auf der MFC-Methode (Magnet Force Coupling) basieren, die Schrägung der Stator Nuten bzw. der Magnete am Rotor in der Simulation berücksichtigen. Jetzt können alle PMSM-Modelle verschiedene Arten von Schrägungen behandeln: lineare, V-förmige oder beliebige Schrägungen. Sie können die Länge jedes Abschnitts und seine Abweichung vom mechanischen Standardwinkel einfach definieren.

Gesättigte (2D) Grundwellenmodelle und kennfeldbasierte (Wirkungsgrad-) Modelle erfordern nur minimalen zusätzlichen Simulationsaufwand, da der Multi-Slice-Ansatz anhand der verfügbaren Kennfelder ausgewertet wird. Lineare Grundwellenmodelle und kennfeldbasierte Modelle (Drehmoment/Zahnkraft) richten automatisch die erforderlichen Schichten ein und werten die summierten Maschinenparameter aus.

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Abbildung 14: Auswirkung der linearen Schrägung auf die Radialkraft für einen Statorzahn Zahn (links) und das Drehmoment (rechts)

Deutlich verkürzte Projektdurchlaufzeiten und präzise physikalische Modelle stehen im Mittelpunkt der Neuerungen in dieser Version. Informieren Sie sich über die Highlights des neuesten Releases zu unserer Batterielösungen.

Elektrochemische Batterie - Hysteresemodell

Für das elektrochemische Pseudo-2D-Modell (P2D) für Lithium-Ionen-Zellen ist es unerlässlich, Materialeigenschaften wie eine charakteristische Hysterese beim Open-Circuit-Potential (OCV) vorgeben zu können. Neu in dieser Version von AVL CRUISE™ M ist die Möglichkeit, die OCV-Hysterese mit Hilfe von zwei separaten OCV-Kurven zu berücksichtigen. Die Materialdatenbank von CRUISE M unterstützt die Hysteresemodellierung, indem sie die Möglichkeit bietet, separate OCV-Kurven für Lithiierung und Delithiierung zu verarbeiten.  

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Abbildung 1: Elektrochemische Batterie - OCV-Hysterese Elektrochemisch

Elektrochemische Batterie - Partikelgrößenverteilung

Elektrochemische Pseudo-2D-Berechnungen, die nur ein einziges repräsentatives Partikel berücksichtigen, ergaben erhebliche Abweichungen im Vergleich zu den gemessenen Entladekapazitäten, insbesondere bei hoher Belastung. Um dieses Manko zu beheben, erlaubt diese Version von CRUISE M, die Auswirkungen der Partikelgrößenverteilung (PSD) in der Materialdatenbank und als Teil der elektrochemischen Batteriekomponente selbst zu berücksichtigen. In der Materialdatenbank können Sie nun zwischen der Eingabe von Log-Normal- oder Normalverteilungen wählen, oder sich für eine tabellenbasierte Spezifikation entscheiden.

Zusätzlich zur phänomenologischen Modellierung der Hysterese des Leerlaufpotentials und der Partikelgrößenverteilung beinhaltet CRUISE M nun eine detaillierte Simulation der variablen Festkörperdiffusion. Mit diesen drei neuen Funktionalitäten ist es für die Modellierung von LFP- oder Si-dominierten Elektroden bestens gerüstet.

Elektrochemische Batterie Electrode Balancing Wizard

Die bestehende Wizard-Sammlung wurde um den neuen Electrode Balancing Wizard erweitert. Er ergänzt den bestehenden EIS Wizard, um die effiziente Parametrisierung von genauen P2D Modellen zu erleichtern. Der Wizard unterstützt bei der Parametrisierung grundlegender Parameter des elektrochemischen Batteriemodells (ECB), die die Elektrodenkapazitäten und die Leerlaufspannung mit Hilfe von Daten aus Halbzellen- und Drei-Zellen-Elektrodenmessungen beschreiben.

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Abbildung 2: Elektrochemische Batterie – Electrode Balancing Wizard

Elektrochemische Batterie – BPX (Battery Parameter eXchange ) Import

Ein offener Standard für physikalisch basierte Lithium-Ionen-Batteriemodelle wurde von The Faraday Institution im Jahr 2022 eingeführt (siehe The Faraday Institution, bpxstandard.com). Der Battery Parameter eXchange (BPX)-Standard umfasst Parameter, die für Doyle-Fuller-Newman (DFN) und Single Particle Models (SPM) verwendet werden können, und beinhaltet wichtige Batterieparameter für Anoden-, Kathoden-, Elektrolyt- und Separatormaterialien.

Diese Version von CRUISE M bietet einen BPX-Importassistenten, der es dem Benutzer ermöglicht, JSON-Dateien einzulesen, um die elektrochemischen Batteriemodelle zu parametrisieren. Die Parameter werden in die Materialdatenbank von CRUISE M und AVL FIRE™ M übertragen und als neue, benutzerspezifische Materialien gespeichert.

Ingenieure, die mit PyBaMM an Batteriemodellen arbeiten, können nun über die Batteriezelle hinaus das gesamte System simulieren.

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Abbildung 3: Elektrochemische Batterie – Import von BPX-Dateien

Zylindrische Batteriemodulkomponente

Das zylindrische Batteriemodul in CRUISE M hat Verbesserungen erhalten, um die Kühlkanäle noch detaillierter zu modellieren. Mit dieser Version ist es möglich, thermische Grenzschichten zwischen den Batteriezellen und den Kühlkanälen zu berücksichtigen.

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Abbildung 4: Zylindrisches Batteriemodul - Aufbau der thermischen Grenzschicht des Kühlkanals

CRUISE M bietet bereits die Möglichkeit, die Wärmeausbreitung zwischen benachbarten Zellen während eines thermischen Durchgehens für Pouch- und prismatische Zellen zu untersuchen und zu beurteilen. Diese Version erweitert diese Funktionalität auf die zylindrische Modulkomponente. Sie ermöglicht auch die Berücksichtigung der Wärmeausbreitung zwischen benachbarten zylindrischen Zellen über das Potting-Material hinweg.

ECM-Batterie (Equivalent Circuit Model) – Full-Puls Fit

Die Anpassungsgenauigkeit des Battery Parameterization Wizard wird durch die Berücksichtigung von Spannungsreaktionen während des Stromimpulses auf ein neues Niveau gehoben.

Jetzt ist es möglich, zwischen der individuellen Anpassung von Daten aus Entlade- oder Ladeimpulsen zu wählen oder mit einer Kombination aus beiden zu arbeiten. Die neue Option „Full Pulse Fit“ ermöglicht die Anpassung der Spannungen sowohl aus der Puls- als auch aus der Relaxationsphase. In diesem zweistufigen Ansatz werden nach der Anpassung der anfänglichen Relaxationsspannung im zweiten Schritt die generierten Parameter durch die Anpassung der Pulsspannungen verfeinert und somit eine stromabhängiger RC-Parametersatz erstellt.

Thermische Analyse der Batterie in AVL CRUISE™ M

Diese Version von CRUISE M führt eine neue Pouch-Zellenkomponente ein, die einen von CFD-Codes bekannten Umfang bietet, während sie die von der Simulation auf Systemebene bekannte einfache Bedienung beibehält.

Die elektrochemische Batteriekomponente in CRUISE M ist mehrphysikalisch und mehrdimensional. Die detaillierte Elektrochemie ist in 2D-Modelle für die Stromverteilung in den Kollektorplatten und in ein 3D-Wärmemodell eingebettet. Die Pouch-Zellen-Komponente unterstützt Untersuchungen zur Anordnung der Zellen und zur Positionierung der Tabs, ohne dass CAD-Modelle dafür erforderlich sind.

 

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Abbildung 5: Temperaturverteilung in der Pouch-Zelle

Thermische Analyse der Batterie in AVL FIRE™ M

FIRE M hat sein größtes Update seit Jahren erhalten. Diese Aktualisierungen zielen insbesondere auf große und komplexe Geometrien ab, wie sie beispielsweise in Batteriepacks vorkommen. Und sie umfassen alle Teile des Workflows: neue Flexibilität beim Preprocessing, Simulationsgeschwindigkeit und -fähigkeiten sowie der Postprocessing-Geschwindigkeit.

Dies gilt auch für den FIRE M Battery Thermal Runaway Workflow, der in seiner Grundstruktur komplett überarbeitet wurde und wesentliche Aktualisierungen und neue Funktionen erhalten hat, die die Benutzerfreundlichkeit und Anpassbarkeit für den Anwender erhöhen.

 

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Abbildung 6: AVL FIRE™ M Geschwindigkeitssteigerungen im Vergleich zur Version 2023 R1

Thermisches Durchgehen der Batterie - Festkörperchemie

Die Wärmefreisetzung innerhalb der Batteriezelle kann nun in FIRE M mit Hilfe der Festkörperchemiefunktion modelliert werden. Der Benutzer kann einen Reaktionsmechanismus vorgeben, um die Wärmefreisetzung der Batterie aufgrund von Zersetzung, Schmelzen und Reaktion von Komponenten in der Batterie (z. B. Kathode, Anode, SEI ...) vorherzusagen. Diese Mechanismen nutzen detaillierte chemische Berechnungen der Batteriekomponenten als repräsentative Spezies (d. h. z. B. die Anode ist eine Spezies) und ihre jeweilige Wärmefreisetzung in einem Reaktionsmechanismus.

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Figure 7: Überblick über das Merkmal "Festkörperchemie", angewandt auf die Literaturdaten

Thermisches Durchgehen der Batterie - Durchbruchspannung

Der verdampfte Elektrolyt selbst kann die Durchschlagsspannung zwischen zwei stromführenden Teilen herabsetzen und somit das Risiko eines Lichtbogens erhöhen. Mit der neuen Version von FIRE M ist es möglich, die Durchbruchspannung in Abhängigkeit von der gewählten Zusammensetzung des Gases zu berechnen.

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Abbildung 8: Berechnung der Durchbruchspannung mit AVL FIRE™ M

SOxC System-Generator

Die Erstellung von Festoxid-Stack- und Balance-of-Plant (BOP)-Systemmodellen kann eine überaus anspruchsvolle Aufgabe darstellen, die Fachwissen über die erforderliche Stack-Konfiguration, die Anordnung und Dimensionierung der Komponenten zur Medienversorgung sowie über die Regelung dynamischer Betriebszyklen erfordert.

Die aktuelle Version von AVL CRUISE™ M erleichtert die Erstellung solcher Modelle mit einem SOxC System-Generator, der in seinem einfachsten Ansatz nicht mehr als zwei einzelne Stack-Charakteristika benötigt: die aktive Zellfläche und die Anzahl der Zellen im Stack. In einem optionalen Eingabezweig können Sie die Details der im Stack stattfindenden Reaktionschemie spezifizieren. Damit können Sie äußerst effizient ein vereinfachtes Systemmodell erstellen, das den Betrieb des Stacks ermöglicht.

Optional kann ein detaillierteres Standard-BOP-Systemmodell erstellt werden, das ein Gebläse, Wärmetauscher und einen Oxidationskatalysator sowie die Steuerung für den Betrieb des gesamten Systems enthält. Das automatisch generierte Modell mit den abgeschätzten Komponentenparametern ist sofort einsatzbereit. Es bietet ein spezielles Simulations-Dashboard und eine integrierte Ergebnisvorschau.

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Abbildung 1: SOxC System Modell Generator

Chemisches Gleichgewicht – Reaktionskinetik-freie Spezieskonvertierung

Die Berechnung des chemischen Gleichgewichts (Chemical Equilibrium - CE) ist eine bewährte Methode zur Bewertung der Auswirkungen chemischer Reaktionen auf die Umwandlung von Spezies, sowohl in der Gasphase als auch darüber hinaus.

In dieser Version von CRUISE M können Sie CE-Berechnungen mit der Option zur Berechnung chemischer Gleichgewichte in den Komponenten Plenum, quasi-dimensionale Rohrleitung und Festoxid-Stack durchführen. Wenn Sie die CE-Berechnung aktivieren, werden Sie in übersichtlicher Art und Weise durch die Konfigurationsschritte für die Berechnung geführt.

Die gesamte CE-Berechnung wird mit Hilfe des Cantera-Pakets durchgeführt, das einphasige und mehrphasige Gleichgewichte auch in Abhängigkeit von der Anwesenheit nicht gasförmiger Reaktionspartner anbietet. Die Anwendbarkeit des CE-Ansatzes wurde für ein Systemmodell einer Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) validiert, bei dem die kinetischen Umwandlungsberechnungen des Brennstoffreformers und des Nachverbrennungskatalysators optional durch CE-Berechnungen ersetzt werden können.

Die CE-Funktionalität ist auch in den SOxC-Wizard eingebettet, um die Auswirkungen der stapelinternen Brennstoffreformierungsreaktionen zu berücksichtigen. Ein einfaches Sandbox-Installationsbeispiel und ein Demo-Modell eines realen SOFC-Systems stehen für einen schnellen Start bereit.

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Abbildung 2: Chemisches Gleichgewicht in Gasströmungskomponenten

Speziesseparator – Benutzerdefinierte Reaktionsmodellierung

CRUISE M unterstützt die Modellierung chemischer oder elektrochemischer Reaktionen, an denen Gasspezies beteiligt sind, durch spezielle Komponenten wie die Komponenten für das chemische Gleichgewicht oder den Brennstoffzellen-Stack. Es gibt jedoch Reaktionskonstellationen, die von diesen Bibliothekskomponenten nicht vollständig abgedeckt werden.

Diese Version von CRUISE M hebt diese Beschränkung mit der Einführung einer neuen Speziesseparator-Komponente auf. Sie kann aus der Bibliothek entnommen und mit Plenum- und quasi-dimensionalen Rohrkomponenten sowie ausgewählten Übertragungskomponenten in einer Nebenstromkonfiguration verbunden werden. In der Speziesseparator-Komponente selbst können Sie auswählen, welche Spezies ausschließlich dem Gaspfad hinzugefügt oder entfernt werden sollen.

Wenn Sie den Massenstrom der Trennung mit kompilierten Funktionskomponenten verbinden, haben Sie alles zur Hand, um jede Art von chemischer Reaktion zu modellieren. Es gibt zwei Installationsbeispiele, welche die Abtrennung von Wasserstoff aus einem Gasstrom und die Modellierung eines Brennstoffzellenstapels zeigen. Es lohnt sich auf jeden Fall, diese Modelle zur Inspiration heranzuziehen.

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Abbildung 3: Modell des Speziesseparators

Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzelle

Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellen (HT-PEMFCs) sind eine interessante Alternative zu herkömmlichen Niedertemperatur-Brennstoffzellen. Sie arbeiten bei Temperaturen von bis zu 200°C und sind bekanntermaßen weniger empfindlich gegenüber Verunreinigungen des zugeführten Wasserstoffs.

CRUISE M greift diese Technologie mit einem neuen HT-PEMFC-Stackmodell auf, dessen Elektrochemiemodell auf Hochtemperaturanwendungen zugeschnitten ist. Dies umfasst die Formulierung der Nernst-Gleichung und die Berechnung der ohmschen und Transportverluste, wobei die Abwesenheit von flüssigem Wasser berücksichtigt wird.

Das Modell wurde mit Daten aus der Literatur validiert, d. h. mit Polarisationskurven ermittelt bei verschiedenen Temperaturen, Speisegaskonzentrationen und Massendurchflussverhältnissen der Medienversorgung. Der Vergleich von Simulationsergebnissen mit Daten aus der Literatur zeigt eine ausgezeichnete Übereinstimmung und bestätigt damit die Modellanpassungen, z. B. in Bezug auf die Temperaturabhängigkeit und die Skalierung der Aktivierungsverluste.

Die Identifizierung der Modellparameter wird durch den bestehenden PEMFC-Stack-Assistenten vollständig unterstützt. Um einen einfachen Einstieg in HT-PEMFCs zu bekommen, verwenden Sie die entsprechenden Installationsbeispiele.

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Abbildung 4: Hochtemperatur-PEMFC-Stack-Modell

Chemische Degradation von PEM-Brennstoffzellen – Schnelligkeit und Robustheit

Die Komponente Chemical Fuel Cell Degradation von CRUISE M bietet einen umfassenden und leistungsstarken Ansatz zur Untersuchung verschiedener Degradationsphänomene an Kathodenkatalysatoren und Membranen. Dazu gehören Effekte wie Kohlenstoffkorrosion, Ablösung und Agglomeration von Platinpartikeln sowie Ionomerabbau durch die Bildung von OH-Radikalen aus H2O2 über eine Reaktion mit Eisen-Ionen (Fenton-Reaktion).

Wie Sie sich vielleicht vorstellen können, können die Rechenanforderungen der Reaktions- und Transportmodelle, die hinter all diesen Phänomenen stehen, die Simulationszeit erheblich beeinflussen. Diese Version von CRUISE M führt analytische Maßnahmen ein, die auf den Satz der konstituierenden Gleichungen angewendet werden, um die numerischen Verfahren zu unterstützen, was zu einer Beschleunigung der Berechnungen um 20 bis 40 % bei unveränderter Genauigkeit führt.

Alterungsuntersuchungen, die Hunderte von physikalischen Betriebsstunden umfassen und bei denen das Degradationsmodell in einer geschlossenen Schleife mit einem PEMFC-Stack-Modell läuft, können so hocheffizient durchgeführt werden.

PEM-Brennstoffzellen Stack-Assistent - Erhöhte Flexibilität

Diese Version von CRUISE M bietet einen verbesserten PEM-Brennstoffzellen Stack-Wizard, der es Ihnen ermöglicht, den Parametrierungsprozess von einer bestehenden PEMFC-Stack-Komponente aus zu starten und alle Referenzdaten zu speichern, falls Sie den Parametrierungsvorgang erneut aufrufen, ändern und nochmals ausführen möchten. Dieser neue Ansatz bietet implizit eine weitere wichtige Verbesserung. Alle ursprünglich angegebenen Einstellungen und Parameter des Stackmodells, einschließlich der Materialeigenschaften, werden vom Assistenten übernommen und bei der Parameteroptimierung berücksichtigt. Das Erzeugen von nichts anderem als einem laufenden PEMFC-Stackmodell wird natürlich auch weiterhin unterstützt.

PEM- und Festoxid-Brennstoffzellensystem – Kanäle zur Überwachung und Steuerung

Für den effizienten Betrieb der PEM- und Festoxid-Brennstoffzellenmodelle von CRUISE M in HiL-Umgebungen bietet diese Version von CRUISE M eine wesentlich breitere Palette von Datenbuskanälen zur Systemüberwachung. Dies umfasst z.B. Kanäle für Stack-Druckabfall, Taupunkttemperatur, spezifische Wärme und Isentropenexponenten in Plenum- und Gasknotenkomponenten, minimale und maximale Kanalmassenströme, Reynoldszahl und dynamische Viskosität in quasi-dimensionalen Rohrkomponenten, Masse in Planumkomponenten und einige andere.

Die neuen Datenbuskanäle erweitern nicht nur die Überwachungsmöglichkeiten von Brennstoffzellensystemen, sondern erleichtern auch die Umsetzung von Kontrollstrategien in zusammengesetzten Funktionskomponenten.

Automatische Kalibrierung von Brennstoffzellen- und Elektrolyseur Stack-Modellen

In dieser Version von AVL FIRE™ M können die Multiphysik-basierten Brennstoffzellen- und Elektrolyseur Stack-Modelle jetzt automatisch auf der Grundlage gemessener Polarisationskurven kalibriert werden. Für jeden Bereich der Polarisationskurve (Aktivierung, Ohmsch, Transport) wird ein spezifischer Satz von Modellparametern effizient optimiert, was zu einem einheitlichen Stack-Modellparametersatz führt. Mit dem einheitlichen Satz von Modellparametern wird das gesamte Ensemble gemessener Polarisationskurven mit hoher Genauigkeit abgebildet und bietet darüber hinaus Extrapolationsmöglichkeiten auch über den ursprünglichen, durch die Messungen abgedeckten Parameterraum hinaus.

 

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Abbildung 5: Automatische Stack-Modell-Parametrisierung

Verfeinerte Behandlung von flüssigem und gelöstem Wasser

Für die Behandlung von flüssigem und gelöstem Wasser in der Katalysatorschicht von Niedertemperatur-Brennstoffzellen, -Elektrolyseuren und -Wasserstoffkompressoren stehen mit dieser Version von FIRE M nun eine Reihe von Modellerweiterungen zur Verfügung.

Für Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellen und PEM-Wasserstoffkompressoren wird nun ein individueller Transferkoeffizient für den Stoffaustausch zwischen der flüssigen und der gelösten Phase verwendet.

Für PEM- und AEM-Elektrolyseure wird zusätzlich ein individueller Gleichgewichtswassergehalt für die flüssige Phase angewandt, der in der Regel von der Temperatur abhängt. Die separate Berücksichtigung der flüssigen Phase beim Wassermassentransfer zur und von der gelösten Phase führt zu weiter verbesserten Ergebnissen für Fälle, in denen flüssiges Wasser eine wichtige Rolle spielt.

Die Auswirkungen der Modellverfeinerungen sind insbesondere bei Elektrolyseuren zu beobachten, bei denen der Stoffübergang von der flüssigen zur gelösten Phase noch realistischer behandelt wird, was zu einer höheren Genauigkeit der simulierten Zellleistung führt.

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Abbildung 6: Wassermassentransferrate in der Katalysatorschicht eines AEM-Elektrolyseurs

Wir präsentieren den neuen Freemium AVL Scenario Simulator™

AVL Scenario Simulator™ ist die kostenoptimierte Lösung für vollautomatische, hochskalierte ADAS/AD-Tests auf Basis des ASAM OpenSCENARIO® XML-Standards. Integrieren und testen Sie kontinuierlich Ihre ADAS/AD-Software in unserer flexiblen und offenen Simulationsplattform für schnellere Feedbackschleifen und eine maximale Testabdeckung.

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Abbildung 1: Wiedergabe der Simulationsergebnisse basierend auf dem Asam OSI® Standard

Erstellen Sie optimale virtuelle Prototypen für je nach Testzweck. Offene Schnittstellen bieten maximale Flexibilität mit einfacher Integration Ihrer ADAS/AD-Software und anderer Simulationsmodelle oder -werkzeuge.

Leistungsstarke objektbasierte Sensormodelle ermöglichen skalierbare Closed-Loop-Tests von Trajektorienplanung- und Aktuatorik ohne ressourcenintensive physikalische Sensorsimulation. Die objektbasierten Sensormodelle unterstützen den ASAM OSI® (Open Simulation Interface)-Standard und fügen geometrische, phänomenologische und / oder statistische Effekte zur idealen Ground Truth hinzu. Simulieren Sie virtuelle Prototypen mit mehr als 40 Sensoren schneller als in Echtzeit und hochgradig parallelisiert. Da für die Ausführung der Simulation nur CPUs erforderlich sind, ist die Skalierung auf Tausende von parallelen Simulationen sehr kosteneffizient

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Abbildung 2: Die Simulationsübersicht zeigt aggregierte Informationen über die parallele Ausführung einer Parametervariation – hier auf einem normalen Office-Notebook

Die kostenlose Version des Tools kann mit allen Funktionen, aber für eine begrenzte Anzahl von Simulationen pro Tag genutzt werden. Sie können jederzeit auf eine unbegrenzte Anzahl von Simulationen upgraden und erhalten Zugang zu unserem Experten-Support-Team oder eine nahtlose Integration mit der zertifizierten Validierungs-Toolchain AVL SCENIUS™.

Verpassen Sie nicht die kommende Einführungsveranstaltung und Webinarreihe, um Scenario Simulator kennenzulernen.

AVL Scenario Designer™ – OpenSCENARIO XML 1.3 und Unterstützung für Benutzerdefinierte Verkehrsschilder

Mit dem neuen Release unterstützt der AVL Scenario Designer™ das Erstellen, Importieren, Verifizieren und Exportieren von Szenarien in der neuesten Version des Standards – OpenSCENARIO XML 1.3. Natürlich können Anwender weiterhin zwischen allen Versionen von OpenSCENARIO 1.x wählen.

Neben vielen Verbesserungen und Fehlerkorrekturen ist vor allem die Unterstützung von benutzerdefinierten Verkehrszeichen hervorzuheben. Wenn Benutzer OpenDRIVE-Straßennetze mit Verkehrsschildern aus verschiedenen Ländern importieren, zeigt unser Tool immer die Position der Verkehrsschilder an, und wenn man mit der Maus darüberfährt, werden alle Informationen aus OpenDRIVE angezeigt. Der Scenario Designer wird derzeit mit einem kompletten Icon-Set für deutsche Verkehrszeichen ausgeliefert. Icon-Sets für jedes andere Land können nun einfach durch Kopieren in den Scenario Designer Ordner hinzugefügt werden. Anhand des Ordnernamens (Ländercode, Revision) und des Icon-Dateinamens (Typ, Subtyp) erkennt der Scenario Designer automatisch neue Verkehrszeichen und visualisiert sie in der importierten OpenDRIVE-Karte. Diese neue Funktion gibt unseren internationalen Anwendern volle Flexibilität, um die Visualisierung von lokalisierten Inhalten zu verbessern.

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Abbildung 3: Beispiel für die Verwendung von Icons für US-Verkehrsschilder im AVL Szenario-Designer™

Die neue Version von AVL VSM™ weitet die Off-Road-Simulation auf PKWs aus und beinhaltet Vehicle Model Factory-Funktionen für Nutzfahrzeuge.

Neue AVL VSM™ Off-Road-Simulation für Personenkraftwagen

Es wird erwartet, dass sich die Geländegängigkeit von Personenkraftwagen aus verschiedenen Märkten in den kommenden Jahren verbessern wird. Dies steht im Zusammenhang mit der Zunahme der auf dem Markt erhältlichen Crossover- und SUV-Modelle und dem Einsatz neuer Technologien. Verbesserungen, die bei ICE-Fahrzeugen spezielle und teure Hardware und Steuerungen erfordern würden, können bei (P)HEVs und BEVs nur noch mit neuen Steuerfunktionen vorgenommen werden, da die Hardware für viele von ihnen bereits verfügbar ist.

Tests im Gelände, z. B. auf unbefestigten, sandigen, schlammigen oder verschneiten Straßen, sind in der Praxis sehr schwierig, da sich die Fahrbahnbedingungen aufgrund von Bodenverformungen und Witterungseinflüssen ständig ändern. An jedem Testtag sieht die Straße anders aus, was eine zusätzliche Herausforderung für die Fahrzeugentwicklung, die Kalibrierung der Kontrollen und die Validierung darstellt. Um zuverlässige Testbedingungen zu schaffen, führt AVL VSM™ 2024 R1 die Off-Road-Funktion auch für Personenkraftwagen ein.

Diese Lösung ermöglicht eine konsistente und reproduzierbare Bodenbeschaffenheit für die virtuelle Entwicklung, Kalibrierung und Prüfung von Fahrzeugen. Sie umfasst vordefinierte Straßen, Bodenbedingungen, Reifen und Fahrzeugvorlagen, die in Kombination mit den einsatzbereiten VSM-Antriebsstrangoptionen und Fahrzeugsteuerungsmodellen zu einem effizienten Arbeitsablauf und einer hohen Simulationsgenauigkeit führen. Die bekannte VSM-Echtzeit-Fähigkeit gilt auch für  den Off-Road Bereich und ermöglicht den Einsatz von XiL.

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Abbildung 1: AVL VSM™ PKW im Gelände.

Vehicle Model Factory schließt nun Nutzfahrzeuge ein

VSM hat die erste öffentliche Version der Vehicle Model Factory im Jahr 2021 veröffentlicht und sich dabei auf die Erstellung und Validierung von PKW-Modellen konzentriert. Seitdem folgen die Erweiterungen und Verbesserungen dieses Werkzeugs dem VSM-Fahrplan und unterstützen mit einem einfachen Arbeitsablauf die Identifizierung verschiedener Fahrzeugsysteme. Die neue VSM-Version erweitert die erfolgreiche Vehicle Model Factory Funktion auf Nutzfahrzeuge.

Die Erstellung eines kompletten Fahrzeugmodells von Grund auf und die Validierung vor Beginn der Entwicklungs- und Testaktivitäten ist nicht länger eine kosten- und zeitintensive Aufgabe. Dies ist die erste öffentliche Version, die künstliche Intelligenz für Nutzfahrzeuge beinhaltet. Parameter, die sich auf Fahrverluste, elektrische Antriebseinheiten, Batterie oder Verbrennungsmotor, Lenkung und Bremsen beziehen, werden automatisch aus Messdaten auf der Straße bzw. auf dem Prüfgelände ermittelt.

Vorhandene Messungen können wiederverwendet werden, um Systeme oder das gesamte Fahrzeug automatisch aufzubauen und zu validieren, oder es können neue Tests mit einfach zu verwendenden Datenerfassungs-Setups durchgeführt werden. Zum Beispiel mit Systemen, die mit SAE1939-Standards oder einer spezifischen DBC-Datei für das zu prüfende Fahrzeug kompatibel sind. Zu den vielen verschiedenen Möglichkeiten gehört auch das importieren von GPS Daten sowie die Verwendung von permanenten Fahrzeugloggern, die typischerweise integriert sind.

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Abbildung 2: Vehicle Model Factory für Nutzfahrzeuge

Der Vehicle Model Generator wird als Teil von AVL VSM™ herausgegeben

Während der ersten Entwicklungsphasen und in allen Situationen, in denen keine Fahrzeugeingangs- oder Messdaten verfügbar sind, kann der Modellbildungsprozess auf bestehende VSM Fahrzeugvorlagen als Ausgangspunkt für die Entwicklung, Optimierung und Prüfung zurückgreifen. Wenn Änderungen an diesen Vorlagen erforderlich sind, spielt die Expertise des Benutzers eine wichtige Rolle und wird in der Regel angewendet (in Anbetracht der Tatsache, dass die Vehicle Model Factory aufgrund fehlender Messdaten nicht verwendet werden kann).

Einige Benutzer sind aufgrund der im Laufe der Jahre gestiegenen Komplexität nicht mit allen Fahrzeugsystemen vertraut (z. B. Fahrwerk, Antriebsstrang, Batterie ...). Um eine völlig neue Lösung anzubieten, die vollständig in VSM integriert ist, haben wir den Vehicle Model Generator entwickelt. Ausgehend von der Definition der erwarteten KPIs (physikalische Ergebnisse, z.B. 0-100 km/h Zeit) und Randbedingungen optimiert ein Modell mit künstlicher Intelligenz die Fahrzeugparameter, um die erwarteten Ergebnisse zu erreichen.

Dabei handelt es sich nicht um eine eigenständige Methode, da sie mit bereits vorhandenen Eingabedaten oder mit Teilmessungen in der Vehicle Model Factory kombiniert werden kann. Umgekehrt kann der neue Vehicle Model Generator als Ergänzung zur Vehicle Model Factory verwendet werden, d. h. wenn Messungen fehlen, kann er für diese spezifischen fehlenden Bereiche eingesetzt werden. Damit haben wir die eine der effizientesten Methoden zur Erstellung und Validierung virtueller Fahrzeugmodelle geschaffen. 

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Abbildung 3: Neuer Vehicle Model Generator

AVL VSM™ ist auch als Teil von AVL vSUITE verfügbar

VSM 2024 R1 (einschließlich Add-ons) ist auch Teil von vSUITE 2024 R1 und ermöglicht die Simulation und Optimierung von Fahrzeugsystemen in einer einzigartigen Komplettlösung.

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Abbildung 4: AVL vSUITE™, unsere Multi-Domain Fahrzeugsystem-Simulationslösung

Auflösung von dünnen eingebetteten Körpern ohne Verwendung der "Shell"-Option

Indem der benutzerdefinierte Parameter EMB_KEEP_SHELLS auf "1" gesetzt wird, werden die eingebetteten Körpergeometrien künstlich dicker gemacht, wo sie sonst nicht durch das CFD-Netz aufgelöst werden würden.

Dies bedeutet, dass es an allen eingebetteten Körperoberflächen mindestens eine vollständig solide Zelle gibt. Wie in Abbildung 1 dargestellt, verbessert die neue Behandlung die Auflösung von dünnen Teilen und folglich das vorhergesagte Luftströmungsfeld erheblich.

Hinweis: Wenn die Option "Shell" für einen Körper aktiviert ist, werden alle Zellen, die von der eingebetteten Körperoberfläche geschnitten werden, dennoch auf "full solid" gesetzt

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Abbildung 1: Erheblich verbesserte Auflösung dünner Teile und daraus resultierende Luftströmung in verschiedenen Regionen: a) Motorhaube, b) Unterboden, c) Sogströmung - Gesamtzahl der Zellen fast unverändert (50 Mio. Zellen für ein komplettes Fahrzeug)

Verbesserte Interpolation von 3D-Ergebnissen auf eingebetteten Körperoberflächen

Bei der Verwendung von eingebetteten Körpern kann der benutzerdefinierte Parameter "EMB_3DRES_SURFACE_NODE_VALUES" auf "1" gesetzt werden, um 3D-Ergebnisse für bestimmte Größen direkt auf dem Oberflächengitter der Körper zu erhalten. Dies geschieht im Solver durch Interpolation von Werten an den Knoten des Oberflächennetzes aus den umgebenden gemischten CFD-Netzzellen an den Rändern der Oberfläche. Gemischte Zellen sind solche mit einem Volumenanteil an Festkörpern größer als Null und kleiner als Eins.

Bisher gab es jedoch das potentielle Problem, dass Körperoberflächenknoten keinen interpolierten Wert erhielten, wenn kein Oberflächenelement, das die Knoten enthielt, von einer gemischten Zelle durchschnitten wurde. Dies trat typischerweise bei feinen Körperoberflächennetzen und groben CFD-Netzen auf, wie in Abbildung 2 (links) dargestellt. Das wurde behoben, indem in einem zweiten Interpolationsschritt Werte an solchen Knoten aus den umgebenden Oberflächenknoten interpoliert wurden. Die folgenden Abbildungen zeigen den Unterschied: links die alte Interpolation mit einigen blauen Flecken an den Spitzen der Hörner, des Schwanzes und der Fersen, wo die Interpolation fehlschlug, und rechts die neue Interpolation, die diese Flecken beseitigt.

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Abbildung 2: Interpolation der 3D-Ergebnisse auf der eingebetteten Körperoberfläche: alte (links), neue Interpolation (rechts)

Effizienter Export der selektionsbasierten, instationären 3D-Luftströmung für PreonLab

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Abbildung 3: Definition der 3D-Auswahl auf der Grundlage des instationären Luftstroms

Die auf Zellselektionen beschränkte Ausgabe von 3D-Ergebnissen kann durch Rechtsklick auf " 3D Results" im Elementfenster und Auswahl von "New 3D Result" oder "select + icon" neben "3D Results" definiert werden. Diese Ausgabe wird unabhängig von den Standard-3D-Ausgaben in separate Unterordner im Ordner results/sel geschrieben.

Die Auswahl kann entweder als Netzauswahl oder als Bezugsobjekt angegeben werden. Zusätzlich kann eine eigene Ausgabefrequenz aktiviert werden (in diesem Fall wird die Ausgabefrequenz der globalen 3D-Ergebnisse für diese Auswahl überschrieben). Wenn die "Custom Output Frequency" aktiviert ist, kann die Standardausgabe abgeschaltet werden, wenn die Ausgabe nur für die spezifischen Selektionen gewünscht wird. Dies ermöglicht die hocheffiziente Generierung von stationären oder instationären Strömungsdaten (ausgegeben im Ensight Single File Format), die für PreonLab Simulationen benötigt werden.

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Abbildung 4: In PreonLab importierte instationäre Luftströmung (z. B. Reifenspritzsimulationen)

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