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Multidisziplinäre Simulation, nichtlineare Modellreduktion und proaktive Regelung in der Fahrzeugdynamik
Am vom BMBF geförderten Verbundprojekt SNiMoRed sind fünf mathematische Institute und zwei Unternehmen der Fahrzeugindustrie beteiligt. Die Projektteilnehmer haben sich das Ziel gesetzt, neue und verbesserte mathematische Lösungsverfahren zu entwickeln, die die effiziente Einbeziehung wesentlicher dynamischer Eigenschaften einzelner stark nichtlinearer Systemkomponenten unter den folgenden Gesichtpunkten berücksichtigen:
Dynamische Analysen in der Fahrzeugentwicklung verwenden komplexe nichtlineare Mehrkörpersystemmodelle mit multidisziplinären Modellkomponenten. Die in der ingenieurtechnischen Praxis übliche Approximation von stark nichtlinearen Systemkomponenten wie Fahrzeugreifen, Elastomer- und Hydrolagern durch Kennfelder ist unzureichend für die Simulation höherfrequenter dynamischer Effekte, die für Komfort- und Betriebsfestigkeitsanalysen wesentlich sind.
Eine detailliertere Modellierung führt auf nichtlineare partielle Differentialgleichungen, die jedoch wegen ihrer Komplexität nicht direkt in die Fahrzeugsimulation einbezogen werden können. Im Verbundprojekt sollen deshalb nichtlineare Modellreduktionsmethoden (Proper Orthogonal Decomposition, POD) so weiterentwickelt werden, dass die für das Gesamtfahrzeug wesentlichen dynamischen Eigenschaften der nichtlinearen Systemkomponenten durch vereinfachte Modelle mit wenigen Freiheitsgraden reproduziert werden.
Für Hydrolager mit elektrorheologischen Fluiden, die eine aktive Steuerung der Lagercharakteristik ermöglichen, werden auch die Komponentenmodelle selbst verfeinert. Im multidisziplinären Modell ist die Wechselwirkung zwischen Elastomer und elektrorheologischem Fluid zu berücksichtigen und in die Modellreduktion einzubringen.
Derart verbesserte Modelle in der Fahrwerksimulation eröffnen prinzipiell neue Möglichkeiten für die aktive Fahrwerkregelung durch Einbeziehung von Informationen über den künftigen Straßenzustand (Navigationssysteme, Preview-Sensoren).
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM