Automobilentwicklung im digitalen Zeitalter

10.10.2016 // IAV präsentiert auf dem Aachener Kolloquium für Fahrzeug- und Motorentechnik seine neuesten Methoden für die Entwicklung von Antrieben.

Berlin. Antriebsstrangsynthese und digitaler Antriebsstrang: Auf dem 25. Aachener Kolloquium für Fahrzeug- und Motorentechnik (10.-12. Oktober 2016) präsentiert der Engineering-Partner IAV seine neuesten Methoden für die Entwicklung sparsamer, emissionsarmer und zuverlässiger Antriebe.

Die IAV-Antriebsstrangsynthese ist eine einzigartige Methodik, um aus Millionen Varianten den optimalen Antriebsstrang zu ermitteln – konventionell, hybrid oder rein elektrisch. Unter der Überschrift „Digitaler Antriebsstrang“ fasst IAV seine umfassende Kompetenz auf dem Gebiet der Automotive-Regelungstechnik zusammen. In Aachen demonstriert das Unternehmen seine führende Rolle am Beispiel einer Drosselklappe, deren Regelung sich selbstlernend an verschiedene Komponenten, Fertigungstoleranzen sowie die Alterung anpassen kann.

IAV-Antriebsstrangsynthese: Suche nach dem übergreifenden Optimum

Heute reicht es nicht mehr aus, den Motor, das Getriebe oder die E-Maschine einzeln zu optimieren – darum sucht die IAV-Antriebsstrangsynthese das übergreifende Optimum unter den vorgegebenen Randbedingungen. Sie berücksichtigt dabei verschiedene Antriebstopologien, Betriebsstrategien und Fahrzyklen. Am Ende entsteht eine Rangliste der besten Konfigurationen, zudem dienen die Ergebnisse als Eingabewerte für die nachfolgende, detaillierte Synthese von Getrieben und E-Maschinen.

„Hintergrund sind die steigenden Anforderungen, die Ingenieure bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge berücksichtigen müssen – darunter immer geringere CO2-Emissionen, eine hohe Fahrleistung und der markentypische Komfort“, sagt Wolfgang Wukisiewitsch, Fachbereichsleiter Motor- und Getriebe-Entwicklung bei IAV. „Weil der Antriebsstrang dabei eine Schlüsselrolle spielt, haben wir die neue Methodik entwickelt und bereits auf Messen sowie bei unseren Kunden vorgestellt – und sind dabei auf sehr großes Interesse gestoßen.“ Die IAV-Antriebsstrangsynthese kommt in der Vor- und Konzeptentwicklung zum Einsatz und richtet sich vor allem an Systemarchitekten und Entscheider in der Automobilindustrie mit übergreifender Verantwortung für Flottenziele und -anforderungen sowie an Leiter der Antriebsstrangentwicklung – somit an alle Experten also, die strategische Grundsatzentscheidungen über Einzelkomponenten hinaus treffen. Details zur neuen Methodik hat das Unternehmen in der September-Ausgabe der Motortechnischen Zeitschrift MTZ präsentiert („Antriebsstrangsynthese zur Auslegung komplexer Systemkonfigurationen“).

In Aachen zeigt IAV einen Konfigurator, mit dem die Besucher am IAV-Stand verschiedene Antriebsstrangvarianten erzeugen und deren Eigenschaften unter anderem in puncto Verbrauch, Fahrleistung und Kosten „live“ vergleichen können.

Selbstlernende Drosselklappe als Beispiel für den digitalen Antriebsstrang

Ebenfalls am IAV-Stand zu sehen ist ein Prüfstand, an dem die Besucher fünf gebrauchte Drosselklappen verschiedener Hersteller an eine Regelung anschließen können. Durch maschinelles Lernen und eine adaptive Regelung passt sich der Algorithmus innerhalb weniger Sekunden an die individuellen Eigenschaften der jeweiligen Drosselklappe an und sorgt dafür, dass sie sich im Betrieb optimal verhält – indem sie schnellstmöglich sowie zuverlässig auf die gewünschte Position geht und dabei kein Überschwingen zeigt. Ein Knopfdruck genügt und die Besucher können auf einem Monitor zusehen, wie sich die Parameter des Reglers neu einstellen – bis Soll- und Ist-Werte übereinstimmen.

Dadurch lassen sich Drosselklappen nicht nur wesentlich einfacher austauschen – auch Alterungseffekte oder Fertigungstoleranzen haben dank der permanent selbstlernenden Regelung keinen Einfluss mehr auf ihre Performance. Und schließlich vereinfacht der innovative Ansatz auch die Applikation, weil das maschinelle Lernen die Bedatung der Drosselklappen-Regelung ebenfalls automatisieren kann.

„Maschinelles Lernen und adaptive Regelungen lassen sich in Steuergeräte integrieren und eignen sich auch für andere Komponenten, von Öldruck über Nockenwellen bis zu Asynchronmaschinen“, sagt Dr. Dieter Schwarzmann, Leiter des Regelungstechnischen Exzellenzzentrums bei IAV. „Sie sind aber nur ein Beispiel für das, was wir unter dem digitalen Antriebsstrang verstehen. Es gibt viele Komponenten, die individuell geregelt werden müssen – was seit Jahrzehnten eines der Spezialgebiete von IAV ist.“ Im Regelungstechnischen Exzellenzzentrum von IAV arbeitet ein interdisziplinäres Team aus Mathematikern, Software-Entwicklern sowie Experten für Optimierung, Messtechnik, Signalverarbeitung und Simulation, das den aktuellen Stand der Technik beherrscht und dank seiner Kontakte in die Wissenschaft auch innovative Ansätze frühzeitig in die Serienentwicklung einbringen kann. Dadurch kann IAV seinen Kunden als einziger Engineering-Partner eine bestimmte Performance der Regler garantieren – etwa das nominale und das Worst-Case-Verhalten.