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Claudio Struckmann
Konstruktion in der Fahrwerksentwicklung
Approximation von Kinematik, Elastokinematik und Lasten durch Ersatzmodelle
Ziel dieser Arbeit ist es, eine Vorgehensweise zu entwickeln, die es ermöglicht, das Wechselspiel zwischen Funktion, Geometrie und Baukastenanforderungen hinsichtlich einer Gleichteilstrategie für die Achskonstruktion effizienter zu gestalten als bisher. Die betrachteten Funktionsdisziplinen sind Kinematik, Elastokinematik und Bauteillasten. Grundlage für die Untersuchung sind die Achsen der BMW Group.
Der Ansatz der Arbeit liegt in der Verwendungsart der Simulationsmodelle. Die gängige Vorgehensweise in der Entwicklung entspricht dem manuellen trial-and-error Verfahren. Der Entwickler variiert dabei die möglichen Stellhebel so lange, bis eine akzeptable Lösung gefunden ist. Die Auswirkung jeder Modifikation wird durch einen Simulationslauf untersucht. Hat eine Änderung Auswirkung auf mehrere Disziplinen, so müssen diese sequentiell abgeprüft werden.
Im Unterschied hierzu wird als neue Herangehensweise das Verfahren der Ersatzmodellierung für die Achsentwicklung eingesetzt. Dieses sieht vor, dass der zur Verfügung stehende Designraum durch eine intelligente Verteilung von Versuchspunkten (DoCE - Design of Computer Experiments) zuerst abgescannt wird. Man rechnet mit dem Simulationsmodell also eine Vielzahl von unterschiedlichen Variablenkombinationen, ohne dabei ein konkretes Funktionsziel zu verfolgen. Darauf aufbauend ermittelt man den mathematischen Zusammenhang zwischen Simulationsinputs und -outputs. Diese Zusammenhänge sind für den Entwickler in Form von verschiedenen Grafiken analysierbar, was ein schnelles Systemverständnis deutlich erleichtert. Obwohl nur wenige Versuchspunkte berechnet wurden, kann mithilfe des Ersatzmodells jede Variablenkonfiguration im Designraum mit hoher Genauigkeit vorhergesagt werden. Die Anwendung von Optimierungsalgorithmen bzw. der Computer Aided Optimization (CAO) auf dem Ersatzmodell ermöglicht eine automatisierte Lösungsfindung in kürzester Zeit. Zudem können die verschiedenen Simulationsdisziplinen im Modell parallel betrachtet und optimiert werden. Dies führt zu einer Beschleunigung der iterativen Entwicklungsschleifen, wodurch Varianten und Szenarien schneller bearbeitet und bewertet werden können.
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