Simulation

Die Gruppe »Simulation« befasst sich mit der computergestützten Modellierung, Analyse und Optimierung von Antriebssystemen. Sowohl einzelne Antriebskomponenten als auch komplexe Gesamtsysteme werden mit state-of-the-art oder eigens entwickelten Tools simuliert. Im Forschungs- und Entwicklungsprozess können so Potentiale und Schwächen neuer Antriebstechnologien frühzeitig ermittelt und Lösungen zur Verbesserung hinsichtlich zentraler Zielgrößen wie Wirkungsgrad, Emissionen oder Energieverbrauch identifiziert werden.

3D-Simulation (Struktursimulation, Strömungssimulation, Thermische Analysen)

Strömungssimulation und -analyse des Kühlwasserkreislaufs eines direktgekühlten Elektromotors
© Fraunhofer ICT
Strömungssimulation und -analyse des Kühlwasserkreislaufs eines direktgekühlten Elektromotors

Verschiedenste Fragestellungen bei der Entwicklung neuer Antriebssysteme, insbesondere auf Komponentenebene, können mittels 3D-Simulation detailliert untersucht werden. Unser Kompetenzportfolio umfasst dabei ein breites Spektrum an physikalischen Domänen: Von reaktiven Gasgemisch-Strömungen wie beim Ladungswechsel im Verbrennungsmotor über elektrochemisch, thermisch und strömungsmechanisch gekoppelte Simulationen zur Auslegung von innovativen Batterie-Kühlsystemen bis hin zu Struktursimulationen mit Leichtbaumaterialien zur Gewichtsreduktion im Antriebsstrang. Simulationsmethoden Stand der Technik werden dabei bei Bedarf durch eigene Modellierungsansätze und -workflows ergänzt.

Simulation dynamischer Systeme mittels Mehrkörpersimulation

Schwingungsanalyse des Prüfstandsaufbaus eines Einzylinder-Verbrennungsmotors
© Fraunhofer ICT
Schwingungsanalyse des Prüfstandsaufbaus eines Einzylinder-Verbrennungsmotors

Zur Untersuchung der dynamischen Effekte von bewegten Körpern in Antriebssystemen ist die Mehrkörpersimulation (MKS) ein etabliertes Werkzeug. So kommt unsere MKS-Kompetenz beispielsweise zum Einsatz, wenn es um das Design von Schwingungsreduktionssystemen wie Fliehkraftpendeln, die Reibungsreduktion im Antriebsstrang oder die Auslegung von neuartigen Schwenkprüfständen für Elektromotoren geht.

1D-Simulation integrierter, komplexer Systeme und Prozesse

1D-Simulation des Thermomanagementsystems eines Hybridfahrzeugs
© Fraunhofer ICT
1D-Simulation des Thermomanagementsystems eines Hybridfahrzeugs

Um das Verhalten einzelner Komponenten im Zusammenspiel auf Systemebene erfassen zu können, kommen bei uns 1D-Simulationstools zur Wärme-, Stoff- und Informationsübertragung zum Einsatz. Die Komponenten werden dabei physikalisch oder kennfeldbasiert modelliert und je nach Fragestellung so komplex wie nötig aber so einfach wie möglich aufgebaut. So besteht im Bereich beispielsweise ein vollständiges Fahrzeugsimulationsmodell, mit welchem beliebige Antriebsstrangkonfigurationen berechnet können: Vom rein verbrennungsmotorischen, batterieelektrischen oder brennstoffzellen Fahrzeug bis hin zu beliebig hybridisierten Konfigurationen. Auf dieser Basis kann unter anderem der Energie-/Kraftstoffverbrauch von neuen Antriebssystemen bestimmt, die Einflüsse von Leichtbaumaßnahmen berechnet oder modellprädiktive Regelalgorithmen für das Fahrzeug-Thermomanagement digital erprobt werden.