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Industriemaschinen und Schwermaschinen

Der größte Automobilzulieferer setzt LMS Imagine.Lab Amesim ein, um ein innovatives Antriebssystem für Off-Highway-Fahrzeuge zu entwickeln

Geschäftliche Herausforderungen

  • Maximale Leistung im Antriebsstrang mit minimaler Kraftstoffmenge liefern
  • Design und Validierung von Steuerungsalgorithmen für optimale Leistung verbessern
  • Das Hybrid-Hybrid-Design in das gesamte Fahrzeug integrieren
  • Effektive Bewertung verschiedener Designoptionen vor dem physischen Test

Erfolgsfaktoren

  • Implementieren eines modellbasierten System-Engineering-Ansatzes für den Entwurf eines kraftstoffsparenden Antriebsstrangs
  • Komplexe Multi-Domain-Systeme mit vorgefertigten Komponenten modellieren
  • Entwurfskontrollalgorithmen über Co-Simulation mit MATLAB und Simulink

Ergebnisse

  • Hochpräzise Modelle verfügbar gemacht
  • Zwischen 20 bis 40 Prozent Kraftstoffeinsparungen und reduzierte Betriebskosten erzielt Verkürzte Modifikationszeit von 1 bis 2 Wochen auf 1 Tag
  • Drastisch reduzierte Anzahl von Loops, die für physische Tests benötigt werden
DISCOVER SIMCENTER AMESIM

"Wir können definitiv sagen, dass LMS Amesim einen erheblichen Teil der Entwicklungszeit um den Faktor 5 reduziert hat, und wir reden dabei nicht einmal über Kosten."

Dr. Lorenzo Serrao
Advanced Engineering
Dana

AMESIM DEMO LIZENZ ANFRAGE

"Wir können definitiv sagen, dass LMS Amesim einen erheblichen Teil der Entwicklungszeit um den Faktor 5 reduziert hat, und wir reden dabei nicht einmal über Kosten."

Dr. Lorenzo Serrao
Advanced Engineering
Dana

Die Technologie von Siemens PLM Software hilft Dana, ein Antriebssystem zu entwickeln, das Kraftstoffeinsparungen von 20 bis 40 Prozent und geringere Betriebskosten ermöglicht

Die Lieferung von hoher Leistung für einen Downsizing-Motor wird Wirklichkeit

Bau- und Förderfahrzeuge müssen schwere Lasten von Punkt A nach Punkt B befördern, was häufige und intensive Explosionen von Beschleunigung, Verzögerung, Heben und Senken erfordert. Auf der anderen Seite drängen Umweltvorschriften zu niedrigeren Emissionen, während der Markt niedrigere Betriebskosten wünscht.
Die Kombination all dieser Entwicklungsanforderungen ist eine tägliche Herausforderung für Hersteller von Geländefahrzeugen.

In einem Versuch, Motoren zu verkleinern und gleichzeitig maximale Leistung zu garantieren, suchen Erstausrüster und Zulieferer ständig nach Antriebsstrangarchitekturen der nächsten Generation, die maximale Leistung bei minimalem Kraftstoffverbrauch bieten.

Zu diesem Zweck hat Dana, der weltweit führende Anbieter von Antriebs-, Dichtungs- und Wärmemanagement-Technologien, das Spicer® PowerBoost Hydraulic-Hybrid System™ entwickelt. Dieses integrierte Antriebsstrangkonzept für den Off-Highway-Markt erfasst kinetische Energie, die sonst im gesamten Antriebsstrang verschwendet wird, und nutzt diese rückgespeiste Energie, um das Fahrzeug im Betrieb anzutreiben. Ein fortschrittliches Energiemanagementsystem bewertet die Leistungsaufnahme des gesamten Fahrzeugsystems, prognostiziert die Betriebsanforderungen und ermittelt die effizientesten Betriebsmittel.

Das System erfasst Energie aus dem Antriebsstrang während des Niedrigleistungsbetriebs und regeneriert sich von Brems- und Arbeitszyklen als hydrostatische Energie in einem Akkumulator. Dieser Speicher wird dann freigegeben, wenn zusätzliche Energie benötigt wird, beispielsweise beim Beschleunigen aus der Ruhe, beim Heben einer Last oder beim Einfahren in einen Stapel.

Prototypentests an einem Frontlader und einem Teleskopausleger versprachen Einsparungen von 20 Prozent bis zu 40 Prozent bei gleichzeitiger Senkung der Betriebskosten und Spielraum für einen verkleinerten Motor.

Industriemaschinen und Schwermaschinen

Leistungsfähige Simulationswerkzeuge, die alle Komponenten zusammen modellieren

"Bei der Entwicklung dieses bahnbrechenden Systems hat Dana Advanced Engineering, eine geschäftsbereichsübergreifende Einheit von Spezialisten innerhalb der Dana Holding, Simulationen durch die Implementierung modellbasierter System-Engineering-Ansätze eingesetzt", sagt Dr. Lorenzo Serrao, Senior Systemingenieur bei Dana.

Simcenter Amesim™ -Software vom Product Lifecycle Management (PLM) -Spezialisten Siemens PLM Software war das entscheidende Tool, um alle Komponenten zusammen zu modellieren, einschließlich mechanischer Elemente, hydraulischer Maschinen, Steuerkreise und Akkumulatoren.
"Das Simulationsmodell war in allen Phasen des Entwicklungszyklus essentiell und eine notwendige Ergänzung zum Testlabor, in dem wir einen Prototyp des isolierten Systems in einem Versuchsaufbau haben, und das Fahrzeuglabor, in dem wir den Prototyp in ein Frontlader-System integriert haben", fügt Serrao hinzu.

“Wir haben das Modell während der Konzeptphase verwendet, um Entwicklungsalternativen zu bewerten, Subsysteme effektiv in das Fahrzeug zu integrieren, die Entwicklung von Steuerungen voranzutreiben und schließlich die Steuerungsfunktionalität zu testen und die Leistung durch Simulation vor dem physischen Test zu bewerten.”

Dank des Einsatzes von LMS Amesim konnte Dana sowohl Zeit als auch Geld bei der Entwicklung des PowerBoost-Systems einsparen. Die Systemsimulation reduziert den Bedarf an physischen Tests und die Möglichkeit, Systemintegrationsprobleme und -Steuerelemente in der Simulation zu debuggen, vermeidet Schäden an der Systemhardware.

Die Dana-Ingenieure sind besonders zufrieden mit der Benutzerfreundlichkeit von Simcenter Amesim und den leistungsstarken Rechner-Funktionen. Die Modelle laufen extrem schnell und das Vorhandensein umfangreicher Sammlungen ermöglicht es ihnen, komplexe Mehrdomänenmodelle mit physikalischer und geometrischer Komponentenparametrisierung viel schneller als mit herkömmlichen Methoden basierend auf der Codierung der Differentialgleichungen vorzubereiten.

Dank der nahtlosen Co-Simulation mit der MATLAB®-Umgebung und der Simulink®-Umgebung, die beide von The MathWorks Inc. sind, kann die Kontrollstrategie leicht integriert werden.
Mit Standard-Sammlungen und -Parametern erstellt Dana Modelle, die zu mehr als 90 Prozent korrekt sind. "Wir haben die Grenzen von LMS Amesim noch nicht erreicht. Wir werden weiterhin die Standardsammlungen verwenden. Nur in den allerletzten Schritten werden wir maßgeschneiderte Sammlungen verwenden", sagt Serrao.

Dank des Einsatzes von LMS Amesim konnte Dana sowohl Zeit als auch Geld bei der Entwicklung des PowerBoost-Systems einsparen. Die Systemsimulation reduzierte den Bedarf an physischen Tests und die Möglichkeit,

Systemintegrationsprobleme und -Steuerelemente in der Simulation zu debuggen, vermied Schäden an der Systemhardware.

“Dank unserer Modellierung in Simcenter Amesim konnten wir die Anzahl der Loops reduzieren”

"Das gesamte Entwicklungsprojekt dauerte drei Jahre. Das erste Jahr drehte sich hauptsächlich um Simulation. Im zweiten Jahr begannen wir mehr und mehr mit dem Fahrzeug zu arbeiten.

Wenn wir eine Modifikation auswerten wollen, brauchen wir nur etwa einen Tag am Simulationsmodell, während dies auf dem Prüfstand oder am realen Fahrzeug ein bis zwei Wochen dauert. Wir können definitiv sagen, dass LMS Amesim einen erheblichen Teil der Entwicklungszeit um den Faktor 5 reduziert hat, und wir reden dabei nicht einmal über Kosten."

Dana erzielte zwischen 20 und 40 Prozent Kraftstoffeinsparungen sowie deutlich reduzierte Betriebskosten.

Dana DE

Simcenter Amesim, ein wichtiges Werkzeug in Dana's Zukunft

Die fortschrittliche Engineering-Gruppe von Dana hat LMS Amesim weiter in die Entwicklungsprozesse integriert und weiß den Wert der Lösung zu schätzen. Angesichts des zunehmenden Markt- und Gesetzgebungsdrucks auf mehr Effizienz und weniger Kraftstoffverbrauch wird die Bedeutung von Simcenter Amesim in zukünftigen Projekten voraussichtlich noch weiter zunehmen. Die Dana-Ingenieure sind sich bewusst, dass sie, wenn sie der Konkurrenz einen Schritt voraus sein wollen, ihre Produktionseffizienz und Produktionsprozesse weiter steigern und einen höheren Produktwert in Bezug auf Integration und Vielfalt schaffen müssen.

“Lösungen, die auf einer höheren Systemintegration basieren, wie die Hybridisierung von Antriebssträngen, sind definitiv der Weg in Richtung optimierter Fahrzeugeffizienz”, bemerkt Serrao. “Das modellbasierte Systementwicklungssystem hat sicherlich viel zum Erfolg beigetragen und wird dies auch in Zukunft noch tun.”

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