Dymola Ressourcen-Center

Dymola wird in zahlreichen Modellierungs- und Simulationsanwendungen eingesetzt. Die nachstehenden Zusammenfassungen von technischen Artikeln und Fallstudien zeigen, wie Dymola aktuell eingesetzt wird, um reale Industriemodellierung und Simulationsprobleme zu lösen. 

Eine Auswahl von Zusammenfassungen technischer Artikel

SAAB Aeronautics

Flugzeugsysteme erfordern die komplexe Konstruktion und Installation von Prüfausstattungen und Testmaschinen. Saab nutzt 3D-Daten, die mit CATIA in Dymola erstellt wurden – beide aus dem Hause Dassault Systèmes – für die Modellierung und Simulation der Funktion seiner Fahrzeugsysteme und reduziert das Risiko einer Nichterkennung von Konstruktionsfehlern bis zu einem späten Zeitpunkt des Entwicklungsprozesses.
 
„Unsere größte Herausforderung ist die möglichst effiziente Herstellung von Flugzeugen, ohne die Entwicklungskosten zu steigern“, so Ingela Lind, PhD, Technical Fellow bei Saab. „Deshalb verwenden wir die modellbasierte Entwicklung; so können wir die Vorteile und Einschränkungen der Fahrzeugsysteme, ihre Wechselwirkung und optimale Integration besser verstehen.“
 
Das neueste Projekt von Saab umfasst den Einsatz von 3D CATIA Daten der Treibstoffbehälter in Dymola für die Echtzeitsimulation. „Die Ablesung der Treibstoffmenge im Tank hängt von der Lage des Flugzeugs und der g-Belastung ab, was während des Flugs zu Kraftstoffschwappbewegungen im Tank führt“, so Lind. Das muss bei der Ablesung der Kraftstoffsensoren berücksichtigt werden, die die Menge des im Tank verbleibenden Kraftstoffs bestimmen. „Mit Dymola untersuchen wir die Art von Konstruktionsanpassungen, die bei den Tanks und der Platzierung der Sensoren notwendig sind, um dem Piloten eine möglichst präzise Kraftstoffablesung zu geben und bei allen Flugbedingungen die Kraftstoffzufuhr zu den Turbinen zu gewährleisten.  Es ist eine interessante Anwendung, die die Welt der 3D mit der Systemsimulation verbindet.“

Toyota Motor Corporation

Dieser Artikel beschreibt einige Einsatzbeispiele von Dymola bei Toyota. Dymola wird in vielen Divisionen eingesetzt, darunter Motor, Antriebsstrang und Fahrgestell. In der Abteilung Antriebsstrang werden die Beschleunigungsleistung und die Schwingung bzw. Akustik bewertet. In der Motorabteilung haben wir eine Motorenbibliothek für Dieselmotorsteuerungen aufgebaut. Mit Hilfe des Modells konnten wir das Verhalten von Massenströmen, Druck und Temperatur in allen Motorteilen analysieren. Zusätzlich wurde auch die Bewertung einer Neuentwicklung für das Steuersystem vorgenommen. 

„Beim Bau der Antriebsstrangmodelle haben wir in erster Linie mit Dymola gearbeitet. Für ein Simulationspaket kommt es besonders die Benutzerfreundlichkeit bei der Erstellung der Modelle an. Außerdem ist wichtig, dass ein einmal erstelltes Modell auch problemlos wiederverwendet werden kann. Deshalb ist Dymola besonders praktisch, denn es besitzt eine Antriebsstrang-Bibliothek, und wenn in der Bibliothek nicht das gewünschte Modell vorliegt, kann das Modell problemlos selbst erstellt werden.“

HILS (Hardware In the Loop Simulation) ist eine beliebte Methode zur Fehlerbeseitigung in der Kfz-Steuerungstechnik. Früher konnten nur vereinfachte Modelle eingesetzt werden, um bei Simulationen eine Echtzeit-Performance zu erzielen. Gleichzeitig wurden mit Hilfe von Dymola in den letzten Jahren sehr detaillierte Modelle von Motor-, Antriebsstrang-, Hydraulik- und Bremssystemen erstellt. Deshalb würden wir diese Modelle gern bei HILS verwenden. Doch Echtzeit ist bei steifen Modellkomponenten wie der Hydraulik schwer zu erzielen, da Integratoren mit fester Schrittgröße (Fixed-Step) eingesetzt werden müssen. Mit expliziten Methoden sind sehr kleine Schrittgrößen erforderlich, um die Stabilität zu gewährleisten. Mit impliziten Methoden müssen große, nichtlineare Gleichungssysteme gelöst werden. Beide Ansätze scheinen nicht machbar zu sein. Um diese Situation zu verbessern, wird die neue Inline- und Mixed Mode-Integrationstechnik von Dymola für ein Motorenmodell untersucht; erste Ergebnisse liegen bereits vor.

BMW AG

In diesem Artikel wird die Hardware-in-the-Loop (HIL) Simulation eines Pkw-Automatikgetriebes besprochen. Die Simulation umfasst Detailmodelle der Mechanik und Hydraulik sowie weniger detaillierte Modelle von anderen Teilen des Kfz-Antriebsstrangs, darunter Motor, Drehmomentwandler, Differentialgetriebe, Fahrgestell und Fahrwiderstand. Nach einer Kurzbeschreibung der zu modellierenden Komponenten werden spezifische Aspekte der Simulation von Mechaniksystemen variabler Struktur (gekoppelte Friktionselemente), die Simulation der Hydraulik und die Echtzeit-Simulation mit der Getriebesteuerelektronik als Hardware in the Loop-System besprochen. Eine simulationsbasierte, detaillierte Bewertung der Dynamik der Getriebehydraulik zeigt, dass diese unter bestimmten Voraussetzungen mit fixem Kausalzusammenhang modelliert werden kann, ohne wesentlich an Präzision einzubüßen. So können nichtlineare Gleichungssysteme in den Hydraulikteilen des Modells vermieden werden. Dadurch kann ein Modell auf der Basis hydraulischer Komponenten-Untermodelle eingesetzt werden, statt eine Gesamtdynamik für Echtzeitsimulationen mit Standard- HIL-Simulationshardware zu verwenden. Der Artikel endet mit einer kurzen Besprechung der HIL-Simulationsergebnisse und einem Ausblick auf zukünftige Arbeiten.

Ford Motor Company

Um den wachsenden Verbraucheransprüchen und den immer strengeren gesetzlichen Auflagen in puncto Kraftstoffeinsparungen und Emissionssenkungen Rechnung zu tragen, entwickelte Ford Motor Company eine Hybridversion (Hybrid Electric Vehicle, HEV) seines Escape SUVs, die seit 2003 gebaut wird. Da Hybridfahrzeuge mehrere Betriebsarten haben (z.B. elektrischer Start, aktiver Leerlauf, Rückgewinnung der Bremsenergie), war es ein wichtiges Anliegen, dass jede dieser Betriebsarten, aber auch die Übergänge zwischen ihnen ein Minimum an vom Fahrer wahrnehmbaren Vibrationen verursachen. Um zu verstehen, wie die Auslegung und Steuerung eines Hybrids das subjektive Empfinden des Fahrers beeinflussen, müssen wir Modelle bauen, die die Dynamikreaktion des Antriebsstrangs präzise widergeben. So kann die Reaktion bei einer bestimmten mechanischen Konfiguration und/oder Auslegung der Steuereinheit bewertet werden. 

Es wurde ein Modell zur Vorhersage der vom Fahrer empfundenen Vibration entwickelt und mit den experimentellen Daten verglichen. Ein unerwartetes Ergebnis dieser Arbeit war jedoch die Demonstration, dass wir das zuvor beschriebene Dynamikmodell für die Verhaltensmodellierung unter Einsatz einiger fortschrittlicher Modelica-Funktionen zur Erstellung eines zweiten Modells nutzen konnten. Dieses sagt die Systemeffizienz des Getriebes voraus, ohne dass für diesen Zweck ein völlig neues Modell angelegt werden muss. Auch die Modellierung der Systemeffizienz wurde mit den experimentellen Daten verglichen und zeigte eine hervorragende Übereinstimmung. So konnten wir statt der aufwändigen Erstellung und Erhaltung von zwei verschiedenen Modellen (eines für das Dynamikverhalten, eines für die Systemeffizienz) eines auf der Basis des anderen aufbauen. Außerdem konnten wir nachweisen, dass es möglich ist, ein einziges Modell für beide Typen zu generieren (d.h. dynamisches und statisches Verhalten). Dafür müssen lediglich die Werte einiger Modellparameter verändert werden.

ZF Friedrichshafen

In diesem Artikel wird aufgezeigt, wie Reibungseffekte bei Schaltgetrieben und Planetengetrieben modelliert und simuliert werden. Dazu zählt die Modellierung von stecken gebliebenen und rutschenden Getrieberädern aufgrund der Coulombschen Reibung in der Verzahnung, was zu Verlusten aufgrund des Lastmoments führt. Dadurch kann eine zuverlässige Simulation der Haftung (“Stick-Slip-Effect“) bei Servoantrieben oder von Schaltprozessen bei Automatikgetrieben erstellt werden. Außerdem wird besprochen, wie die Reibungseigenschaften auf sinnvolle Weise gemessen werden können. Die präsentierten Modelle werden in Modelica implementiert und anhand der Simulation eines automatischen Schaltgetriebes demonstriert.

Scania

Präsentiert werden Modelle, die sich zur Analyse des Kraftstoffverbrauchs von Nebenantrieben bei schweren Nutzfahrzeugen eignen. Im Hinblick auf die Bewertung des Einflusses verschiedener Fahrkonzepte und Steuerungsprinzipien wird eine Modellbibliothek in der Modellierungssprache Modelica angelegt. Die Bibliothek enthält eine Mischung von Modellen, entwickelt auf der Basis physikalischer Grundlagen und Modelle, die an die gesammelten Daten angepasst werden. Die Modellierung des Kühlsystems wird im Detail beschrieben. Die Simulationsergebnisse werden mit den Messdaten aus Tests in einem Windkanaltunnel verglichen.