Dynamische Untersuchung der passiven Sicherheit eines Aktiv-Fahrzeugs mit Ansys LS-DYNA

CIXI ist ein Start-up, das sich zum Ziel gesetzt hat, die aktive Mobilität intelligent und umweltfreundlich zu gestalten. Dazu möchte es körperliche Aktivität wieder in den täglichen Arbeitsweg integrieren. Um eine nachhaltigere Zukunft aufzubauen, reduzieren CIXI's Mobilitätslösungen den Einfluss auf die Umwelt und verbessern die geistige und körperliche Gesundheit der Benutzer. Der Vigoz ist ein Fahrzeug, das aktive Fortbewegung mit einem geringen CO₂-Fußabdruck und dem Komfort eines Autos ermöglicht. Benutzer können schnell, sicher und wettergeschützt unterwegs sein, indem sie auf Straßen fahren, die bisher für Autos reserviert waren, und dabei in die Pedale treten (bis zu 120 km/h). Dank CIXI's Pedal- und Rolltechnologien bietet der Vigoz auch ein einzigartiges Fahrerlebnis.

Durch die Verwendung von Ansys LS-DYNA konnte CIXI schnell wertvolle Informationen zum Produktverhalten im Hinblick auf den normativen Rahmen gewinnen. Der Einsatz von numerischer Simulation hat auch eine detaillierte Optimierung von Parametern oder Formen ermöglicht, die bei der ausschließlich auf physischen Tests basierten Entwicklung nicht erreicht worden wäre. Physischen Crashtests mit einem Dummy sind sehr zeitaufwendig und kostspielig, aber dank digitaler Simulation konnte CIXI zahlreiche virtuelle Crashtests durchführen. Dies erhöhte die Anzahl der getesteten Designs und führte zu einer erfolgreichen Produktoptimierung zu geringeren Kosten. Ohne Ansys-LS-DYNA hätten die benötigten Prototypen zu viel höheren Entwicklungskosten und einer längeren Markteinführungszeit geführt. Ansys LS-DYNA ermöglichte es CIXI, ein Fahrzeug mit dem geforderten Sicherheitsniveau für den Fahrer zu entwickeln. Dank des Start-up-Programms konnte CIXI über ein breites Produktportfolio verfügen. Das Unternehmen musste sich somit nicht nur auf Crash-Anwendungen beschränken, sondern konnte die Simulation in mehreren Bereichen nutzen, zum Beispiel für Analysen des Wärmetransfers oder für die Anwendung der Topologieoptimierung als Designhilfe. Die Integration von Simulationen in den Produktentwicklungsprozess innerhalb eines Unternehmens ist keine einfache Aufgabe. Mit der Unterstützung von CADFEM konnten CIXI-Mitarbeiter an Schulungen zur Nutzung von Simulationen teilnehmen. Darüber hinaus wurde dem Unternehmen angeboten, CADFEM-Ingenieure in verschiedenen Workshops besuchen, um den aktuellen Stand der Entwicklungen zu besprechen. Für Fragen oder Ideen zur Methodik stand CIXI auch der technische Support zur Verfügung.

Die Vernetzung und Dateneinstellung des Modells werden zunächst mit dem Ansys Mechanical Tool durchgeführt. Die Integration des Dummys und die Modellierung der Gurte werden mit dem Ls-Prepost Tool realisiert. Es werden Front- und Heck-Crashtests durchgeführt. Diese ermöglichen die Messung der Leistung des Fahrzeugs sowohl aus struktureller Sicht, wie beispielsweise Deformationen, als auch aus biomechanischer Sicht, wie beispielsweise die Messung des HIC (Head Injury Criterion). Sie ermöglichen auch die Dimensionierung der Sitz- und Gurtverankerungspunkte. Zunächst werden Front- und Heck-Crash-Szenarien durchgeführt, ohne dass ein Dummy in das Fahrzeug integriert wird. Aus diesen Modellen werden die Leistung der Fahrzeugstruktur und die Beschleunigungen des Sitzes gemessen. In einem zweiten Schritt wird ein Schlittentest-Teilmodell durchgeführt, das nur aus dem Sitz und dem Hybrid III-Dummy besteht. Die Sitzbeschleunigungen werden dann auf dieses Teilmodell angewendet. Aus diesem Modell können die biomechanischen Kriterien festgelegt werden. Außerdem kann die Funktionalität des Sitzes an diesem Modell beobachtet und optimiert werden. Die durch Unfälle verursachten Kräfte werden gemessen und dann in statischen Analysen zur Optimierung der Sitzstruktur verwendet. Die verschiedenen dynamischen Simulationen ermöglichten es, die Gurtverankerungen korrekt zu positionieren und die Vorspannkräfte zu beobachten. Darüber hinaus wurden die für die Zulassung erforderlichen Kriterien gemessen, um festzustellen, ob das Fahrzeug den Anforderungen entspricht. Da sich der Fahrer in diesem aktiven Fahrzeug in einer stark zurückgelehnten Position befindet, konnte durch die Simulation ein Submarining-Phänomen erkannt werden. Auf Basis dieser Beobachtung wurden technische Lösungen ergänzt, um diesem unerwünschten Verhalten entgegenzuwirken.