Simulation KI-System beschleunigt die Entwicklung von Antriebssträngen

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Die Entwicklung von Fahrzeugkomponenten ist ein langwieriger und dadurch sehr kostspieliger Prozess. Für den Antriebsstrang batterieelektrischer Fahrzeuge haben Forscher der TU Graz eine Methode entwickelt, mit der sich die Entwicklungsphase um mehrere Monate verkürzen lässt.

Die neue Methode, die ein Team um Martin Hofstetter vom Institut für Fahrzeugtechnik der TU Graz entwickelt hat, optimiert das technische Design bezüglich klassischer Ziele wie Kosten, Wirkungsgrad und Platzbedarf und berücksichtigt auch die Treibhausgasemissionen über die gesamte Lieferkette.

Automatische Optimierung des Designs

Die Forscher kombinieren dazu Simulationsmodelle von Bauteilen mit evolutionären Optimierungsalgorithmen. Entsprechend den technischen Anforderungen der Hersteller optimiert die Softwarelösung OPED automatisch den gesamten Antriebsstrang – von der Leistungselektronik über die elektrische Maschine bis hin zum Getriebe – und berücksichtigt dabei Ziele wie die Produktionskosten, den Wirkungsgrad und den Platzbedarf im Fahrzeug.

Ausgangspunkt der automatischen Optimierung ist die Eingabe der technischen Anforderungen, die der Antriebsstrang erfüllen muss:

• die Antriebsleistung,

• die Mindestlebensdauer,

• die zu erreichende Höchstgeschwindigkeit und

• der maximal zur Verfügung stehende Platz im Fahrzeug.

„Elektrische Antriebe bestehen aus einer Vielzahl an Komponenten, die man ganz unterschiedlich auslegen kann, um die gewünschten Anforderungen zu erfüllen“, erläutert Martin Hofstetter. „Wenn ich an der elektrischen Maschine eine Kleinigkeit ändere, hat das Auswirkungen auf das Getriebe und die Leistungselektronik. Dadurch ist es extrem komplex, optimale Entscheidungen zu fällen.“

Eine zusätzliche Schwierigkeit: Es gibt nicht die eine, perfekte Lösung für einen Antriebsstrang, da die Prioritäten der Hersteller ebenfalls eine Rolle spielen: Das können etwa die Produktionskosten, das Gewicht und Volumen des Antriebs oder die Energieeffizienz sein.

Ein Tag statt mehrerer Monate

Mit der Softwarelösung OPED gelingt es, diese Komplexität zu reduzieren: Ausgehend von den technischen Anforderungen variiert und kombiniert die Software rund 50 Designparameter gleichzeitig und gleicht dabei die simulierten Antriebsstränge mit den Prioritäten der Hersteller ab. Schlechte Varianten werden fallen gelassen, bessere werden weiter optimiert. Nach einigen Hunderttausend Berechnungs- und Simulationszyklen findet OPED Lösungen, die den Prioritäten der Hersteller am nächsten kommen. Diese können dann aus einer überschaubaren Menge an Varianten diejenigen auswählen, die sie im Detail weiterentwickeln und implementieren möchten. „Wofür Ingenieure ohne KI-Unterstützung Monate benötigten, gelingt mit OPED an etwa einen Tag“, sagt Martin Hofstetter. „Dadurch können sich die Entwicklungsteams auf Top-Level-Entscheidungen fokussieren, anstatt ihre knappe Zeit in manuelle Rechen- und Simulationsarbeit zu investieren,“ sagt Martin Hofstetter.

Optimierung für ganze Fahrzeugplattform

Zudem kann das OPED-System flexibel erweitert werden. So haben die Forscher als Optimierungskriterium die CO₂-Emissionen ergänzt, die bei der Nutzung sowie bei Produktion des Antriebsstrangs über die gesamte Lieferkette hinweg entstehen. Dadurch wird Nachhaltigkeit bereits in der frühen Entwicklungsphase berücksichtigt. Als jüngste Neuerung ist es Dominik Lechleitner im Rahmen seiner Dissertation gelungen, OPED für die Optimierung elektrischer Antriebe einer ganzen Fahrzeugplattform zu erweitern: Die Methode hilft dabei, optimale Bauteile zu finden, die als Gleichteile in den Antriebssträngen unterschiedlicher Modelle einer Plattform Anwendung finden können, um so Entwicklungs- und Produktionskosten zu sparen.

Dieser Artikel stammt von unserem Partnerportal konstruktionspraxis.

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