Lösungen zur Verbesserung von Rundenzeiten durch Simulationen und Tests - Gorka Arce Alonso Senior Simulation Engineer AVL RACING AVL List GmbH ...
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AVL List GmbH (Headquarters)
Lösungen zur
Verbesserung von
Rundenzeiten durch
Simulationen und Tests
Gorka Arce Alonso
Senior Simulation Engineer AVL RACING
Arce Alonso, Gorka
AVL List GmbH
Confidential
INHALT
1. Einleitung
2. Konzeptentwicklung Rennfahrzeuge
3. Entwicklung Rennfahrzeuge vor der Saison
4. Entwicklung Rennfahrzeuge während der Saison
5. Fragen
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 2
1. Einleitung
Enterprise Development Automotive
INNOVATION 1,500 STAFF GLOBAL FOOTPRINT
granted patents 10,400 employees 45 Affiliates
40 Tech & Engineering Centers
RESEARCH ENGINEERS
of turnover in-house 10% and 65% YEARS OF 70
R&D SCIENTISTS EXPERIENCE
2000
POWERTRAIN
1600 ELEMENTS 5
1200
800 1995 0.15 billion €
400 2018 1.75 billion €
0 Plan 2019
1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019
1.98 billion €
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 3
1. Einleitung
AVL RACING Offerings - General
Simulation & Analysis Tools Testing Engineering
§ AVL VSM - (Offline, Online, DiL, CLOUD)
§ Full Vehicle
§ AVL DRIVE™ RACE – analysis &
assessment of real and simulated data § Single components
§ AVL SIMBOOK – visualization of big § Brakes
amount of data § Gearboxes
§ AVL KINSOLVER – suspension § Engines
kinematics tool § E-motors, Batteries, Inverters
§ AVL TIRE PLOTTER – tire analysis tool
System/comp. Engineering Race Track Engineering
§ Feasibility studies – new vehicle § Race Engineering – on track and remote
concepts
§ DiL – driver in the Loop applications for § Vehicle Development
virtual vehicle development § Tire testing
§ Single component optimization § Aerodynamcs (CFD, Windtunnel)
improving brakes, suspension, aero, etc § 7 Post Rig
§ Race car optimization – improving § KnC
vehicle attributes
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 4
1. Einleitung
GORKA ARCE ALONSO
• Gorka Arce Alonso (San Sebastián)
• First time at PMWExpo in 2014 on my 1st year at AVL RACING
• Mechanical Engineering; Universidad de Navarra (Spain, 2008-2013)
• SAE Formula Student Team (2009-2013)
• Master Thesis “Validation of a brake temperature model for race application” AVL List GmbH
(Austria, 2013/14)
• Senior Development Engineer Racing; AVL List GmbH (Austria, 2014 - )
Project Leader for racing customers
Performance engineer on track, dyno and DiL
Two patents for racing brake testing
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 5
INHALT
1. Einleitung
2. Konzeptentwicklung Rennfahrzeuge
3. Entwicklung Rennfahrzeuge vor der Saison
4. Entwicklung Rennfahrzeuge während der Saison
5. Fragen
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 6
2. KONZEPTENTWICKLUNG
• FAHRZEUG SIMULATION Hauptrolle während der Entwicklungsphase
• Kosten sparendes Tool, da weniger reale Produktteile benötigt werden
• Möglichkeit, tausende von Kombinationen durchzuführen und jede Konzeptidee zu analysieren
• Schnell und zuverlässig mit dem richtigen Tool
• Das Tool sollte in der Lage sein, die gesamte Fahrzeugentwicklung zu verfolgen (concept-test-race)
• ANTRIEBSENTWICKLUNG
• AVL hat große Erfahrung in der Entwicklung von Antriebstechnik
• Hauptgeschäft von AVL basiert auf Antriebsentwicklung
• Neue Technologien angewendet bei Racing Projekte
• FAHRWERKSAUSLEGUNG UND OPTIMIERUNG
• GETRIEBE ENTWICKLUNG
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 7
2. KONZEPTENTWICKLUNG AVL RACING TOOL CHAIN AVL VSM OFFLINE/ONLINE/DiL/CLOUD AVL DRIVE™ RACE AVL VARIATION/AUTOCORRELATION AVL SIMBOOK AVL TIRE PLOTTER AVL OPTIMIZER with AI TECHNOLOGY Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 8
2. KONZEPTENTWICKLUNG
AVL VSM OFFLINE
§ Multicore & Cloud
§ Elekro / Hybrid Antriebsstrang Konfigurationen verfügbar
§ Kundenspezifische Modelle für jeden Kunden
§ Modulare Software Architektur ermöglicht eine einfache Implementierung
von Kundenmodellen (Reifen, Aero, etc.)
§ Automatisierte Setup-Variation
§ Modernstes dynamisches Fahrzeug- und
Motorsimulationsmodell in Echtzeit
§ Detaillierte physikalische Modelle
§ Detailliertes dynamisches Fahrermodell
Driver model Powertrain
§ Dynamisches Antriebsstrangmodell
T2
TEnv 2 TEnv
Q12=f(cP(Tire), λf, t, TEnv, T12, A12, v) TAir, pAir | V=const.
Q23=f(cP(Tire), λf, t, TEnv, T23, A23, v)
QBrake QBrake
v (Radiation
(Radiation
Speziell für den Einsatz von Turbo-Motoren entwickelt, einschließlich MGU-H
+
+
§
Conduction)
Conduction)
Q12
Q23
TAir, pAir | V=const.
Suspension
QTire
TEnv
T1 QSurf QSurf T3 TEnv
1 3
TRoad
Q13 Q13=f(cP(Tire), λ, t, TRoad, T13, ACont)
geometry & QCP=QTire+QSurf=f(SA, FY, SR, FX, v, p)
Setup Tire model
§ Integration in HiL Anwendungen
§ Dasselbe Modell kann bei anderen VSM-Versionen verwendet warden:
3D Tracks
§ Driver in the Loop (DiL)
Chassis
§ Online für HiL Anwendungen
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 9
2. KONZEPTENTWICKLUNG.
POWER UNIT OFFERINGS
Combustion Development Testing, Calibration, Software
§ PCI Development & Function
§ 1D & 3D Simulation § Cylinder pressure indication
§ Port development § Turbocharger testing
§ Spray pattern definition § Advanced dynamic calibration
§ Knocking control § ECU Software & Functions
§ Fast combustion and flame § ICE/Hybrid/Electric
propagation
Design PU Development
§ Mechanical design § Single & Multi-cylinder engine Devel
§ Thermodynamics § Performance
§ Oil System layout § Reliability
§ Thermal simulation § Single Cylinder Engine for R&D and
customer specific development
§ Full PU Development incl. ERS
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 102. KONZEPTENTWICKLUNG. FAHRWERK Vollfederungsmodellierung zur Kinematikoptimierung und Lastfallgenerierung: Kinematic solver and Geometry Lap time FEA variations sensitivity Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 11
2. KONZEPTENTWICKLUNG
GETRIEBE
AVL engineering cover all points to have winner transmission
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 12INHALT
1. Einleitung
2. Konzeptentwicklung Rennfahrzeuge
3. Entwicklung Rennfahrzeuge vor der Saison
4. Entwicklung Rennfahrzeuge während der Saison
5. Fragen
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 133. ENTWICKLUNG RENNFAHRZEUGE VOR
DER SAISON
• GESAMTFAHRZEUG TEST
• Kostenersparnis gegenüber von Streckentest
• Effiziente Nutzung der verfügbaren Testzeit
• Möglichkeit zum Testen verschiedener Hardware
• UUT bei gleichen Testrandbedingungen (Kein Einfluss von schlechtem Wetter, schlechte
Fahrerstimmung, …)
• SINGLE CORNER BREMSEN TEST
• Untersuchung des verfügbaren Bremsmaterials für die Saison
• Optimierung der Bremskühlkanäle
• KÜHLUNGSSYSTEM CHARAKTERISIERUNG
• Testen und analyiseren des vollständigen Kühlsystems und Effizienz
• Untersuchung der extremen Bedingungen des Kühlsystems
• ANTRIEBSSTRANG ENTWICKLUNG
• Haltbarkeit, Effizienz, Charakterisierung, …
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 143. ENTWICKLUNG VOR DER SAISON
GESAMTFAHRZEUG
ÜBERSICHT INSTALLATION
§ Gesamtfahrzeug auf 4WD low inertia Dynos
§ Fahrersimulator gekoppelt mit Antriebsstrangprüfstand in einem
geschlossenen Kreis
§ AVL VSM Simulation Model Echtzeit am Dyno
§ Raddrehmomente werden in Echtzeit an AVL VSM zurückgemeldet
§ Alle Lenkradfunktionen und das Gaspedal sind über CAN-BUS mit dem
realen Fahrzeug verbunden, sodas alle Funktionen im Fahersimulator
verfügbar sind
§ Dynamisches Windgeblöse, die dem Geschwindigkeitsprofil des Fahrzeugs
und den Umgebungsbedingungen entsprechen
TECHNISCHE DATEN
§ Bremsleistung bis zu 2400kW
§ Kühlung bis zu 360kph
§ 5 ms Reproduzierbarkeit der Rundenzeiten
Realistischste Entwicklungsumgebung für Race cars
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 153. ENTWICKLUNG VOR DER SAISON
AVL VSM RT
§ Elekro / Hybrid Antriebsstrang Konfigurationen
verfügbar
§ Multi Testbed Konfiguration
§ Engine Only Testbed (EOTB)
§ Transmissions Testbed (RVTB)
§ Twin E-Motor Testbed (2EMTB)
§ Full Vehicle Testbed (FVTB)
§ Kundenspezifisches Modell für jeden Kunden
§ Modulare Software Architektur ermöglicht eine einfache
Implementierung von Kundenmodellen (Reifen, Aero, etc.)
Driver model Powertrain
§ Modernstes dynamisches Fahrzeug- und
T2
TEnv 2 TEnv
Q12=f(cP(Tire), λf, t, TEnv, T12, A12, v) TAir, pAir | V=const.
Q23=f(cP(Tire), λf, t, TEnv, T23, A23, v)
Motorsimulationsmodell in Echtzeit
QBrake QBrake
v (Radiation
+
Conduction)
(Radiation
+
Conduction)
Q12
Q23
TAir, pAir | V=const.
Suspension
QTire
TEnv
T1 QSurf QSurf T3 TEnv
1 3
TRoad
Q13 Q13=f(cP(Tire), λ, t, TRoad, T13, ACont)
geometry &
Detaillierte physikalische Modelle
QCP=QTire+QSurf=f(SA, FY, SR, FX, v, p)
Setup Tire model §
§ Detailliertes dynamisches Fahrermodell
3D Tracks Chassis
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 163. ENTWICKLUNG VOR DER SAISON
AVL SINGLE CORNER BRAKE TEST BED
Eigenschaften
§ High dynamic PMM Dyno
(max 4000rpm, max. 600kW)
§ Bis zu drei unabhängige Gebläse (200-0mph
in 3 sec)
§ Bremsstaubabsaugung
§ High-End Instrumentierung
§ Temperatur Sensoren
§ Optische & Wärmebildkamera
§ Drehmoment Messungen
§ Reproduktion von Rennrunden
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 173. ENTWICKLUNG VOR DER SAISON
COOLING SYSTEM CHARACTERIZATION
Wirkungsgrade der einzelnen Pumpen bei 80°C
Durchfluss über die Drehzahl bei 100°C KM Temperatur Kühlmitteltemperatur
50%
225,00
45% Heat Transfer Performance
200,00
40% 100000
175,00 90000
35%
Wirkungsgrad [%]
Volumenstrom [l/min]
150,00 80000
30% 70000
125,00
Heat [W]
25% 60000
50000
Heat transfer [W]
100,00 20%
40000
75,00 15% 30000
10% 20000
50,00 10000
5% 0
25,00
0% 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
0,00 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 air flow rate [kg/s]
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Drehzahl [U/min]
Drehzahl [U/min]
Unitech Pierburg GPM Litens 15 l/min 30 l/min 40 l/min 60 l/min 80 l/min
Unitech Pierburg GPM Litens
Pump benchmark, volumeflow vs. rpm Pump benchmark, efficiency Radiator characteristic map 1D CAE model
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 183. ENTWICKLUNG VOR DER SAISON
DRIVETRAIN DEVELOPMENT
§ Statische und dynamische Messungen einschließlich volle Runden Simulation mit VSM
§ Aufbereitungsanlagen für Wasser, Öl und Luft
§ Hochpräzise Instrumente f
§ Drehmoment
§ Geschwindigkeit
§ Temperatur
§ Vibrationen
§ Haltbarkeit Tests
§ Differential Charakterisierung
§ Effizienz & Reibung
§ Variation von Öl Temp, Level, Typen
§ Variation von Komponenten (Beschichtungen, Geometrie)
§ Einzellne Komponenten
§ Getriebe
§ Differential
§ Lager & Dichtungen
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 19INHALT
1. Einleitung
2. Concept development of the racing vehicle
3. Entwicklung Rennfahrzeuge vor der Saison
4. Entwicklung Rennfahrzeuge während der
Saison
5. Fragen
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 204. ENTWICKLUNG WÄHREND DER
SAISON
• BREMSMODELL & VOLLE FAHRZEUGENTWICKLUNG
• Testen von möglichen Fahrzeug Upgrades
• Korrelation mit Streckendaten
• Bremsmodell für ECU
• FAHRERSIMULATOR
• Fahrertraining
• Kalibrierung der Geräte vor Events (ECU, Brake by wire, …)
• FAHRER FEEDBACK FÜR GESAMTFAHRZEUG + FAHRERSIMULATOR
• Kopplung des realen Fahrzeugs auf dem Prüfstand mit dem Fahrersimulator
• Feedback über die reale Kalibrierung des Fahrzeugs (PU, brakes, …) vom Fahrer
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 214. ENTWICKLUNG WÄHREND DER SAISON
BRAKE MODEL GENERATION
§ AVL Prüfstand mit Gesamtfahrzeug
§ AVL empfiehlt Geschwindigkeits und Druckprofile über einen bestimmten Temperaturbereich
§ Nachbearbeitung von Messwerten zur Generierung eines Bremsmomentmodells (neuronal network or polynomial).
→ Dieses Modell berechnet die resultierenden Drehmomente anhand verschiedener Parameter
Model Output Dyn. verification points
N_speed
P_Brake
T_Brake
Trq_Brake
Brake torque model for each wheel
Bremsscheibentemperatur
Bremsscheibentemperatur Gradient
Bremsdruck
Neuronal Network /
Drehzahl Deep Learning / Polynomial
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 224. ENTWICKLUNG WÄHREND DER SAISON
AVL DiL
Die Verwendung eines DiL ermöglicht eine schnelle Entwicklung, einschließlich des Fahrers,
wobei der Schwerpunkt auf Energiestrategien, Fahrzeugkonfiguration und Layoutlösungen
liegt:
§ Driver
§ Driver training / coaching
§ Setup optimization
§ Strategy approval
§ Controller training
§ ECU in the Loop
§ Software debugging
§ Confidentiality
§ Controller development
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 234. ENTWICKLUNG WÄHREND DER SAISON
FULL VEHICLE TESTBED & DiL COUPLING
Vehicle position
Heading
Steering torque
Acceleration
AVL VSM Rotation
Wheel slip
Wheel torque
Vehicle Dynamic
Simulation
SYNC SYNC
Shaft speed Steering angle
CAN: Pedal Clutch position
CAN: Gear Acc pedal
… Gear
Powertrain or Full vehicle Driver in the Loop with
including hydraulic brake system motion platform
Brake pressure
AVL-DRIVE™ RACE
Objective Vehicle
Assessment
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 24INHALT
1. Einleitung
2. Konzeptentwicklung Rennfahrzeuge
3. Entwicklung Rennfahrzeuge vor der Saison
4. Entwicklung Rennfahrzeuge während der Saison
5. Fragen
Confidential Arce Alonso, Gorka | | 25 October 2019 | 25Gorka ARCE ALONSO
Senior Simulation Engineer Racing
Racing
Engineering & Technology Powertrain Systems
gorka.arcealonso@avl.com
T: +43 316 787 2290
Vielen Dank M: +43 664 1808820
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