Modernste Berechnungsmethoden zur Optimierung des Elektro-Rennwagens ID. R für Rekordversuch auf der Nürburgring-Nordschleife
Simulationen für Fahrdynamik, Energiemanagement, Aerodynamik und Struktur
Parallelen zwischen Entwicklung von ID. R und vollelektrischen Serienfahrzeugen der ID. Familie
Die Weiterentwicklung des ID. R läuft auf Hochtouren. Schon im Sommer 2019 soll der von zwei Elektromotoren mit 500 kW (680 PS) Systemleistung angetriebene Prototyp mit Romain Dumas am Lenkrad den Rundenrekord für Elektrofahrzeuge auf der Nürburgring-Nordschleife angreifen. Zusätzlich zu ausführlichen Testfahrten und zur Arbeit im Windkanal setzt Volkswagen Motorsport in der Vorbereitungsphase stark auf Computer-Simulationen. Die digitalen Werk¬zeuge sind nicht nur eine unverzichtbare Unterstützung für die Ingenieure, sie sparen auch Zeit und Kosten.
Während Romain Dumas im Fahrsimulator die Strecke trainiert oder unterschiedliche Fahrwerksabstimmungen des ID. R testet, spielt für die Arbeit der Ingenieure Simulationstechnologie eine elementare Rolle“, erläutert Dr. Benjamin Ahrenholz, Leiter Berechnung/Simulation bei Volkswagen Motorsport. „Im Fall der Nürburgring-Nordschleife kommt uns entgegen, dass wir zu Streckenverlauf und Fahrbahnbeschaffenheit eine Fülle von Daten haben. Wir können damit den ID. R virtuell so effizient wie möglich gestalten, obwohl er real noch gar nicht auf der Nordschleife gefahren ist.“
Was Pilot Dumas im virtuellen Cockpit durchspielt – Fachbegriff „Driver in the Loop“ –, ergänzt der Computer in der Offline-Fahrdynamiksimulation, indem er theoretisch unendlich viele Runden mit einem gespeicherten Profil dreht. Dabei wird ermittelt, wie sich unterschiedliche Leistungsabgaben der Motoren oder eine Verlagerung des Fahrzeugschwerpunktes auf die Rundenzeit auswirken. Das Ziel: optimales Fahrverhalten und Ansprechverhalten der Motoren.
In der Strömungssimulation erforscht die Aerodynamik-Abteilung von Volkswagen Motorsport mithilfe der CFD-Technologie (Computational Fluid Dynamics), wie die Luft am effektivsten um den ID. R herum und durch die Kühlsysteme geführt wird. Gesucht wird hierbei der ideale Kompromiss aus Abtrieb und Luftwiderstand. In der Batteriesimulation werden Strategien zu Leistungsmanagement und Rekuperation verglichen, um die in den Batterien gespeicherte sowie die beim Bremsen zurückgewonnene elektrische Energie so effizient wie möglich zu nutzen.
Und schließlich geht es in der Struktursimulation um die mechanische Auslegung einzelner Bauteile. Die Nürburgring-Nordschleife stellt hohe Anforderungen an die Struktur eines Rennwagens. Ein Schwerpunkt der Struktursimulation sind deshalb Berechnungen zur Belastung von Chassis, Fahrwerk und Karosserie des ID. R. Zum Beispiel wird die sogenannte Topologie-Optimierung auch in der Entwicklung von Serienfahrzeugen angewandt. Eine typische Aufgabenstellung ist, ein Bauteil innerhalb eines vorgegebenen Raums zu konstruieren. Während in der Serienfertigung die Forderungen allerdings meist möglichst lange Haltbarkeit und wirtschaftliche Herstellung betreffen, lautete die Priorität beim ID. R: so stabil wie erforderlich, gleichzeitig so leicht wie möglich.
3D-Druck für besonders komplexe Formen
Sehr aufwendige Formen, zum Beispiel bei Halterungen für Kabel oder Komponenten der Aerodynamik, sind bei konventioneller Fertigung zeit- und kostenintensiv. „Bei Bedarf stellen wir solche Bauteile deshalb als Einzelstücke im 3D-Drucker aus speziellen Kunststoffen her. Dies betrifft zumeist relativ kleine Teile, die keiner hohen mechanischen Belastung ausgesetzt sind“, sagt Ahrenholz.
3D-Druck spielt bei der Produktion von Serienfahrzeugen derzeit nur eine untergeordnete Rolle. Doch die von Volkswagen Motorsport eingesetzten Computer-Simulationen gleichen denen, die von Volkswagen auch bei der Entwicklung der Baureihe ID. angewandt werden. Diese erneute Parallelität zwischen Motorsport und Serie kommt nicht von ungefähr: Der Rennwagen ID. R ist die sportliche Speerspitze der ID. Produktfamilie, mit der Volkswagen ab 2020 eine umfangreiche Elektromobilitätsoffensive startet.
Quelle: VW
