AVL Simulation Software Release 2025 R1

Kühlpaket – Gas-Gas- und MPET-Wärmetauscher mit 2D-Luftströmung

Bei den AVL CRUISE™ M Gas-Gas (GG)- und Multiport Extruded Tube (MPET)-Wärmetauschern wurde davon ausgegangen, dass die Luft in einer Kreuzstromanordnung homogen verteilt in den Kühler eintritt. Mit dieser Version von CRUISE M können die GG- und MPET-Wärmetauscher in die Kühlpaket-Komponente eingefügt werden, wobei inhomogene Luftstromverteilungen und die Interaktion mehrerer hintereinander gestapelter Heizkörper berücksichtigt werden. 

3D Viewer – Cooling Package, Segmented Pipe and Liquid Flow Network

Die Einführung des 3D-Viewers als Ergänzung zum klassischen, topologiebasierten Aufbau von Komponentennetzwerken ist ideal für die Visualisierung der geometrischen Konstellationen in Kühlpaketen. Wenn Sie einen Gas-Flüssigkeits-, MPET-2D- oder Gas-Gas-Wärmetauscher in die Kühlpaketkomponente einfügen, sehen Sie diese nicht nur im Topologie-Editor, sondern erhalten auch eine Rückmeldung über ihre Größe und Position im 3D-Raum. 

Darüber hinaus können Sie Ihre Rohrkonstruktion auch in 3D inspizieren. Dazu müssen Sie lediglich das 3D-Viewer-Fenster aktivieren und auf eine der segmentierten Rohrleitungskomponenten klicken. Im 3D-Viewer können Sie Kamerawinkel und Zoomstufen konfigurieren und ausgewählte Elemente auswählen, um sie zu bewegen und zu drehen. 

Der 3D-Viewer funktioniert auch für Flüssigkeitsströmungsnetze. Wenn Sie Komponenten aus der Bibliothek für Flüssigkeitsströmungen auf den Topologie-Canvas ziehen, werden diese auch im 3D-Viewer angezeigt. Wenn Sie zwei Komponenten im Topologie-Editor verbinden, wird ihre Verbindung in der 3D-Darstellung visualisiert. Wenn Sie ein Rohrleitungssystem aus CAD-Daten importieren, erstellt CRUISE M nicht nur ein entsprechendes Komponentennetz, sondern repliziert auch die bekannte CAD-Geometrie in der 3D-Anzeige. 

Interaktive Verbindungen in 3D - feste Wände und Batteriemodule, feste Wände und Flüssigkeitsrohre

CRUISE M führt einen völlig neuen Mechanismus zur thermischen Verbindung von 3D-Volumenwand-, Batteriemodul- und Flüssigkeitsrohrkomponenten ein. Wenn Sie 3D-Volumenwandelemente auf dem Topologie-Canvas platzieren, können Sie sofort sehen, wie diese Komponenten im 3D-Raum dimensioniert und positioniert sind. Sobald Sie diese Konfiguration auf der Topologie-Leinwand erstellt haben, können Sie die geometrische Positionierung der Komponenten im 3D-Viewer überprüfen. Dort können Sie die Komponenten verschieben, und die Flüssigkeitsrohrkomponente kann sich mit den Körpern der 3D-Volumenwandkomponenten schneiden, was einzigartig ist. 

Sie müssen sich nicht um die räumliche Diskretisierung der verbundenen Komponenten kümmern. CRUISE M behandelt nicht konforme Verbindungen und reduziert das Volumen des Festkörpers um das Volumen, das nun von der Flüssigkeitsrohrkomponente abgedeckt wird. 

Wenn eine Simulation läuft, bietet AVL IMPRESS™ M eine 3D-Ansicht der simulierten Temperaturfelder und alle Arten von zusätzlichen Postprocessing-Funktionen, die von CFD bekannt sind. 

Routengenerator – Fahrprofile aus realen Routen

Die klassische Methode zur Bewertung der Fahrzeugleistung ist die Durchführung standardisierter Geschwindigkeitsprofile (WLTC, FTP75 usw.), da sie eine gute Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Fahrzeugkonfigurationen ermöglichen. Darüber hinaus stellt sich die Frage nach der optimalen Fahrzeugkonfiguration für eine bekannte Fahrstrecke. Mit dieser Version von CRUISE M können Sie Routendaten von HERE, einem webbasierten Kartendienst, abrufen und in ein CRUISE M-Modell übersetzen. 

Um loszulegen, starten Sie den neuen Routengenerator im Efficiency Portal und befolgen Sie die geführten Schritte. Die Routen werden entweder durch zwei geografische Koordinaten oder zwei Adressen angegeben, woraufhin HERE Ihre Route auf einer Straßenkarte wiedergibt. Beim Schließen des Routengenerators werden die abgerufenen Daten den zugrundeliegenden Profil-, Umgebungs- und Krümmungskomponenten zugeordnet, so dass Sie Ihrer Fahrzeugsimulation einen realistischeren Anstrich geben können.

Ergebnis-Browser – Schnelle Ergebnisanalyse

Die Analyse der Ergebnisse kann als der wichtigste Teil einer Simulationsaufgabe angesehen werden. Diese Version von CRUISE M trägt dieser Notwendigkeit Rechnung, indem sie einen neuen Ergebnisbrowser-Bereich einführt. Der Ergebnisbrowser kann an beliebiger Stelle auf der Registerkarte Start neben dem Topologie-Editor oder den Dialogen für die Elementeigenschaften platziert werden, d. h. neben den Eingabemasken, die das Wesentliche Ihres Modells beschreiben. Nachdem Sie eine Simulation ausgeführt haben, können Sie auf klassische Weise zur Registerkarte Ergebnisse wechseln oder zur Registerkarte Start zurückkehren und dort eine schnelle Modellanalyse starten. Wenn Sie eine bestimmte Komponente im Topologie-Editor auswählen, bietet Ihnen der Ergebnis-Browser eine ausgewählte Liste von Ergebnissen zum Durchblättern an. Wenn es Ergebnisse gibt, über die Sie an anderer Stelle berichten möchten, können Sie auf die Schaltfläche Export klicken. Für die Ergebnisanalyse mit erweiterten Kurvenmanipulationen, Figurenanpassung, 2D-Oberflächenplots oder 3D-Ergebnissen bleibt IMPRESS M unser Angebot.

AVL CRUISE™ M 

Engineering Enhanced Cylinder Model für Wasserstoffverbrennung und Emissionen

Die Verbrennung von Wasserstoff in konventionellen Verbrennungsmotoren könnte wesentlich zur Dekarbonisierung der Mobilität beitragen, insbesondere im Schwerlastbereich, vorausgesetzt, dass ausreichend Wasserstoff zu akzeptablen Kosten zur Verfügung gestellt werden kann und die damit verbundenen technischen Herausforderungen gelöst werden können.

Um bei der Suche nach Lösungen für letztere zu helfen, adressiert AVL CRUISE™ M 2025 R1 die Nachfrage nach der Simulation von wasserstoffbetriebenen Verbrennungsmotoren mit einem speziellen Modell, das die Familie der Engineering Enhanced (EE) Diesel- und Benzin-Zylinderkomponenten erweitert. Dies bedeutet, dass das neue H₂-Verbrennungs- und Emissionsmodell der Philosophie folgt, grundlegende thermodynamische Prinzipien mit datengesteuerten Ansätzen in einer semi-empirischen Weise zu kombinieren. 

Die Leistungsfähigkeit des neuen EE H₂-Verbrennungsmodells wird auch anhand eines neuen Installationsmodells demonstriert. Die Parametrisierung dieses Modells ist inspiriert von Wasserstoffmotor-Benchmarks bei AVL.

Wizard für Verbrennungsanalyse

Die Verbrennungsanalyse ist für die Beurteilung der komplexen thermodynamischen Prozesse in Verbrennungsmotoren unerlässlich. AVL GCA bietet diese Funktionalität online mit AVL IndiCom™ und offline mit AVL CONCERTO™. BURN, als Teil von AVL BOOST™, bot diese Fähigkeit ebenfalls an.

Mit dieser Version wird die Hochdruckzyklus-Verbrennungsanalyse auch mit CRUISE M direkt neben der thermodynamischen Simulation des Motors verfügbar gemacht. Ein Assistent führt Sie durch einen Parametrisierungsprozess unter Berücksichtigung des gegebenen Zyklustyps, der Zylindergeometrie, der Kraftstoffeigenschaften, der Wandtemperaturen und Wärmeübertragungsinformationen, der Luft- und Kraftstoffmassenströme und vor allem der Hochdruckkurven für eine beliebige Anzahl von Motorbetriebspunkten. Nach Abschluss der Eingaben erzeugt die Software ROHR-Kurven und berechnet den verbrannten Massenanteil als Funktion des Kurbelwinkels. Zusätzliche Ergebnisse wie Energiebilanz, Anteil der verbrannten Masse für spezielle Punkte und Leistung (IMEP, FMEP, usw.) geben Rückmeldung über die Qualität der Anpassung. Gut zu wissen: Der Anpassungsprozess kann auch für mehrere Betriebspunkte auf einmal gestartet werden.

Erweiterungen der Motor-Thermodynamik

Die Thermodynamik Domäne von CRUISE M bildet die Grundlage für alle Arten von Simulationen rund um die Entwicklung und Optimierung von Verbrennungsmotoren. Angetrieben durch das Feedback der Benutzer wird die Software mit jeder neuen Version erweitert, um die Benutzerfreundlichkeit, Leistung und Anwendbarkeit weiter zu verbessern.

AVL FIRE™ M

ECFM-3Z Neuentwicklungen und Erweiterungen

Mit der Einführung von AVL FIRE™ M 2025 R1 wird das AVL ECFM-3Z Modell erneut aufgewertet. In der Vergangenheit hat es sich als robustes und zuverlässiges Verbrennungsmodell nicht nur für kohlenwasserstoffbasierte Brennstoffe, sondern auch für kohlenstofffreien Wasserstoff und Mischungen aus ersterem und letzterem erwiesen. 2025 R1 Merkmale des Modells inkludieren:

• Sauerstoffhaltige Brennstoffe

Das ECFM-3Z-Modell wurde erweitert, um sauerstoffhaltige Kraftstoffe, z. B. CH₃OH, bei der Verbrennungssimulation zu berücksichtigen.

• Livengood-Wu-Klopfmodell

Das Livengood-Wu Klopfmodell wird in Kombination mit dem ECFM-3Z Verbrennungsmodell zur Verfügung gestellt. Es wird zur Vorhersage der Selbstzündung verwendet, wobei angenommen wird, dass die globale Reaktionsrate nur vom unverbrannten thermodynamischen Zustand abhängt und für eine gegebene Kombination aus Temperatur und Druck durch den Kehrwert der Gesamtzündverzögerung approximiert werden kann.

• Apps für Zündverzugs- und Flammengeschwindigkeitstabellen 

Die Apps zur Erstellung von Tabellen mit Werten für Selbstzündungsverzug und laminare Flammengeschwindigkeit wurden aktualisiert und zwei neue Apps wurden eingeführt. Letztere ermöglichen die Visualisierung beider Datensätze und bieten somit eine einfache Möglichkeit zur Plausibilitätsprüfung der Daten.

Allgemeine Gasphasenreaktionen

Eine Verbesserung für FIRE M-Benutzer, die die Modellierung der Verbrennung mit dem Modul für allgemeine Gasphasenreaktionen bevorzugen, ist ein Python-basiertes Kommandozeilen-Tool, mit dem komplexe Reaktionsmechanismen einfach reduziert werden können. Die Reduktion hilft dabei, die Größe der Mechanismen zu minimieren, um so einen übermäßigen Bedarf an Rechenressourcen für Verbrennungssimulationen zu vermeiden.

Generierung von IC-Motorenmodellen

FIRE M Engine, unser automatisierter Workflow zur Generierung von Berechnungsmodellen für Strömungssimulationen im Zylinder, bietet mit 2025 R1 die Möglichkeit, zusätzlich zu den bereits bekannten Polyedergittern auch hexaederdominierte Gitter zu generieren. 

Dieses Angebot richtet sich an Nutzer unserer Software, die bisher Fame Engine Plus zur Erstellung von Motormodellen eingesetzt haben. Diese Anwender können nun ihre bisher gewonnenen Erfahrungen auch in FIRE M weiter nutzen und ersparen sich Vergleiche mit Polyedermodellen.

AVL EXCITE™ M

Freie Definition des inneren Layouts von Wellen

Für Wellen wurde eine neue Möglichkeit eingeführt, die eine freie und unabhängige Definition der inneren und äußeren Wellengeometrie erlaubt. Bisher waren nur einfache Bohrungen auf beiden Seiten der Welle möglich. Mit dieser Erweiterung können nun neben Bohrungen auch beliebige andere geeignete Körperunterkomponenten zur inneren Wellengeometrie hinzugefügt werden, die nun auch über eine eigene Layouttabelle verfügt.

Die verbesserte Art der Wellenmodellierung liefert genauere Ergebnisse für Massen- und Trägheitsberechnungen, wenn sich innere und äußere Abschnitte überschneiden, selbst wenn konische Geometrien verwendet werden. Für Kegelstümpfe sind nun beliebige Knotenkonfigurationen möglich. Zusätzlich erlauben die Knotenkonfigurationen nun Knoten an den Kanten von Teilkomponenten, was in bestimmten Anwendungen wichtig ist.

Da die verbesserte Wellenmodellierung die Simulationsergebnisse leicht verändert, um die Genauigkeit zu erhöhen, wurde ein Kompatibilitätsschalter hinzugefügt. Damit können Sie die verbesserte Wellenmodellierung in Fällen deaktivieren, in denen die Erhaltung der Ergebniskonsistenz mit früheren Versionen höhere Priorität hat als das Erreichen einer höheren Genauigkeit.

Gestufter Planetenradsatz

Die vordefinierte Baugruppe für den Planetenradsatz unterstützt jetzt gestufte Planeten. Wenn Sie zu dieser neuen Konfiguration wechseln, fügt die Benutzeroberfläche automatisch ein zweites Zahnrad und ein zweites Lager zu den Planeten hinzu. Alle zugehörigen Verbindungen zwischen Sonne, Ring, Träger und Planeten werden automatisch neu verbunden. Zusätzlich werden alle Körper gedreht und neu positioniert.

Wenn der Zahnradsatz aufgrund der gegebenen Geometrie nicht montiert  werden kann, werden Sie über Datenprüfungen  informiert. Diese informiert Sie über die mögliche Anzahl der Planeten und die erforderlichen Phasenwinkel zwischen dem Haupt- und dem zweiten Rad für jeden Planeten. Darüber hinaus haben Sie nun die Möglichkeit, festzulegen, ob die Lager für die Planeten auf einem Planetenbolzen oder direkt im Träger montiert werden.

Konvertierung von vordefinierten Baugruppen in generische Baugruppen

Es ist nun möglich, vordefinierte Baugruppen, wie z.B. den Planetenradsatz oder die ICE Engine Assembly, in generische Baugruppen zu konvertieren. Dadurch können Sie die Topologie der Baugruppe frei modifizieren, um nicht unterstützte Konfigurationen zu erreichen oder spezielle Anwendungsfälle zu berücksichtigen. Allerdings sind baugruppenspezifische Konfigurationseinstellungen für generische Baugruppen nicht mehr verfügbar, und sie können nicht in vordefinierte Baugruppen zurückverwandelt werden.

Berücksichtigung von Steigungsfehlern bei Keilwellenverbindungen

Die inneren und äußeren Teilkomponenten der Keilzahnradverbindung unterstützen nun die Definition eines Steigungsfehlers, um Fertigungszugaben zu berücksichtigen. Es stehen drei Optionen zur Definition des Teilungsfehlers zur Verfügung:

• Einzelne Teilungsabweichung
• Kumulative Steigungsabweichung
• Definition über harmonische Funktionen

Der Steigungsfehler kann für jede Flankenseite einzeln oder als gemeinsamer Fehler für beide Flankenseiten angegeben werden. Zusätzlich steht ein Skalierungsfaktor für die Visualisierung zur Verfügung, um den Fehler in der Geometrievisualisierung zu verstärken, ohne den Fehler während der Simulation zu beeinflussen. Schließlich wird der Neigungsfehler während der Simulation mit jeder definierten Mikrogeometrie und allen auftretenden Ausrichtungsfehlern, wie z. B. Verkippungen, überlagert.

Einfaches Fahrzeugmodell für Antriebsstrang- und Getriebeanwendungen

In AVL EXCITE™ M wurde eine 1D-Fahrzeugdarstellung in Längsrichtung implementiert, um den Einfluss von Fahrzeug, Reifen und Straße auf den Antriebsstrang zu modellieren, der auf Torsionsschwingungen abzielt. 

Es umfasst Konfigurationen mit Front-, Heck- und Allradantrieb, Fahrzeugmasse mit Längsfreiheitsgraden und Lasten wie Rollwiderstand, Luftwiderstand und Straßenneigung. Das Modell enthält ein Magic Formula-Reifenmodell (Pacejka) mit TIR-Dateiunterstützung und Straßenhaftungsverhältnis für jede Seite. Sie können Zielgeschwindigkeitsprofile definieren und einen Geschwindigkeitsregler mit internen/externen Definitionen verwenden.

Das Fahrzeugmodell ist in erster Linie für Getriebe- und Antriebsstranganwendungen gedacht, um realistische, vom Fahrzeug vorgegebene Randbedingungen darzustellen, wie z.B. die Auswirkung der Dämpfung durch Reifenschlupf oder plötzliche Lastwechsel aufgrund variierender Fahrbahntraktion, die berücksichtigt werden müssen.

Lagerlebensdauerberechnung App - Erweiterte Funktionalität

Zusätzlich zur bestehenden Profildefinition nach ISO 16281 können Sie nun auch Rollenprofile für zylindrische Elemente über Datensätze definieren. Die Profile können in absoluten Einheiten oder als dimensionslose Werte angegeben werden, die auf verschiedene Lagergeometrien angewendet werden können. Diese Profile können über eine tabellarische Schnittstelle eingegeben oder als CSV-Datei importiert werden. Die Betriebstemperatur des Lagerschmierstoffs kann nun für jeden Fall definiert werden, was eine bessere Kontrolle über die Eingaben der Fälle ermöglicht, insbesondere für die Berechnung der kumulierten Lebensdauer. Lebensdauermessungen für einzelne Fälle sind jetzt in AVL IMPRESS™ M verfügbar.

AVL EXCITE™ M Modell als Co-Simulation FMU exportieren

In EXCITE M wird eine neue FMU-Export-Schnittstellenkomponente eingeführt. Mit dieser Komponente ist es möglich, ein EXCITE M-Modell als Co-Simulations-FMU zu exportieren. Durch Ausführen der entsprechenden Aufgabe werden alle erforderlichen Daten und die notwendigen Binärdateien für den Solver gesammelt und in die endgültige FMU-ZIP-Datei gepackt. Die FMU kann dann in jedes Tool importiert werden, das den FMI 2.0-Standard unterstützt, um eine Co-Simulation mit EXCITE M durchzuführen. Es ist keine vollständige EXCITE M-Installation erforderlich, nur eine gültige Lizenz zur Laufzeit.

Unterstützung von HD-Verbindungen in AVL EXCITE™ M FE-Aufgaben

HD-Verbindungen (EHD2, EPIL und AXHD) werden jetzt in der App Lineare Statische Spannungsanalyse für Druck- und Scheranwendungen und in der App Thermischer Lastgenerator für thermische Lastanwendungen unterstützt. Die App „Linear Static Stress Analysis“ ist über die App-Bibliothek in EXCITE M verfügbar, während die App „Thermal Load Generator“ in COMPOSE verfügbar ist. Die App „Thermal Load Generator“ wird in einem Workflow zusammen mit der EXCITE M Modell-App und optional mit der App „Run FE Solver“ verwendet, wenn Sie die Ergebnisse des FE-Solvers im selben Workflow-Lauf  haben möchten.

Komponenten-Modellierer: Membrane Mesher

Die Funktion Membrane Mesher des EXCITE M Component Modeler erzeugt regelmäßige Membrannetze, die für die Modellierung von Oberflächenkontakten in „hydrodynamischen“ Verbindungen benötigt werden: Advanced Radial Slider Bearing (EHD2), Advanced Axial Slider Bearing (AXHD) oder Advanced Sliding Guide (EPIL).

Die erzeugten Membranen werden an die typischerweise unregelmäßigen FE-Netze, z. B. eines Lagergehäuses, eines Kolbenmantels oder einer Zylinderlaufbuchse, „geklebt“ (gekoppelt mit einer oberflächenbasierten Bindungsbeschränkung oder einem geklebten Kontakt). Auf diese Weise steht das hydrodynamische Netz des Gelenks in Kontakt mit regulären FE-Netzen der verbundenen Körper. Das Endergebnis wären zuverlässigere Verbindungsergebnisse. 

Die aktuelle Version enthält die erste Implementierung der Funktion Membrane Mesher. Die Geometrie der Membranen (bestehend aus Linien, rechteckigen und polygonalen Flächen) wird „manuell“ durch Eingabe der Geometrie der entsprechenden Membranflächen definiert. Die Funktion unterstützt derzeit die Kondensation von FE-Modellen mit „geklebten“ Membranen für den Abaqus-Solver. Die Unterstützung für andere FE-Solver (Ansys, Nastran, PERMAS, OptiStruct) ist für spätere Versionen geplant.

Verschleißmodellierung: Automatische Aktualisierung der Oberflächenrauhigkeit

Bisher konnte die Rauheit nur zu Beginn einer Simulation definiert werden und blieb für jede Gitterzelle gleich, unabhängig vom auftretenden Verschleiß. Durch die Aktivierung dieses neuen interpolierten Ansatzes, der auf der Abnutzungstiefe basiert, kann die Rauheit nun unabhängig von Oberflächenabschnitten definiert werden, wodurch jede Gitterzelle über längere Simulationszeiträume hinweg aktualisiert werden kann, z. B. bei der Verwendung der Verschleiß-Apps.

Simulation von offenen Schalen-/Zapfenoberflächen in EHD-Gelenken 

Es gibt mehrere Anwendungsfälle für Radialgleitlager, bei denen die beiden Kontaktkörper in Umfangsrichtung nicht in vollem Kontakt sind. Bisher unterstützte der EXCITE-Löser nur einen geschlossenen Kontakt oder einen offenen geschlossenen Kontakt. Die neue Implementierung ermöglicht die Simulation von Radialschieberkontakten mit offenen Zapfen-/Mantelflächen, wie sie in Rollenschuhen oder Kolbenbolzen-/Kolbennabenlagern vorkommen. Diese Implementierung wird außerdem durch die automatische Erkennung von Randbedingungen für offene Kontakte im Solver unterstützt.

Anti-Aliasing-Filter für downgesampelte Ausgabedaten

Der EXCITE-Solver bietet die Möglichkeit, Simulationsdaten auf eine reduzierte Ausgabefrequenz herunterzurechnen, wodurch die Größe der Ausgabedateien für große Simulationen und Parameterstudien erheblich reduziert wird. Wenn jedoch Komponenten, die eine Frequenz von mehr als dem halben Kehrwert des Ausgabezeitschritts (Nyquist-Frequenz) überschreiten, signifikant sind, führt das Downsampling zu Aliasing-Artefakten. Diese Artefakte können nun unterdrückt werden, indem der EXCITE M-Löser vor dem Schreiben der Ausgabedaten einen Anti-Aliasing-Filter anwendet.

AVL Elektromotor-Tool

MFC-basiertes Modell für Induktionsmotor

Das MFC-basierte Modell bietet eine schnelle Lösung für die genaue dynamische und akustische Analyse von elektrischen Antrieben, die Induktionsmotoren enthalten. Durch die Bereitstellung einer vereinfachten, aber effektiven Darstellung des Motors ermöglicht dieses Modell den Ingenieuren, die Auswirkungen verschiedener Betriebsbedingungen und den Einfluss der Pulsweitenmodulation (PWM) auf den Hochfrequenzgehalt zu untersuchen.

Der theoretische Hintergrund der Methode, einschließlich der Validierung mit direkter Magnetfeldberechnung, wurde auf wissenschaftlichen Konferenzen vorgestellt und in Proceedings veröffentlicht.

Einer der Hauptvorteile des MFC-basierten Modells ist die Fähigkeit, die komplexen Wechselwirkungen zwischen Wechselrichter, Regler und Maschine zu berücksichtigen, einschließlich der Auswirkungen von Schaltmustern und Oberwellen. Dieser Detaillierungsgrad ist entscheidend für die genaue Vorhersage des Motorverhaltens unter dynamischen Bedingungen sowie für die Vorhersage von Motor-, Steuerungs- und PWM-Oberschwingungen im quasistationären Betrieb.

Während das MFC-basierte Modell im Vergleich zur direkten Feldberechnung erhebliche Effizienzgewinne bietet, ist es ressourcenintensiv in Bezug auf den Primär- und Sekundärspeicher.

Zylindrische Zelle – Mehrphasiges und mehrdimensionales Modell

AVL CRUISE™ M bietet eine neue Komponente für zylindrische Zellen, die den von FE/CFD-Codes bekannten Umfang bietet und gleichzeitig die von der Simulation auf Systemebene bekannte Benutzerfreundlichkeit beibehält. Die Verwendung der Komponente Zylindrische Zelle ist denkbar einfach. Auf der obersten Ebene können Sie zwischen einem elektrischen Ersatzschaltbildmodell oder einem elektrochemischen Pseudo-2D-Modell (P2D) wählen, und Sie können sich für eine geführte oder benutzerdefinierte Geometriekonfiguration entscheiden. 

Das zylindrische Zellmodell kombiniert, grob gesagt, mehrere physikalische Modelle und geometrische Dimensionen. Das thermische Verhalten wird in 3D berechnet, die Potenzialverteilung über die Kollektorplatten wird in 2D berechnet (denken Sie an eine ausgerollte Jelly-Roll), und zwischen den Kollektorplatten befinden sich mehrere P2D-Modelle (oder Ersatzschaltungen). 

Eine weitere wichtige Funktion ist die Gestaltung der Kollektorplatten. Sie können sie nach Ihren Vorstellungen dimensionieren und positionieren und die Auswirkungen der Strom- und Temperaturverteilung auf die Zellleistung simulieren. Diese Verteilungen können über 3D-Postprocessing-Funktionen zusätzlich zu den herkömmlichen zeitbasierten Ergebnissen, die vom P2D-Zellenmodell bekannt sind, analysiert werden. 

AVL FIRE™ M Batterie – Nahtloser Modellexport vom System zur CFD 

Diese Version von CRUISE M und AVL FIRE™ M bietet einen speziellen Arbeitsablauf, um jede Art von elektrochemischem Batteriemodell aus CRUISE M für den Import in FIRE M zu exportieren. Der Arbeitsablauf beginnt mit der Einrichtung eines elektrochemischen Batteriemodells in CRUISE M. Sobald dies geschehen ist, ziehen Sie eine neue spezielle FIRE M Batteriekomponente aus der Exportschnittstellenbibliothek. Diese Komponente dient als Schnittstelle und führt Sie durch eine Liste der erforderlichen Datenbuskanäle, um die korrekten physikalischen Kausalitäten herzustellen. Damit exportieren Sie das Modell nach dem CMC-Verfahren, um eine FMU zu erstellen, die dann als neuer Modelltyp in das Batteriemodul von FIRE M geladen werden kann, bereit für die Verwendung im Rahmen von CFD-basierten 3D-Simulationen.

Batteriemodul – Kühlbleche

Das Design von Batteriemodulen wird stark von thermischen Aspekten bestimmt. Es gibt mehrere Möglichkeiten, die von den Batteriezellen erzeugte Wärme in ein thermoregulierendes Netzwerk abzuführen. CRUISE M behandelt diese Designfragen mit Hilfe seiner generischen Strömungsnetze und direkt innerhalb der Batteriemodulkomponente. 

Mit dieser Version von CRUISE M haben Sie Zugriff auf eine weitere Art von Stackelementen, nämlich aktiv gekühlte Platten. Wenn Sie sich für Kühlplatten entscheiden, können Sie deren Größe, Material, räumliche Diskretisierung und Kühlkanalgeometrie konfigurieren. Es kann sich um einen rechteckigen Typ mit oder ohne Mikrorippen oder um einen Typ mit mehreren Öffnungen handeln, der für rechteckige oder runde Rohre extrudiert ist. Nach Durchführung einer Simulation können Sie anhand der 3D-Ergebnisse der Temperaturverteilung über das gesamte Modul die Auswirkungen verschiedener Kühlplattenkonfigurationen effizient bewerten.

Batteriemodul – Überwachung des Wärmeflusses

Die Batteriemodul-Komponente von CRUISE M für Pouch-Zellen simuliert 3D-Temperaturverteilungen von einzelnen Zellen, Kühlplatten, Gehäusewand, etc. in Abhängigkeit von der elektrischen Belastung und dem gewählten Thermoregulationskonzept. Mit dieser Version von CRUISE M können Sie diese wichtigen thermischen Aspekte mit Hilfe von neuen Überwachungskanälen noch detaillierter beurteilen. Neben der Möglichkeit, Temperatursensorkanäle zu platzieren, können Sie nun auch Wärmeströme überwachen. 

Batteriemodul – KPI-Werte

Die Konfiguration eines Batteriemoduls mit Pouch- oder zylindrischen Zellen erfolgt in der Regel mit dem Ziel, bestimmte elektrische KPIs wie Kapazität oder Spannung zu erreichen. Darüber hinaus gibt es einige weitere KPIs, die für Designentscheidungen ebenso wichtig sind. Dazu gehören die Länge, Breite und Höhe des Moduls, sein Gesamtvolumen sowie die Volumina und Massen einer einzelnen Zelle, der Kühlrohre, der Verpackung, des Gehäuses und anderer Komponenten. In dieser Version von CRUISE M sind alle diese Größen auf zusätzlichen KPI-Seiten der Komponenten Modul und Modul der zylindrischen Zellen verfügbar.

PEM-Elektrolyse Stack Wizard

Die Modellparametrisierung auf der Grundlage von Referenzdaten ist ein wesentlicher Schritt in jedem Simulationsprojekt. Dies kann zu einer mühsamen Aufgabe werden, die ein gründliches Verständnis des zugrundeliegenden Modells erfordert, das oft nichtlineare Zusammenhänge und Querempfindlichkeiten der Parameter aufweist. 
Mit dem neuen PEM-Elektrolyzer-Stack-Wizard bietet AVL CRUISE™ M ein Werkzeug für die oft manuell durchgeführte Parametrisierung des Elektrolyseurmodells. Der Wizard kann über das Efficiency Portal oder über das Kontextmenü der Komponente PEM Electrolyzer Stack gestartet werden. 

Wenn Sie die erste Seite des Wizards öffnen, werden Sie durch vier einfache Schritte geführt. Zunächst werden Sie aufgefordert, Referenzdaten, entweder aus dem stationären oder dem instationären Betrieb, anzugeben, gefolgt von einer Auswahl der zu optimierenden Parameter. Danach können Sie den Optimierungsprozess starten und schließlich die Anpassungsqualität anhand verschiedener Paritätsdiagramme überprüfen. Wenn Sie den Wizard schließen, werden alle Parameter in das zugrunde liegende PEM-Elektrolyse-Stack-Modell übertragen. 

Druckwechseladsorber-Modell 

Elektrolysesysteme zielen darauf ab, Wasserstoff mit einem maximalen Reinheitsgrad zu erzeugen, was sehr oft durch den Einsatz eines Druckwechseladsorbers (Pressure-Swing-Adsorber PSA) erreicht wird. Bei dieser Anwendung wird die Abtrennung von unerwünschtem Wasserdampf vom Wasserstoff durch zwei oder mehr Adsorptionsbehälter erreicht. Während ein Behälter unter Druck steht, um den Dampf zu adsorbieren, gibt der andere Behälter Wasserstoff mit höherer Reinheit ab, gefolgt von einem Spülschritt, um das adsorbierte Wasser zu entfernen. Beide Behälter arbeiten zyklisch, so dass ein pseudo-kontinuierlicher Prozess entsteht. 

CRUISE M unterstützt die Modellierung dieses Prozesses sowohl mit Hilfe seiner Komponentenbibliothek als auch durch eine mittelwertbasierte Darstellung mit hoher Recheneffizienz, nämlich die neue Komponente Adsorptionssystem. Damit wird die Trennung der Komponenten mit einem empirischen Ansatz modelliert, bei dem Sie die Systemleistung konfigurieren können, d. h. die Auslassreinheit und die Abscheideleistung. Ebenso können Sie die Verluste der Produktspezies angeben, d. h. Verlustquote, Verlustflussrate oder Rückgewinnungsquote, und verschiedene Optionen zur Konfiguration der Verbindungen bieten die Flexibilität, die Komponente an jeder Stelle Ihres Systemmodells aufzurufen. Die „adsorbierten“ Spezies verlassen die Komponente über einen speziellen Auslass, während das gereinigte Gas separat austritt.

Erweitertes Venturi-Injektor-Modell 

Venturi-Injektoren werden in der Regel auf der Anodenseite von Brennstoffzellen-Anlagen als energieeffiziente Alternative zu Kompressoren eingesetzt. Die primäre Seite des Injektors ist in der Regel mit dem Hochdruck-Wasserstofftank verbunden (mit Drücken von mehreren hundert Bar), während die sekundäre Seite eine Rezirkulation von Brennstoffzellenabgasen ermöglicht, der einen gewissen Anteil an nicht umgewandeltem Wasserstoff enthält.

In dieser Version von CRUISE M bietet die bestehende Venturi-Injektor-Komponente eine neue erweiterte Modelloption. Das erweiterte Modell bilanziert die maßgeblichen eindimensionalen Gleichungen der kompressiblen Strömung für separate Abschnitte der Ansaug-, Mischkammer und des Diffusors unter Berücksichtigung der Auslassbedingungen (d. h. dem Druck nach dem Injektor). Um das erweiterte Modell auszuführen, aktivieren Sie einfach das entsprechende Kontrollkästchen in der Komponente Venturi-Injektor und geben die Längen von Mischkammer und Diffusor an. Vergleiche mit experimentellen Daten ergaben eine gute Übereinstimmung, was die Parametrisierung aufgrund der verbreiterten physikalischen Basis weiter erleichtern wird.

Randbedingungen für den Flüssigkeitsvolumenanteil

Die Modellierung von Brennstoffzellen- und Elektrolysesystemen beinhaltet den Transport von gasförmigen und flüssigen Stoffen. Die Gaspfadmodellierung von CRUISE M unterstützt den Transport von Spezies in beiden Phasen. Diese Version von CRUISE M bietet eine neue Option zur direkten Eingabe des Flüssigkeitsvolumenanteils als Anfangsbedingung in den Komponenten Plenum, den verschiedenen Brennstoffzellenstapeln, BoP-Komponenten sowie als Randbedingung in den Komponenten Systemgrenze, Massenstromgrenze und Volumenstromgrenze. Sobald Sie einen bestimmten Flüssigkeitsvolumenanteil angeben, berechnet CRUISE M das verbleibende Gasvolumen anhand der mitgelieferten Massen- oder Molenbruchtabellen. Wenn Sie sich für die Angabe von feuchter Luft entscheiden, wie sie von den verschiedenen Randbedingungskomponenten angeboten wird, ist dieser Teil der Gasphase, zusätzlich zur Einstellung des Flüssigkeitsanteils.

Vereinfachtes Brennstoffzellen- und Elektrolysemodell

In AVL FIRE™ M wurde eine neue Funktion eingeführt, die es Ihnen ermöglicht, numerische Einstellungen für Elektrolyse- und Brennstoffzellenkonfigurationen schnell anzupassen. In Verbindung mit Wärme- und Massenquellen ermöglicht diese Funktion die effiziente Erstellung von vereinfachten Modellen für Brennstoffzellen und Elektrolyseuren. Diese Aktualisierung ermöglicht die Berechnung nur der Kathode oder der Anode unter Verwendung vereinfachter Massen- und Wärmequellen für effizientere Simulationen. Außerdem können Sie wählen, ob Sie nur die Gaskanäle oder auch die Gasdiffusionsschicht (GDL) und die Katalysatorschicht in Ihre Simulationen mit einbeziehen wollen. In der Abbildung unten wurde die Hälfte des PEM-Elektrolyseurs modelliert, um eine schnelle Berechnung zu gewährleisten, so dass der Benutzer in sehr kurzer Zeit Ergebnisse erhält.

Validierung des Modells für die chemische Degradation von PEM-Brennstoffzellenmembranen

Das Modell des chemischen Ionomerabbaus von FIRE M wurde weiter validiert, indem die simulierten Membranabbaueigenschaften mit den entsprechenden experimentellen Daten verglichen wurden. Während des chemischen Ionomerabbaus führt der unerwünschte Sauerstofftransport durch die Membran zur Bildung von Wasserstoffperoxid (H₂O₂) in der Anodenkatalysatorschicht und in der Folge zur Bildung von OH-Radikalen durch die Reaktion von H₂O₂ mit Metallionen. Die OH-Radikale greifen die Seiten- und Hauptketten des Ionomers an, was zu einer Verringerung der Ionenleitfähigkeit und einer Ausdünnung der Membran führt. Als Nebenprodukt des Ionomerabbaus entsteht Fluorwasserstoff, der zu den Strömungskanälen transportiert und aus der Zelle gespült wird. Die Freisetzung von Fluorwasserstoff kann gemessen werden, so dass der Ionomerabbau indirekt nachgewiesen und quantifiziert werden kann. Die Abbildung unten zeigt deutlich, dass der allgemeine Trend einer höheren Fluoridmenge für einen größeren Ionomer-Volumenanteil durch die Simulation mit hoher Genauigkeit vorhergesagt werden kann.

Wir freuen uns, die gemeinsame Lösung von AVL und Persival ankündigen zu können, die einen bahnbrechenden Fortschritt für die virtuelle Prüfung und Validierung von Fahrerassistenzsystemen (ADAS) und autonomen Fahrzeugen (AD) darstellt.

Neue NCAP-Vorschriften

Die Euro NCAP hat kürzlich die ersten Vorschriften eingeführt, die virtuelle Tests mit qualifizierten Simulationsmodellen ermöglichen. Diese Vorschriften, die ab Januar 2026 gelten, konzentrieren sich auf sicheres Fahren und Unfallvermeidung. Sie legen strenge Qualifikationskriterien für Simulationsmodelle fest, einschließlich der Notwendigkeit einer internen Validierung durch die OEMs und einer physischen Überprüfung durch Euro NCAP. Die Vorschriften betonen die Bedeutung präziser Simulationsmodelle und ihrer Validierung, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse virtueller Tests glaubwürdig sind und für die Einhaltung der Vorschriften herangezogen werden können. Durch die Anpassung an diese neuen Vorschriften stellt die gemeinsame Lösung von AVL und Persival sicher, dass die Kunden gut vorbereitet sind, um die Anforderungen der Industrie zu erfüllen und ihre ADAS- und AD-Fahrzeugtestprozesse voranzutreiben.

Umfassende Simulationsmodellvalidierung und glaubwürdige Simulationsprozesse

Ein wesentliches Highlight dieser gemeinsamen Lösung ist die umfassende Methodik zur Validierung von Simulationsmodellen anhand von realen Messungen. Hier kommen das einzigartige Know-how und die Infrastruktur von AVL ins Spiel. Mit Zugang zu hochmodernen Einrichtungen wie der Roding Weather Hall und dem ZalaZONE Testgelände bieten wir eine umfassende Lösung, die sowohl virtuelle als auch physische Testumgebungen umfasst. 

Diese Kombination gewährleistet, dass die Simulationsmodelle gründlich validiert werden, was zu genaueren und zuverlässigeren Ergebnissen führt. AVL bietet bereits eine marktführende Lösung für validierte Fahrdynamiksimulationen mit bis zu 97 % Modellkorrelation. Die Validierung von Sensormodellen mit realen Messungen ist entscheidend, um die neuen NCAP-Vorschriften zu erfüllen und sicherzustellen, dass die Simulationsergebnisse zuverlässig und vertrauenswürdig sind. Wir bieten eine kombinierte Lösung mit einem umfassenden Serviceangebot, das reale Messkampagnen auf Testgeländen, Modellparametrisierung und -validierung sowie die Integration von ADAS/AD-Software umfasst. 

Die szenariobasierten Tests werden dann auf realen und virtuellen Testgeländen auf der Grundlage der Testspezifikationen im ASAM OpenSCENARIO-Standard durchgeführt. Die Testergebnisse werden im Hinblick auf eine regelkonforme Testdurchführung verifiziert und anschließend anhand von Sicherheitsmetriken und KPIs bewertet. Durch die systematische Verlagerung von Tests in die virtuelle Welt, die vertrauenswürdige und zuverlässige Ergebnisse gewährleistet, sind erhebliche Kosten- und Zeiteinsparungen möglich.

Nahtlose Integration von Sensorsimulationen

Die Integration der Sensorsimulationsmodelle von Persival in den AVL Scenario Simulator™ ist dank des ASAM Open Simulation Interface (OSI) Standards nahtlos. Dies gewährleistet eine modulare und skalierbare Simulationsumgebung, die bei Bedarf auch komplexe Modelle verwendet. Wenn Szenarien nicht mit einfachen Modellen auf Objektebene bearbeitet werden können, lassen sie sich leicht durch dedizierte, realitätsgetreue Sensormodelle ersetzen, die mehrere physikalische Effekte abdecken und GPUs (Graphic Processor Units) zur Hochleistungsausführung nutzen. Mit diesem einzigartigen modularen Ansatz ist es sogar möglich, die ursprüngliche Signalverarbeitung des Sensorherstellers als Black-Box-Modell zu koppeln, um einen vollständigen digitalen Zwilling des Sensors zu erhalten, der die höchstmögliche Glaubwürdigkeit gewährleistet.

Wir sind überzeugt, dass die gemeinsame Lösung von AVL und Persival einen bedeutenden Schritt nach vorne in der Entwicklung und Prüfung von ADAS und AD-Fahrzeugen darstellt. Diese Lösung unterstreicht unser Engagement für die Bereitstellung von Spitzentechnologien, die den sich weiterentwickelnden Anforderungen unserer Kunden gerecht werden. In Kombination mit qualitativ hochwertigen 3D-Umgebungen und Objekten, die auf dem ASAM OpenMATERIAL 3D-Standard basieren, wird eine glaubwürdige Sensorsimulation im großen Maßstab nun Realität

AVL VSM™ stellt Schneesimulation für Wintertests, automatische virtuelle Fahrerparametrisierung und erweiterte Nachbearbeitungsoptionen vor.

Erweiterte Schneesimulation für Wintertests

Fahrzeughersteller und Zulieferer investieren viel Zeit und Ressourcen in Testfahrten und müssen die Wintersaison abwarten, um ihre Fahrzeuge zu kalibrieren, zu testen und Steuersysteme bei kaltem Wetter und Schnee zu validieren. Diese Fahrten sind oft mit einer komplexen Logistik, hohen Kosten für das reisende Personal und zeitaufwändigen Methoden verbunden. Es kommt häufig vor, dass eine Testfahrt aufgrund veränderter Wetterbedingungen oder unvorhergesehener Testanforderungen verlängert werden muss. 

Die Interaktion zwischen allen Reifen und dem Schnee wird im neuen AVL VSM™ sowohl bei stationären als auch bei transienten Fahrmanövern berücksichtigt, wodurch eine hohe Modelltreue gewährleistet wird. Diese neue Funktion schafft Vertrauen in die Kalibrierung von Steuerungen, Fahrstrategien und Testfällen, wie z. B. Bergauffahren und Ziehen eines Anhängers, um nur einige zu nennen. Die Parametrierung von Winter-/Ganzjahresreifen und Schneeeigenschaften ist für die Gewährleistung effizienter Kalibrierungsmethoden und eines guten Fahrgefühls von entscheidender Bedeutung.

Mit der neuen Schneesimulationsfunktion von VSM 2025 R1, die auch Templates umfasst,  kann ein Großteil dieses Aufwands nun deutlich reduziert werden. Durch die realitätsnahe Simulation von Winterbedingungen in einer kontrollierten und reproduzierbaren Umgebung ermöglicht unsere Lösung OEMs und Zulieferern, kritische Fahrzeug- und Steuersystemtests und -kalibrierungen im Büro, auf Prüfständen oder in Fahrsimulatoren durchzuführen, ohne auf die Winterperiode warten zu müssen, die Effizienz und Qualität zu steigern und Kosten und Entwicklungszeiten zu reduzieren.

Automatische Parametrisierung des virtuellen Fahrers 

Leistungsstarke Fahrermodelle sind für die Simulation von Rundenzeiten und Fahrverhalten unerlässlich, erfordern jedoch eine Feinabstimmung der Parameter, um das gesamte Fahrzeug wie im wirklichen Leben an die Grenzen zu bringen. Die Abstimmung von Fahrermodellen erfordert normalerweise Expertenwissen und interaktive Schleifen, um sicherzustellen, dass die Aktionen des Fahrers mit den Fähigkeiten des Fahrzeugs und den Streckenbedingungen übereinstimmen. Für eine effektive Kalibrierung müssen Parameter wie das Fahrzeuggewicht, die Reifeneigenschaften, die Leistung des Antriebsstrangs und die Streckenbedingungen wie Fahrbahn, Grip und Überhöhung berücksichtigt werden, um ein realistisches Simulationsergebnis zu erzielen.

Um diesen Prozess zu vereinfachen und zu beschleunigen, hat AVL eine automatische Fahrerparametrisierung entwickelt, die das Fahrermodell optimiert, indem sie alle Änderungen sowohl auf Fahrzeug- als auch auf Streckenebene berücksichtigt. Auf diese Weise stellt VSM sicher, dass das Fahrermodell optimiert wird, um die bestmögliche Leistung zu erzielen. Dies reduziert den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Abstimmung des Modells erheblich und verbessert die allgemeine Simulationsgenauigkeit und Vergleichbarkeit, was eine bessere Entscheidungsfindung für Hardware- und Steuerungsstrategien ermöglicht.

Neue AVL VSM™ Simulation/Test Post-Processing 

Die Verwendung vordefinierter Diagramme und Auswertungen für die Nachbearbeitung virtueller Tests ermöglicht es VSM-Benutzern, die Ergebnisse rasch zu analysieren, schnellere und fundiertere Entscheidungen zu treffen und innerhalb von Minuten Berichte zu erstellen. Eine Reihe von vorkonfigurierten Beispielen, die Benutzer direkt anwenden können, um ihre Simulationsergebnisse zu analysieren und zu vergleichen, vereinfacht das Post-Processing. Diese Templates können an verschiedene Analyseszenarien angepasst werden und helfen den Anwendern, bei der Entwicklung von Fahrzeugmodellen und der Untersuchung verschiedener virtueller Testergebnisse sowohl Zeit als auch Kosten zu sparen.