Die Software-Lösungen und -Services von Siemens Digital Industries ermöglichen FAW die Entwicklung eines einheitlichen Modellierungsansatzes

Konstruktion von intelligenten Fahrzeugen

Das Forschungs- und Entwicklungszentrum der China FAW Co., Ltd. ist die größte Einrichtung für Forschung, Entwicklung, Tests und Prüfungen in der chinesischen Automobilindustrie. Es fungiert als zentrales Technologiezentrum für den Erstausrüster (OEM) FAW Group Corporation sowie für die chinesische Regierung. Das Unternehmen konzentriert sich auf die Entwicklung von Nutzfahrzeugen und Automobilkomponenten und verfügt über Engineering-Know-how, das den gesamten Fahrzeugentwicklungszyklus abdeckt.

Die China FAW Group Corporation beauftragte ihr F&E-Zentrum damit, die Forschungs- und Entwicklungsfunktion für die Abteilung intelligenter vernetzter Fahrzeuge auszubauen. Dies soll die Entwicklung smarter Fahrzeuge ermöglichen – ein zentrales Anliegen der staatlichen „Made in China 2025“-Strategie. Die zunehmende Elektrifizierung und Automatisierung der Fahrfunktionen resultiert in einer höheren Systemkomplexität und erfordert eine vorausgehende Validierung der Steuerungssysteme.

Viele Autohersteller in China und anderen Ländern konzentrieren sich derzeit auf die intelligente Vernetzung von Fahrzeugen, was die Forderung nach relevanten Technologien verstärkt. Für chinesische Automobilhersteller ist dies sowohl eine Gelegenheit, zu den globalen Giganten aufzuschließen, als auch eine erhebliche Herausforderung für die FAW-Abteilung für Forschung und Entwicklung intelligenter Vernetzungsfahrzeuge, da die Konstruktion fortgeschrittener Fahrzeuge den intensiven Einsatz fortgeschrittener Entwicklungstechnologien erfordert.

Implementierung von Modellbasiertem Systems Engineering

Die FAW-Abteilung für Forschung und Entwicklung intelligenter vernetzter Fahrzeuge suchte einen Zulieferer mit Erfahrung in der Gesamtfahrzeugmodellierung, einschließlich Echtzeit- und Online-Anlagenmodellierung sowie Steuerungsentwicklung. Außerdem wollte sie ihren Entwicklungsprozess optimieren und suchte nach einem Partner, der bereit war, sein Fachwissen und seine Methoden mit ihm zu teilen.

„Einerseits mussten wir in der Lage sein, Offline-Simulationen mit dem gesamten Fahrzeugmodell durchzuführen, um die Fahrzeugleistung zu analysieren und den Anforderungen an Echtzeit-Simulationen der Hardware-in-the-Loop-Testplattform gerecht zu werden“, erläutert Zheng Lei, Leiter der Verwaltung in der FAW-Abteilung für Forschung und Entwicklung intelligenter vernetzter Fahrzeuge. Gleichzeitig war es für uns wichtig, einen Technologiepartner zu finden, der unser internes Wissen mittels eines Technologietransfer-Angebots verbessern konnte.

Durch den Einsatz der Simcenter Amesim™-Software, einem Teil des Simcenter-Portfolios von Siemens Digital Industries Software, führte Simcenter Engineering Services FAW an die modernsten Tools und Techniken heran. Simcenter Amesim unterstützt Model-Based Systems Engineering (MBSE), indem es Anwendern hilft, Modelle unterschiedlicher Komplexität zu erstellen, die den Anforderungen in verschiedenen Phasen der Fahrzeugentwicklung entsprechen. Mit Simcenter Amesim gelang es FAW nicht nur, Offline-Simulationsmodelle von bislang unerreichter Präzision zu entwickeln, sondern diese auch in einer Vielzahl von Echtzeit-Simulationsszenarien anzuwenden. Dies wiederum ermöglicht die Durchführung von hybriden Hardware-in-the-Loop-Tests (HiL) zur Validierung von Steuerungen und Modellen.

„Simcenter Amesim bietet eine benutzerfreundliche, offene Entwicklungsumgebung, die eine gemeinsame Modellierung und eine effektive Bereitstellung zwischen verschiedenen Abteilungen sowie zwischen Abteilungen und Lieferanten ermöglicht“, sagt Zheng. „Es ermöglicht eine durchgängigen Modellierungsansatz trotz unterschiedlicher Komplexitätsstufen der Modelle während des gesamten Entwicklungsablaufs.“

Ergänzend zur Softwarelizenz führte Simcenter Engineering einen Technologietransfer durch. Im Verlauf der Kooperation schulte Simcenter Engineering das FAW-Personal darin, die gleichen Vorgehensweisen auch für weitere Szenarien einzusetzen und sie als Bestandteil des FAW-Standard-Konstruktionsablaufs zu implementieren. Zheng weiß diese Unterstützung zu schätzen: Das Simcenter Engineering-Team erfasst Kundenanforderungen, vermittelt neueste Technologien, lädt regelmäßig in- und ausländische Experten zu Seminaren und Fachaustausch ein und zeichnet sich durch ein ausgeprägtes Einfühlungsvermögen in die Kundenperspektive aus. Die technische Kompetenz von Simcenter Engineering hat bei den FAW-Projektteams große Anerkennung gefunden.“

Reibungslose Zusammenarbeit

Die FAW-Abteilung für Forschung und Entwicklung intelligenter vernetzter Fahrzeuge hat in enger Kooperation mit den Simcenter Engineering-Teams ein robustes Framework für fortgeschrittene Fahrzeugdynamikuntersuchungen erarbeitet, das sowohl für Offline- als auch Echtzeit-Simulationen geeignet ist.

Das Simcenter-Engineering-Team half FAW bei der virtuellen Überprüfung der elektronischen Steuergeräte (ECU) des Fahrzeugs, darunter die elektrische Servolenkung (EPS), das elektronische Stabilitätsprogramm (ESP) und das Antiblockiersystem (ABS). Die Experten aus dem Konstruktionswesen assistierten FAW anfangs bei der Festlegung von Prozessen und der Einbindung von Modellen. Mithilfe der Simcenter Amesim-Software entwickelten sie genaue Modelle für Motor, Getriebe und Antriebsstrang. Anschließend entwickelten, erstellten und implementierten sie animierte Szenarien. Mehr als 20 definierte Szenarien konnten auf dem HiL-Prüfstand validiert und dank der Dashboard-Funktion in Echtzeit durchgeführt werden. Zuletzt wirkte Simcenter Engineering an der Entwicklung eines Echtzeit-Fahrermodells mit vorausschauender Regelung (MPC) zur Lenkung der Fahrzeugbahn mit. Dieses Modell bietet ein systematisches, optimiertes Verfahren zur Konstruktion hochkomplexer multivariabler Regelungssysteme und kann automatisch Fahrbahn- und Zieltrajektorien erzeugen.

Aufgrund der Anleitung und Hilfe der Simcenter Engineering Konstrukteure bei der Ausarbeitung von Software- und Hardware-Integrationsstrategien für unterschiedliche Plattformen verfügt das Unternehmen nun über die Fähigkeit, Modelle für verschiedene Hardwaresysteme zu betreiben.

Simcenter optimal nutzen

Durch die Verwendung von Simcenter Amesim und das Fachwissen von Simcenter Engineering konnte FAW ein Echtzeit-Modellierungsprojekt für ein selbst entwickeltes Fahrzeug erfolgreich umsetzen. FAW setzte HiL-Simulation und -Tests ein, um Fahrzeugregler-Tests und Fehlerdiagnosen mittels virtueller Simulation durchzuführen, die Entwicklungszeit der Steuergeräte zu verkürzen und den Entwicklungszyklus des elektrischen Fahrzeugsteuerungssystems deutlich zu reduzieren.

Alle Einheiten der FAW F&E-Abteilung für intelligente Vernetzung von Fahrzeugen setzen Simcenter Amesim zur Konstruktion von Fahrzeugsystemen ein, was die Systemintegration, Steuerungsvalidierung, HiL-Simulation sowie Modellverifizierung wesentlich vereinfacht hat. Die verwendeten Simcenter Amesim-Funktionalitäten umfassen Hochfrequenzmodelle für Motoren, Werkzeuge zur Echtzeitreduzierung von Modellen und die Functional Mockup Unit (FMU)-Schnittstelle zum Austausch von Modellen und zur Kopplung von Werkzeugen.

Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit

Das China FAW Group Corporation R&D Center ist seit Langem führend auf dem Gebiet der Simulation und der Prüfung von HiL-Systemen in China und versucht, mit dem internationalen Niveau gleichzuziehen.

„Dank der Simcenter-Lösungen sind wir nun in der Lage, autonom zu modellieren, was unsere Wettbewerbsposition zusätzlich stärkt“, äußert sich Zheng. „Um die Entwicklung von Produkten und Technologien weiter voranzutreiben, setzen wir auch in Zukunft auf die Zusammenarbeit mit Spitzenunternehmen wie Siemens Digital Industries Software.“