Karma Automotive lässt ikonisches Elektrofahrzeug mit Siemens-Lösungen wieder auferstehen

Das Aufkommen von Elektro-Sportwagen

Die Zeiten, in denen Elektroautos als Teil einer fernen, exotischen Zukunft angesehen wurden (aufgrund unserer begrenzten technologischen Kapazitäten oder der wahrgenommenen Dominanz des Öls), sind lange vorbei. Vor etwas mehr als zwei Jahrzehnten hat der ikonische Prius das Spiel grundlegend verändert. Heute wurden weltweit mehr als 12 Millionen Hybrid- oder Elektroautos verkauft, und die Zahlen steigen weiter: Nicht nur, dass die Elektrifizierung heute als eine der größten Revolutionen der Automobilindustrie gilt, die Menschheit hat begonnen, sich eine Zukunft ohne Benzin und Verbrennung vorzustellen.

Elektro- oder Hybridautos erobern aus einer Reihe von Gründen noch nicht die Straßen, einer davon ist ihr hoher Preis und die immer noch begrenzte Autonomie. Auch wenn viele der Meinung sind, dass die wahre Schönheit im Inneren liegt, bleibt ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal für Menschen, die sich für ein neues Auto entscheiden, das Aussehen. Tesla war der erste, der dies erkannte, als er 2012 sein Model S auf den Markt brachte. Damit gelang es Tesla, ein bestimmtes Marktsegment zu erreichen, das bisher vom Spiel der Elektrifizierung ausgeschlossen war: Kunden, die ein luxuriöses, sportliches Design bevorzugten.

Inzwischen haben viele OEMs mindestens ein High-End-, Luxus-Hybrid- oder Elektroauto in ihre Flotten aufgenommen. Beispiele sind der Honda NSX, der Lexus LC500h, der BMW i8, der Jaguar I-Pace und der Porsche Panamera.

Viele Startups versuchen ihr Glück in diesem Segment (auch Tesla hat klein angefangen). Während viele Unternehmen auf dem Weg starben oder gefressen wurden, tauchten einige als neue, respektable E-Marken auf, die bereit waren, ihre Prototypen Nase an Nase mit dem Establishment zu messen.

Karma Automotive – die Geschichte eines Phönix

Eines dieser Startups ist Karma Automotive, ein in Kalifornien ansässiger Automobilhersteller, der 2014 aus der Asche (oder besser gesagt den Vermögenswerten) von Fisker Automotive auferstanden ist. Im Prozess der Wiederauferstehung gelang es Karma, das Gute zu bewahren und das Schlechte zu überwinden: Sie behielten das schöne italienische Design ihrer Autos bei, das ihre Kunden sehr ansprach, verbesserten aber die Technologie erheblich. Das Ergebnis ist eine luxuriöse Elektro-Hybrid-Limousine, die einen Großteil des ursprünglichen Exterieurs und Interieurs des Fisker Karma beibehält, aber eine A123-Batterie, ein Ladegerät und elektrische Bedienelemente enthält. Es ist „das Auto, das man fährt, wenn man gesehen werden will“, sagt Bob Kruse, Chief Technical Officer von Karma Automotive.

Als Startup musste sich Karma mit einigen der typischen Folgen begrenzter Ressourcen auseinandersetzen. Zum einen ist Zeit für Startups teurer als für etablierte Player. Außerdem gibt es, wenn überhaupt, kaum zweite Chancen. Damit ist die Digitalisierung wirklich zu einer Frage von Leben und Tod geworden. „Es ist heute wichtiger denn je, dass Modelle und Analysen das Geschehen in der physischen Welt richtig abbilden, so dass die virtuell gewonnenen Lösungen im realen Fahrzeug mit hoher Sicherheit passen – und tatsächlich funktionieren“, bestätigt Kruse.

Beharrliches Streben nach exzellenten NVH-Eigenschaften

Bei einem hybrid-elektrischen Sportwagen ist das Motorgeräusch ein wichtiges Leistungsmerkmal, an dem während des gesamten Entwicklungsprozesses gearbeitet werden muss. Das Motorengeräusch muss markenspezifisch sein. Das ist keine leichte Aufgabe, denn „es gibt keine Historie darüber, wie ein Elektro-Sportwagenmotor klingen sollte“, sagt Jud Knittel, leitender Ingenieur für Geräusche, Vibrationen und Rauigkeit (NVH) bei Karma Automotive.

Das Hauptproblem bei Hybrid-Elektroautos besteht darin, dass durch das Fehlen des geräuschmaskierenden Effekts eines Verbrennungsmotors viele andere Geräusche wie Straßen- oder HLK-Geräusche deutlicher werden. Es müssen viel mehr Anstrengungen unternommen werden, um diese Lärmquellen zu reduzieren, als bei herkömmlichen Autos. Darüber hinaus können Bestrebungen zur Optimierung von NVH sogar kontraproduktiv werden, wenn sie sich negativ auf andere Attribute wie Gewicht, Festigkeit, Haltbarkeit und Fahrkomfort auswirken.

Der Einsatz von Tests und Simulationen (manchmal gleichzeitig) ist unerlässlich, um dieses Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Karma hat das gleich zu Beginn des Entwicklungsprojekts verstanden.

Ein eingespieltes Tandem aus Simulation und Test

„Als wir dieses Projekt in Angriff nahmen, ging es nicht nur um die Entwicklung des Produkts, sondern auch um den Prozess, den wir bei Karma aufbauten“, erklärt Erik Keipper, Leiter der Fahrzeugintegration bei Karma Automotive. „Die Partnerschaft, die wir mit Siemens eingegangen sind, ermöglichte eine nahtlose Interaktion zwischen den Programmmanagern, Ingenieuren und Technikern.“

Einer der Schlüssel zum Erfolg eines solchen übergreifenden Fahrzeugentwicklungsprogramms, das nicht nur das Produkt, sondern auch den Prozess umfasst, besteht darin, die Definitionsphase der Fahrzeugkonstruktion so weit wie möglich vorzuziehen, so dass kostspielige Korrekturen in letzter Minute in der Validierungsphase auf ein absolutes Minimum reduziert oder sogar vermieden werden können. Karma hat sich für diese Aufgabe für die Software Simcenter™ 3D entschieden. Simcenter 3D kombiniert alle notwendigen High-End-Lösungen und Solver und ermöglicht auch die Optimierung verschiedener Attribute mit erstklassigen Vor- und Nachbearbeitungsfunktionen für Computer-Aided Engineering (CAE) und der einzigartigen CAD-integrierten und verwalteten Umgebung der Software. Insbesondere nutzte Karma die Hybrid-Modellierungsmethode von Simcenter 3D, um den gesamten Fahrzeugoptimierungsaufwand über mehrere Leistungsmerkmale hinweg vorzuziehen. Bei diesem Ansatz werden in der Entwicklung befindliche Komponenten mit 3D-CAE und bestehenden Komponenten mit genauen reduzierten Darstellungen modelliert, die aus Testergebnissen abgeleitet werden, wie z. B. Frequenzgangfunktionen (FRFs) und Moden.

Neben der Simcenter 3D CAE-Software wurden auch die Simcenter Testlab-Software™ und die Simcenter SCADAS-Hardware für die Durchführung von NVH-Tests ausgewählt. Die nahtlose Kombination dieser Tools ermöglicht die Abdeckung eines breiten Spektrums von Testfunktionen, wie z. B. experimentelle Modalanalysen, Betriebsdatenerfassung und Bewertung der Schallqualität. Neben der schnellen und genauen Datenerfassung und den Testergebnissen bietet die Simcenter Testlab-Software auch viel technisches Know-how und Anwenderführung. Karma schätzte besonders, wie die intelligenten Datenbetrachtungsfunktionen und -anzeigen der Software es dem Unternehmen ermöglichten, dieselben Daten aus mehreren Blickwinkeln zu betrachten. „Wir haben eine große Anzahl von Funktionen, die wir für denselben Datensatz durchlaufen müssen, und alle sind mit einem Mausklick in Simcenter Testlab verfügbar“, bestätigt Knittel.

Das Testen ist nicht nur während der Benchmarking-, Zielsetzungs- und Leistungsvalidierungsphase des Prototyps wichtig. Es spielt auch eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, das volle Potenzial der Simulation auszuschöpfen. Insbesondere in Fällen wie dem von Karma, in dem sich bestimmte Komponenten noch in der Entwicklung befinden und in Simcenter 3D erforscht werden und andere Teile bereits als Prototypen existieren, ist die testbasierte Validierung durch FRFs und Modi in Simcenter Testlab von größter Bedeutung für den Erfolg des größeren Fahrzeugentwicklungsprozesses, sowohl in Bezug auf die Geschwindigkeit als auch auf die Genauigkeit.

Wie viele OEMs ist sich auch Karma bewusst, dass die Simulation physische Tests nicht vollständig ersetzen kann, aber die Mitarbeiter von Karma sind davon überzeugt, dass sie ihnen hilft, in kürzerer Zeit eine bessere NVH-Leistung zu erzielen. Eine richtige Kombination aus Test und Simulation ermöglicht es Ingenieuren, festzustellen, ob ein Simulationsmodell die Realität so genau wie möglich abbildet. Sie liefert aber auch detailliertere Einblicke, etwa wie man die Dämpfung in das Modell einbezieht oder wie man mit sogenannten hybriden Ansätzen umgeht.

Simcenter Engineering and Consulting services

Das Projekt umfasste sowohl die Entwicklung des Prozesses als auch des Produkts. Aus diesem Grund erwiesen sich sowohl die Simcenter-Software als auch die Simcenter™ Engineering- und Consulting-Services als perfekte Ergänzung. Simcenter-Mitarbeiter waren während des größten Teils der Entwicklung vor Ort und halfen beim Benchmarking und der Zielsetzung des Projekts sowie bei der Analyse und Validierung der Ziele durch CAE und Tests. Es waren die spezialisierten Services, die Karma in die Lage versetzten, „Mathematik und Wissenschaft anstelle von Trial-and-Error-Methoden einzusetzen, um es mit der minimalen Anzahl von Iterationen richtig hinzubekommen", erklärt Kruse.

Neben der Technologie und Software schätzte Karma auch das fundierte Wissen der Simcenter-Berater. „Sie lieferten auch das Know-how und die Expertise, damit Karma den Prozess und die Analyse selbst fortsetzen konnte“, sagt Knittel. „Sie sind es, die nicht nur den reibungslosen Betrieb der Software ermöglicht haben, sondern auch die Interaktion zwischen den Programmmanagern und den Technikern. Sie lieferten uns das nötige Know-how, damit wir die Prozesse und Analysen auch in Zukunft selbst weiterführen können.“

Expertenwissen, Zusammenarbeit und Technologietransfer sind die differenzierenden Säulen, auf denen die Simcenter Engineering Services basieren und auch heute angeboten werden. Alle drei sind in umfassenden Fahrzeugentwicklungsprozessen wie dem von Karma von entscheidender Bedeutung.

Der zusätzliche Vorteil von Polarion

Der Umgang mit vielen Softwarefunktionen über mehrere Attribute, Abteilungen und Teams hinweg erfordert ein leistungsstarkes Tool zur Datenverfolgung und -verwaltung. Die ALM-Software™ Polarion, eine weitere Lösung aus dem umfangreichen Portfolio von Siemens Digital Industries Software, stellt sich dieser Herausforderung. „Polarion ist ein Tracking-Tool, das Ziele von der Fahrzeugebene bis auf die Komponentenebene kaskadiert und dann wieder nach oben geht, um das Auto auf jeder der Zwischen- und Gesamtfahrzeugebenen zu validieren“, sagt Garren Salibian, Leiter der Fahrzeugintegration bei Karma. „Es hat viel mehr Tiefe als eine normale Tabellenkalkulation, bei der nur Kästchen markiert werden. Sie können auf jeder Ebene einen vertieften Einblick erhalten und auf alle erforderlichen Daten und Analysen zugreifen. Polarion ermöglicht es Ihnen, die volle Kontrolle über Ihren gesamten Anwendungslebenszyklus zu haben, ohne die Flexibilität zu verlieren, die oft in separaten Teams erforderlich ist.“ Als Teil der größeren Siemens-Softwarefamilie arbeitet Polarion nahtlos mit der Simcenter-Software zusammen, die von Karma für die NVH-Optimierung und die Multi-Attribut-Balancing-Kampagne verwendet wurde.

Über sich hinauswachsen

„Durch den Einsatz der Beratungsdienstleistungen und Software-Tools von Siemens konnten wir es mit einer minimalen Anzahl von Iterationen richtig machen“, sagt Kruse. „Aus technischer Sicht wurden die Ziele nicht nur erreicht, sondern übertroffen.“

Es mag kühn sein, aber vielleicht fair zu sagen, dass Karma dort erfolgreich war, wo Fisker gescheitert ist: auf der harten geschäftlichen Seite der Dinge. Mit dem Karma Revero wird nicht nur eine überlegene Konstruktion mit Wirtschaftlichkeit kombiniert, sondern erfolgt zudem auf umweltfreundliche und akustisch befriedigende Weise. Diese Eigenschaften zählen zu den wichtigsten Erfolgsparametern des 21. Jahrhunderts.

Karma nutzt die Simcenter-Tools und -Services seit mehr als vier Jahren und ging über die NVH-Optimierung hinaus, um den gesamten Entwicklungsprozess zu optimieren. Die Kombination von Test und Simulation auf einer Plattform ermöglicht auf einzigartige Weise die Zusammenarbeit zwischen Teams und Abteilungen mit optimiertem Datenaustausch.

„Jetzt, da wir bei Karma einen Prozess eingerichtet haben und unser Projekt erfolgreich auf den Markt gebracht wurde, freuen wir uns darauf, die nächste Herausforderung anzunehmen“, so Keipper abschließend. „Bald wird hoffentlich eine ganze Reihe von Elektroprodukten und -fahrzeugen die Händlerräume füllen.“