Anwenderbericht

Internationaler Automobilzulieferer reduziert Aufwand für die Validierung von Steuerelementen um 50 Prozent mit Simcenter Amesim

Magneti Marelli nutzt die Simcenter-Portfoliolösung zur Optimierung von Kraftstoffeinspritzsystemen

Internationaler Automobilzulieferer reduziert Aufwand für die Validierung von Steuerelementen um 50 Prozent mit Simcenter Amesim

Magneti Marelli

Magneti Marelli ist ein internationaler Konzern, der Hightech-Komponenten und -Systeme für die Automobilindustrie entwickelt und produziert. Mit mehr als 38.000 Beschäftigten, 89 Produktionseinheiten, 12 Forschungs- und Entwicklungszentren (F&E) und 26 Anwendungszentren ist das Unternehmen in 19 Ländern vertreten. Magneti Marelli fungiert als Zulieferer für die größten Automobilhersteller in Europa, Asien, Nord- und Südamerika. Die Geschäftsbereiche decken die Sparten Automobilbeleuchtung, Antrieb, Elektroniksysteme, Aufhängungssysteme, Abgassysteme, Aftermarket-Teile und -Dienstleistungen, Kunststoffkomponenten und Motorsport ab.

http://www.magnetimarelli.com

Hauptsitz:
Corbetta, Italy
Produkte:
Simcenter 3D Solutions, Simcenter Amesim
Industriezweig:
Automobil und Transport

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Durch die Co-Simulation mit Simcenter Amesim und Simulink konnten wir den Aufwand für die Validierung der Steuerelemente um 50 Prozent reduzieren. Dadurch hat sich auch die Zeit auf dem Prüfstand deutlich verkürzt.
Marco Parotto, Mechanical Engineer, Magneti Marelli

Optimierung von Kraftstoffeinspritzsystemen

Das Einspritzsystem spielt eine Schlüsselrolle bei der Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen von Fahrzeugen. Die Benzin- und Diesel-Direkteinspritzung erfordert extrem zuverlässige Hochdruckeinspritzsysteme für fortgeschrittene Verbrennungsstrategien und zur Verbesserung der Kraftstoffzerstäubung und der Luft-Kraftstoff-Mischprozesse.

Dennoch kann es bei diesen Systemen durch das schnelle Öffnen und Schließen der Injektoren und aufgrund der jeweiligen Pumpenfördermenge zu Schwankungen des Kraftstoffdrucks kommen. Diese Schwankungen können zu einer geringeren Präzision, ungleichmäßigen Kraftstoffeinspritzungen in die Zylinder und einer relativ schlechten Sprühqualität führen. Daher muss die Konstruktion des Einspritzsystems durch genaue Rechenmodelle unterstützt werden, die in der Lage sind, den tatsächlichen Injektorfluss und das Verhalten des gesamten Kraftstoffsystems zu antizipieren.

Als weltweiter Tier-One-Zulieferer für die Automobilindustrie stellt Magneti Marelli sein Know-how und sein weitreichendes Fachwissen im Bereich der Elektronik durch einen Prozess der kontinuierlichen Innovation und ökologischen Nachhaltigkeit unter Beweis. Der Konzern möchte intelligente Systeme für aktive und passive Fahrzeugsicherheit, Kabinenkomfort und Antriebstechnologien entwickeln. 2009 entschied sich Magneti Marelli für die Simcenter Amesim™-Software, die Teil des Simcenter-Portfolios von Siemens Digital Industries Software ist, um den Konstruktionsprozess seiner Hightech-Kraftstoffeinspritzkomponenten und -systeme für Autos, Motorräder und Leichtfahrzeuge zu unterstützen.

„Modellbasiertes Systems Engineering ist der einzig mögliche Lösungsansatz, um mit der tatsächlichen Komplexität der Konstruktion von Einspritzsystemen umzugehen“, so Domenico Paolino, Maschinenbauingenieur bei Magneti Marelli.

Mit Simcenter Amesim modelliert Magneti Marelli auf präzise Weise domänenübergreifende Komponenten moderner Kraftstoffeinspritzsysteme, um die Kraftstoffdruckschwankungen zu steuern, sicherzustellen, dass die exakte Kraftstoffmenge in den Brennraum eingespritzt wird, und so den Kraftstoffverbrauch zu senken und die strengen Emissionsvorschriften zu erfüllen. Mit Simcenter Amesim überprüfen die Konstrukteure, ob die Bemaßung des Kraftstoffsystems stimmt und ob die Durchflussbegrenzer und -dämpfer richtig platziert sind, um deren Wirksamkeit zu verbessern.

Unterstützung der Steuerungskonstruktion

Vor Kurzem hat das Unternehmen mit der geregelten Niederdruckpumpenversorgung (Controlled Low-Pressure Pump Supply, COLPS) eine neue Technik entwickelt, um sein bisheriges Kraftstoffsystem zu optimieren, das ein Druckregelventil (PRV) und Kraftstoffdosierventile (FMVs) umfasste. Durch die vereinfachte Konstruktion der Schiene für das Einspritzsystem konnte Magneti Marelli die Produktionskosten senken. Bei der geregelten Niederdruckpumpenversorgung wird die Niederdruckpumpe über einen Elektromotor gesteuert, was eine bessere Regulierung und Optimierung der Druckschwankungen ermöglicht. Darüber hinaus kann die Niederdruckpumpe die exakte Fördermenge zur Erreichung des Zielschienendrucks erzeugen, was zu Stromeinsparungen und einer Reduktion der Kohlenstoffemissionen führen kann.

Die Konstruktion des Einspritzsystems wurde zwar damit stark vereinfacht, doch die neue Technik erfordert eine wesentlich komplexere Steuerungsstrategie. Um die Komplexität der Steuerung zu bewältigen, unterstützen die Systemingenieure bei Magneti Marelli die Steuerungs- und Software-Konstruktionsteams, die Einblicke in das Verhalten der Hydraulikkomponenten benötigen, mithilfe von Simcenter Amesim. Dank der Co-Simulation in Simcenter Amesim und der Simulink®-Umgebung kann der Steuerungsalgorithmus in einem festen Zeitschritt mit einem Anlagenmodell kommunizieren – genau wie bei einem realen Motorsteuergerät (ECU).

„Dieser Lösungsansatz ermöglicht es uns, das Verhalten der Hydraulikkomponenten und der Software parallel zu bewerten, was direkt auf dem Prüfstand extrem zeitaufwändig wäre“, so Paolino. „Dank der validierten Hydraulikkomponenten von Simcenter Amesim können wir die Softwarestruktur ab dem ersten Konstruktionsschritt optimieren. Weitere Vorteile sind die Simulation möglicher mechanischer Ausfälle und Software-Fehlfunktionen, die uns helfen, die Auswirkungen auf das System zu verstehen und somit wichtige Informationen über das gesamte Diagnosedesign in Erfahrung zu bringen.“

Die Vorteile von zwei Simulationsumgebungen

Magneti Marelli entschied sich dafür, seine Steuerungsstrategie mit Simulink zu entwickeln. Gleichzeitig verwendet das Unternehmen Simcenter Amesim zur Modellierung der domänenübergreifenden Motorenkomponenten. Die beiden Solver stehen in Kontakt zueinander, und Ein- und Ausgabedaten werden zwischen den beiden Umgebungen ausgetauscht. Die Schaffung einer ganzheitlichen virtuellen Systemumgebung ermöglicht die Simulation des Systemverhaltens – sowohl in Bezug auf die Hydraulikkomponenten als auch in Bezug auf die Software. Simcenter Amesim und Simulink arbeiten Hand in Hand, um die Zuverlässigkeit der Steuerungsstrategie zu verbessern.

„Wir waren in der Lage, die Vorteile dieser beiden Umgebungen zu kombinieren. Das Ergebnis ist eine modellbasierte Komplettsoftware, die ein mit Simcenter Amesim entwickeltes domänenübergreifendes System und ein mit Simulink entwickeltes Steuerungsmodell umfasst. So können wir die Produkt- und Komponentenkonstruktion von Anfang an optimieren“, erklärt Paolino.

Virtuelle Testläufe

Co-Simulation ermöglicht Magneti Marelli virtuelle Testläufe, die in der Realität unmöglich nachzubilden wären. Das Ziel ist es, das Systemverhalten in Bezug auf Fahrbefehle, Ausgangsdruck und Kraftstofftemperatur zu analysieren und die Pumpenfördermenge in Abhängigkeit von verschiedenen externen Faktoren zu messen. Die Simulation möglicher mechanischer Ausfälle und Software-Fehlfunktionen hilft den Konstrukteuren zu verstehen, wie sich diese auf das System auswirken, und liefert somit wichtige Informationen für die Konstruktionsoptimierung.

„Eine weitere sehr nützliche Funktion von Simcenter Amesim ist die Simulation bestimmter Bedingungen, die in der Realität nur schwer nachzubilden sind“, erläutert Marco Parotto, Maschinenbauingenieur bei Magneti Marelli. „Die Konstrukteure der Steuerelemente können diese Informationen nutzen, um die Steuerungsstrategie während des Konstruktionsprozesses von Anfang an präziser zu gestalten. All diese Tests auf dem Prüfstand durchzuführen, wäre extrem zeit- und kostenintensiv. Durch die Co-Simulation in Simcenter Amesim und Simulink konnten wir den Aufwand für die Validierung der Steuerelemente um 50 Prozent reduzieren. Dadurch hat sich auch die Zeit auf dem Prüfstand deutlich verkürzt.“ Darüber hinaus werden diese virtuellen Tests für die Aufsichtsbehörden immer wertvoller.

„Wir arbeiten eng mit BSim Engineering zusammen, einem Partner von Siemens Digital Industries Software in Italien“, so Parotto. „Die hohe Reaktionsfähigkeit der Spezialisten von BSim Engineering hilft uns, unseren Modellentwicklungsprozess zu optimieren.“

Verbesserung der Zusammenarbeit mit Partnern

In der Automobilindustrie ist es inzwischen üblich, nicht nur die realen Produkte, sondern auch die zugehörigen Simulationsmodelle zur Verfügung zu stellen. Einerseits erhält Magneti Marelli als Kunde Simcenter Amesim-Simulationsmodelle von seinen Zulieferern; auf der anderen Seite gibt das Unternehmen als Zulieferer seinen Kunden wiederum eigene Modelle an die Hand. „Simcenter Amesim ist zu einer Standardsprache geworden, mit der man schneller und einfacher mit Kunden und Zulieferern kommunizieren kann“, so Parotto.

Simcenter Amesim ist zu einer Standardsprache geworden, mit der man schneller und einfacher mit Kunden und Zulieferern kommunizieren kann.
Marco Parotto, Mechanical Engineer, Magneti Marelli