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Lehrstuhl für Theoretische Elektrotechnik


Prof. Dr. rer. nat. Markus Clemens

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Bundesministerium für Bildung und Forschung

(BMBF Grant 03MS648E)

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Gekoppelte Simulation und Optimierung für robustes virtuelles Fahrzeugdesign (SOFA)

Mitarbeiter:

Cimala, Carsten, M.Sc. (EE)

 

Projektpartner:

Prof. Dr. Caren Tischendorf (Koordinatorin), Universität zu Köln; Prof. Dr. Martin Arnold, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg; Dr. Tanja Clees, Fraunhofer Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI, St. Augustin; Prof. Dr. Michael Günther, Bergische Universität Wuppertal, FB C; Prof. Dr. Bernd Simeon, TU Kaislerslautern; Delphi Deutschland GmbH, Wuppertal; Leopold Kostal GmbH & Co. KG, Lüdenscheid; CST AG, Darmstadt; SIMPACK AG; Gilching;

 


Projektbeschreibung:

Im Projekt SOFA arbeiten die Universität zu Köln, die Universität Halle-Wittenberg, die Technische Universität Kaiserslautern und die Bergische Universität Wuppertal sowie das Fraunhofer Institut SCAI gemeinsam an Lösungen für die Herausforderungen der Fahrzeugentwicklung der Zukunft.

Köln, 2010. „Ziel des vom BMBF geförderten Verbundprojekts SOFA (Gekoppelte Simulation und Optimierung für robustes virtuelles Fahrzeugdesign) ist es, mit Hilfe von mathematischen Modellen und Verfahren komplexe Systeme in Kraftfahrzeugen am Computer zu simulieren, um Bauteile zu optimieren und den Fahrkomfort zu erhöhen,“ beschreibt die Projektkoordinatorin Professorin Caren Tischendorf (Universität zu Köln) die Industrierelevanz des Verbundprojekts.

Bereits heute weisen Kraftfahrzeuge mehr elektronische Bauteile und Funktionen auf als je zuvor, und in zukünftigen Kraftfahrzeugentwürfen werden die bordeigenen elektrischen und elektronischen Systeme noch weiter an Komplexität gewinnen – Stichworte sind u.a. der Ersatz hydraulischer Bremssysteme durch elektromechanische Komponenten („brake-by-wire“), die Einführung elektronischer Radsteuerungen („steer-by-wire“) oder Antriebskonzepte für Hybrid- und Elektrofahrzeuge. Auch Trends hin zu energiesparender Leichtbauweise, der Einsatz energieautarker funkbasierter Systeme oder Sensortechniken (z.B. Abstandssensoren oder etwa die Kommunikation zwischen Fahrzeugkomponenten oder Fahrzeugen) stellen die Fahrzeugentwicklung vor neue Herausforderungen.

Um den wachsenden Anforderungen im Fahrzeugbau zu begegnen, werden Komponenten und Prozesse mittels sogenannter Multiphysik-Systeme am Bildschirm simuliert. So kann z.B. das Verhalten eines bestimmten Bauteils gegenüber mehreren physikalischen Phänomenen (daher Multiphysik), etwa elektromagnetischem und thermischem Verhalten untersucht werden. Um zuverlässige und realistische Simulationsergebnisse zu erzielen, sind gekoppelte Simulationen der beteiligten Effekte notwendig.

Die Arbeitsgruppen von Prof. Martin Arnold, Dr. Tanja Clees, Prof. Markus Clemens, Prof. Michael Günther, Prof. Bernd Simeon und Prof. Caren Tischendorf greifen die mathematischen Problemstellungen solcher Multiphysik-Systeme auf. Es werden verschiedene physikalische Prozesse mittels verschiedener Gleichungen beschrieben. Partielle Differentialgleichungen dienen der Beschreibung von räumlich verteilten Effekten (beispielsweise der Temperaturausbreitung oder elektromagnetischer Störfelder). Mit differential-algebraischen Gleichungen werden dynamische Teilsysteme und ihre Kopplungen untereinander abgebildet (z.B. elektronische Komponenten oder mechanische Verbindungen).

Anwendungsbereiche sind die u.a. die Kopplung von Kabelsträngen und elektronischen Steuerelementen, von elektromagnetischen Sensoren und Steuerelektronik sowie von Mehrkörpersystemen und Fluidik bzw. Elastodynamik.

Praxispartner des Projekts sind die Automobilzulieferer Delphi Deutschland GmbH (www.delphi.com) und Leopold Kostal GmbH & Co. KG (www.kostal.de) sowie die Entwickler von Simulationssoftware Computer Simulation Technology AG (www.cst.com) und SIMPACK AG (www.simpack.de). Sie testen die in SOFA entwickelten Tools und Methoden zur effektiven und robusten Simulation und Optimierung gekoppelter Multiphysikprobleme an realistischen Modellen aus der industriellen Praxis und integrieren sie – nach erfolgreicher Testung – in ihre jeweiligen Simulationsumgebungen.

Ebene Welle bei einer Frequenz von 900 MHz trifft auf Kraftfahrzeug


Laufzeit:

2010 - 2013 (36 Monate, Projektstart: 01. Juli 2010)

Drittmittelgeber:

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert SOFA mit 800.000 Euro (BMBF Grant 03MS648E. 07/2010--06/2013) im Rahmen der BMBF-Initiative „Mathematik für Innovationen in Industrie und Dienstleistungen.

 

Schlagworte:

Feld-Kabel-Kopplung; Kosimulation; Rechnergestützte EMV Simulation; EMV in Fahrzeugen


Veröffentlichungen:

2012

Numerical Analysis and Optimization of a High Speed Data Connector with Starquad Transmission Line

C. Cimala, M. Clemens, K. Kaufmann, M. Rucks, A. Urbaniak, T. Plinta, International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC Europe 2012), Rom, Italy, 17.-21.09.2012. Paper submitted.

GPU-beschleunigte, elektromagnetische FDTD-Simulationen für numerische EMV-Untersuchungen in Kraftfahrzeugen

C. Cimala, EMV 2012, Düsseldorf, Deutschland

2011

GPU-Accelerated Time Domain Electromagnetic Field Simulations for

Numerical EMC Testing Applications

C. Cimala, IEEE ICEAA 2011, Turin, Italien