Unser Auto durchläuft mehrere Entwicklungsstufen: Von den ersten Skizzen bis hin zur Produktion folgt der Prozess stets einem klaren Ablauf. Jede Änderung, auch solche, die sich negativ ausgewirkt haben, wird dokumentiert. Die Konstrukteure lernen dadurch nicht nur aus Erfolgen, sondern ebenso aus Fehlern und fehlgeschlagenen Designs. Denn das Verständnis von Problemen und das Erkennen der Kräfte, die die Leistung beeinflussen, gehören fest zur Entwicklung dazu. Um Designs so schnell wie möglich zu iterieren und zu simulieren, nutzen wir die CAD-Software Solid Edge von Siemens und die CFD-Software FloEFD als direktes Add-on. Dadurch erhalten wir nicht nur vergleichbare Werte zwischen den Modellen, sondern erreichen im Vergleich zu externer Software auch eine deutlich höhere Entwicklungsgeschwindigkeit.
Es gibt viele verschiedene CAD-Programme wie Fusion 360, SolidWorks oder Solid Edge. Jedes dieser Programme basiert auf denselben Prinzipien, nämlich dem Zeichnen zweidimensionaler Skizzen (parametrische Modellierung) oder der Sculpting-Methode, bei der die Oberflächen direkt modelliert werden. Dennoch hat jede Software ihre Vor- und Nachteile, weshalb wir uns für Solid Edge entschieden haben. Auf der offiziellen Website von Siemens gibt es für Solid Edge eine Schülerversion, die die wichtigsten Funktionen abdeckt und zudem eine Lehrversion von KeyShot Studio, unserer Rendering-Software, beinhaltet. Zusätzlich gibt es ein Add-on namens FloEFD, das die Funktionen einer CFD-Analyse direkt in die CAD-Software integriert. Dadurch vermeiden wir Fehler bei der Konvertierung von Dateien und sparen viel Zeit, die wir in die Entwicklung investieren können. Zusammenfassend umfasst CAD alle Teile des Autos, die von unseren Konstrukteuren modelliert werden und somit bereits ohne Tests auf einer realen Rennstrecke miteinander verglichen werden können.
Die CFD-Analyse (Computational Fluid Dynamics) ist einer der wichtigsten Bestandteile bei der Entwicklung eines aerodynamischen Autos. Sie ersetzt natürlich keine echten Testfahrten, kann aber sehr gut für Vergleiche zwischen Fahrzeugen genutzt werden, ohne dass hohe Produktionskosten entstehen. In den Analysen lässt sich die Luftströmung um das Auto mithilfe von Darstellungen wie Schnittansichten oder Stromlinien genau beobachten. Zudem lässt sich bestimmen, wie sich Veränderungen auf den Luftwiderstand auswirken. Solche Darstellungen dienen dazu, Verbesserungspotenziale zu identifizieren. Für konkrete Messwerte nutzt man sogenannte Ziele (Goals), die nicht nur den Luftwiderstand in Newton messen, sondern auch Auftrieb und Abtrieb, Seitenkräfte sowie viele weitere nützliche Parameter. Das Ziel ist es somit nicht nur, einen niedrigen Luftwiderstand durch eine saubere Luftströmung um das Fahrzeug zu erzielen, sondern diesen im Zusammenspiel mit den anderen Werten zu optimieren, um beispielsweise das Fahrzeug stabil auf der Rennstrecke zu halten.
Wie CFD-Analysen gehört die FEA-Analyse (Finite-Elemente-Analyse) zu den Simulationen, die im Ingenieurwesen nicht nur Zeit, sondern auch Ressourcen sparen. Hierbei werden vor allem Bauteile simuliert, die während des Rennens nicht beschädigt werden dürfen. Dies geschieht auf Basis vorgegebener Parameter wie der auf das Bauteil wirkenden Kraft, der Fixpunkte und des gewählten Materials. Bei der Simulation werden die hinterlegten Werte aus einer Materialtabelle berücksichtigt, wozu Parameter wie Dichte und Zugfestigkeit zählen. Ein Beispiel für einen Anwendungsfall ist die Simulation der Reifen: Je leichter der Reifen ist, desto schneller kann das Fahrzeug beschleunigen. Dabei spielt das gewählte Material eine entscheidende Rolle, um neben hoher Stabilität auch ein geringes Gewicht zu erzielen, welches sich aus der Materialdichte und dem Volumen berechnet. So werden verschiedenste Reifendesigns iteriert, um am Ende einen leichten, aber ausreichend stabilen Reifen zu haben.
CAM (Computer-Aided Manufacturing) wird genutzt, um 3D-Modelle in für Maschinen verständlichen G-Code zu übersetzen. Hier wird das digital konstruierte Auto auf die Produktion mit 3D-Druck oder CNC-Fräsen vorbereitet. Im 3D-Druck (der additiven Fertigung) wird diese Software als Slicer bezeichnet; mit ihrer Hilfe werden Pfade für den Druckkopf, Temperaturen und weitere Parameter festgelegt. Unter CAM-Software versteht man häufig die Software, die für subtraktive Verfahren wie das CNC-Fräsen genutzt wird. Der Unterschied liegt also in der Art und Weise, wie eine Form hergestellt wird: bei der additiven Fertigung durch das Hinzufügen und Verschmelzen von Material und bei der subtraktiven Fertigung durch das gezielte Entfernen von Material aus einem Block.
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CAD-Konstruktion, Festlegen von Maßen, Kontrolle Regelkonformität.
CFD-Analyse, FEA-Analyse, Optimierung von Gewicht, Integration von Teilen.
CAM, Additive Fertigung, Montage, Nachbearbeitung, ggf. Lackieren.
Testtag, Vergleich von Variationen, Messen von Werten, Abgleich mit Simulationen.
