Unter dem Einfluß zunehmender Globalisierung der Automobilindustrie entwickelt sich bereits heute ein Markt, der von einer großen Vielfalt an Fahrzeugvarianten mit unterschiedlichsten Erwartungen hinsichtlich Nutzen, Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit, Sicherheit, Komfort, Fahrspaß und Umweltverträglichkeit geprägt ist.

Diese vielseitigen Zielsetzungen bei der Konzeption eines neuen Fahrzeugs, die zunehmende Individualisierung und der steigende Wettbewerbsdruck, führen zu komplexen Entscheidungsprozessen, in denen versucht wird, die vielen Zielkonflikte im Design aufzulösen.

Diese Entscheidungen müssen sehr früh im Produktentstehungsprozeß getroffen werden, damit eine zielgerichtete und dadurch schnelle Realisierung im Sinne first to

market"gewährleistet werden kann. Ungefahr 80% der später anfallenden Entwicklungskosten werden in dieser Phase festgelegt, wobei das Wissen über das neu zu entwickelnde Fahrzeug auf wenig gesicherten Fakten beruht und umfassende Erkenntnisse erst sehr spät im Entwicklungsprozeß entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung und ein Verfahren für ein Fahrzeugentwurfsystem (FESY) anzugeben, bei dem das Produktwissen hinsichtlich Gestalt und Funktionseigenschaften in frühen Entscheidungsphasen berechnet und verarbeitet wird. Es soll Konzeptingenieure unterstützen, Fahrzeugideen schneller zu modellieren und die Wirkzusammenhänge zwischen der geometrischen Gestaltung und dem Design der Funktionseigenschaften frühzeitiger zu begreifen.

Die Erfindung ist in Bezug auf die Vorrichtung im Patentanspruch 1 und auf das Verfahren in Patentanspruch 6 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Aus-und/oder Weiterbildungen.

FESY ist ein Entwurfssystem, in dem Modellier-und Berechnungsprogramme aus unterschiedlichen Fachgebieten zusammengeführt sind. Sie arbeiten auf einer gemeinsamen Datenbasis. Die Ablaufsteuerung der Programmmodule und der Datenaustausch untereinander sind automatisiert und einfach über die grafische Benutzeroberfläche steuerbar. Diese Integration der Verfahren auf einer gemeinsamen Datenbasis ermöglicht eine ganzheitliche und interdisziplinäre Arbeitsweise, die den Entwicklungsprozeß in der frühen Phase effektiv unterstützt.

FESY beinhaltet eine neuartiges Verfahren zur Modellierung von 3D- Fahrzeugrohbauten. Das Modell ist parametrisiert, d. h. die Gesamtheit der Geometrieelemente (Punkte, Kurven, Flächen) lassen sich über Parameter, wie z. B.

Fahrzeuglänge,-höhe,-breite, Scheibenneigungswinkel etc. und Einflußpunkte schnell verändern.

In einer Konfigurationsdatenbasis sind weitere Fahrzeugkomponenten, wie Antriebe, Achsen, Sitze etc. abgelegt, die für eine Gesamtfahrzeugdarstellung (Fahrzeugpackage) ausgewählt werden.

Über die integrierten Simulationsprogramme werden die Funktionseigenschaften, wie das Fahrzeuggewicht, die aerodynamischen Beiwerte, die Fahrleistung, der Verbrauch, das Fahrverhalten (Fahrdynamik) und die Steifigkeit der Fahrzeugstruktur errechnet.

Am Ende eines Entwurfsprozesses werden die generierten Konzeptvarianten im Auswertemodul von FESY untereinander oder mit Wettbewerberfahrzeugen verglichen.

Die interdisziplinäre Vernetzung der Modelle ermöglicht die Erhöhung des Reifegrads des"virtuellen Produkt"zum friihen Zeitpunkt durch die ganzheitliche Sicht auf das neue Fahrzeuglconzept.

Routinearbeiten, wie Datenkonvertierungen, Abgleich von Datensätze, Kodieren von Lastfällen, Parameterstudien, Variantenvergleiche werden auf den Rechner verlagert, um im Alltag wieder mehr Freiraum für kreatives Handeln zu gewinnen.

Kostenvorteile durch den Einsatz von FESY entstehen, indem frühzeitig Problemstellen identifiziert und vermieden werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Folgende Programmpakete sind in FESY integriert : Geometriemodellierung Programmodule KonfigurationGesamtfahrzeug FESY Parametrische Rohbaumodellierung (Teil 1) SFE/CONCEPT Parametrische Rohbaumodellierung (Teil 2) NEOGEO Visualisierung/LTberprüfungFahrzeugpackage CATIA Überprüfung von Gesetzen/Vorschriften CATIA-IUA- Makros

'Die Verwaltung und Darstellung von Geometrieelementen (Punkte, Kurven, Flächen) sowie der"parametrischen Grundelemente" (Einflußpunkte) zur Rohbaumodellierung erfolgt in SFE/CONCEPT.

'Die Steuerung der Einflußpunkte in SFE/CONCEPT und der"parametrischen Grundelemente"erfolgt über das angekoppelte Programm NEOGEO, mit dem die gesamte Rohbaugeometrie durch übergeordnete Bauteilgruppen und Fahrzeugparameter parametrisch manipuliert wird.

Die Visualisierung einer Fahrzeugkonfiguration (Gesamtfahrzeugpackage) sowie der Überprüfung von Bauteilabstanden/-kollisionen erfolgt im CAD-System CATIA mit Standardfunktionalität. Positionsänderungen von Bauteilen und der resultierende Verschiebungstensor wird über ein selbstentwickeltes Programm auf Basis der IUA- Datenschnittstelle von CATIA (IUA=Interactive User Access) an das Gewichtsprogramm übergeben. Funktionsmodellierung/Simulation Programmodule Netzgenerierung für Strukturanalysen mit FE MEDINA Steifigkeitsberechnung (Torsion/Biegung) NASTRAN AbschätzungFahrzeuggewicht GIN Bestimmung der aerodyn. Beiwerte ACC Fahrdynamik bei verschiedene Standardfahrmanövem CASCaDE Fahrleistung/Verbrauchsrecllnung bei Fahrzyklen FA34/SHIVA Die Netzgenerierung erfolgt automatisch im Hintergrund der FE Netzmodifikation in MEDINA.

* Die Steifigkeitsberechnung erfolgt automatisch über die Auswahl von definierten Standardlastfällen.

* Das Fahrzeuggewicht, die Schwerpunktlage, die Achslastverteilung und die Massenträgheiten werden über Korrelationsbeziehungen abgeschätzt und durch Einzelgewichte der Fahrzeugkomponenten aus der Konfigurationsbasis und deren Positionen im Fahrzeugpackage ergänzt.

Die Bestimmung der aerodynamischen Beiwerte erfolgt über Korrelationen zwischen der aktuellen generierten Geometrie und mit im Windkanal vermessenen Fahrzeugen, die in der Datenbasis von ACC abgelegt sind. Mit dem Fahrdynamilcprograxmn werden Standardlastfälle z. B. stationäre Kreisfahrt, Lenkwinkelsprung und Vorbeifahrt an der Windschleuse berechnet.

. Bei der Fahrleistungsrechnung werden die Geschwindigkeit/die Beschleunigung/ die Steigfähigkeit des Fahrzeugs sowie der Verbrauch bei vordefinierten Fahrzyklen (NEFZ, USA-Highway, JAPAN Dauerlauf,...) bestimmt.

Im Auswertemodul von FESY können die erzeugten Datensätze über Tabellen, Balken- und Kurvendiagramme dargestellt werden. Über weitere Funktionen werden die erstellten Fahrzeugkonzepte auch mit Wettbewerberfahrzeugen verglichen.

Die Verfahrenschritte von FESY sind wie folgt : Schritt 1 : Über das Startfenster stehen dem Anwender verschiedene Funktionsmenüs ("Buttons") zur Verfügung, wobei nach dem Start von FESY nur der Button"Dateiauswahl" aktiviert ist. Über diesen Knopf wird ein Fenster geöffnet, in dem neben diversen Verwaltungsfunktionen eine Projekt-und eine Variantenstruktur für die Zusammenstellung eines Fahrzeugdatensatzes angelegt wird.

Schritt 2 : Nachdem die Struktur für die Erstellung eines neuen Fahrzeugkonzepts angelegt wurde, wird ein weiterer Button"Konfiguration"aktiviert, der die Konfiguration eines ersten Grundfahrzeugs ermöglicht. Bauteile wie Rohbaukarosserie, Antrieb, Achsen, Sitze etc. können aus einer umfangreichen Liste ausgewählt werden, deren Daten in der Konfigurationsdatenbasis abgelegt sind.

Die Konfiguration eines ersten Grundfahrzeugs ist die Ausgangsbasis für die weiterführenden Konzeptarbeiten. Nach der Konfiguration, ist der Button"CAD" aktiviert, über den der konfigurierte Datensatz an die Geometriemodule CATIA und SFE/CONCEPT übergeben wird.

Schritt 3 : CATIA wird direkt aus FESY heraus gestartet und dient im FESY-Verbund zur Visualisierung und Überprüfung des Gesamtfahrzeugs mit allen Komponenten (Gesamtfahrzeugpackage). Auf diese Weise ist eine direkte Datenkopplung gewährleistet, so daß Modifikationen in CATIA, wie z. B. die Verschiebung von Bauteilen für eine verbessertes Packaging, direkt nach FESY zurückgespeichert werden kann. (Die veränderten Bauteillagen haben einen direkten Einfluß auf die Massenverteilung,-trägheiten und die Schwerpunktslage.) Analog wird der Programmmodul SFE/CONCEPT direkt aus FESY heraus gestartet, um Änderungen am Rohbau durchzuführen.

Über das Modul NEOGEO, dessen Parameterfunktionalität in die Oberfläche von SFE/CONCEPT integriert ist, kann nun das geladene Rohbaumodell parametrisch variiert werden.

Das Rohbaumodell besteht aus Punkten, profilierten Balken, Strukturknoten (Verbindungsstellen von Balken) und Blechfeldern. Die Parametrik erlaubt es den Rohbau an über 300 Einflußpunkten beliebig zu verändern. Dabei entsteht immer ein konsistentes, geschlossenes Geometrieflächenmodell, da die Geometrielemente nicht explizit vom Konstrukteur, sondern implizit vom System berechnet werden und dabei keine fehlerhaften Elementübergängen (Lücken/Spalte) produziert werden.

Auf dem so erzeugten Rohbaumodell werden in SFE/CONCEPT Rechennetze für z. B. die Strukturanalyse vollständig automatisch-über die Flächenelementgrenzen hinweg- generiert, was einen enormen Zeitvorteil ergibt. Was vorher Tage dauerte, wird jetzt in Minuten erstellt.

Das veränderte Modell wird in die FESY-Datenbasis zurückgespeichert und kann dann wieder in CATIA im Gesamtfahrzeugverbund dargestellt werden.

Schritt 4 :

Nach der Gesamtfahrzeugkonfiguration stehen die ersten Berechnungsprogramme mit den Buttons"Gewicht","Steifigkeit"and"Aerodynamilc"zur Verfügung. Alle weiteren Berechnungsprogramme sind noch nicht aktiviert, da für diese Berechnungen noch Eingabedaten fehlen.

Die Berechnungen werden bei allen Simulationsprogrammen über unterschiedliche Anwendermodi STANDARD, MODIFY und EXPERT durchgeführt. Die Modi steuern unterschiedliche Anwenderansichten auf die Daten der Programmmodule : STANDARD : Der Benutzer kann im jeweiligen Programmmodul keine Eingabedaten vorgeben. Das Modul bezieht alle Daten aus der Konfiguration und über das interne Austauschdatenmodell von FESY.

MODIFY : Der Benutzer kann eine vorgegebene Teilmenge aller Daten manipulieren, um z. B. Tendenz-und Grenzwertbetrachtungen durchzuführen. Die Konsistenz des gesamten Datensatzes wird dadurch bewußt gestört. Die Konsistenz der Datensätze der verschiedenen Funktionsmenües wird über ein grünes Flag"am jeweiligen Funktionsbutton auf der Benutzeroberfläche gekennzeichnet.

Inkonsistente Daten eines Buttons werden mit einem"gelben Flag" dargestellt.

EXPERT : Der Benutzer kann im jeweiligen Programmmodul alle Eingabedaten manipulieren, d. h. die automatisch erzeugten Daten durch die vorangegangenen Prozeßschritte und die gesetzten Standardeinstellungen ersetzen. Gute Kenntnisse des Simulationsprogramms sind vorausgesetzt.

Die Inkonsistenzen werden dem Benutzer mit einem"Roten Flag"am jeweiligen Button dargestellt.

Schritt 5 : Ist das Gewicht abgeschätzt und sind die aerodynamischen Beiwerte bestimmt, werden die weiteren Berechnungsprogramme"Fahrleistung/Verbrauch"und"Fahrdynainil c" aktiviert.

Die Auswahl von Standardlastfallen durch den Benutzer steuert automatisch die Bereclmungsvorbereitung (Pre-Processing) und die Durchführung der Berechnung.

Um weiteren Konzeptingenieuren und Berechnungsexperten den bisher erstellten Datensatz zugänglich machen zu können, steht eine Funktion, Clipboard (Zwischenablage)"zur Verfügung, die den Datensatz in ein Verzeichnis des Rechennetzes kopiert, auf den der gewünschte Personenkreis Zugriff hat.

Die mit FESY erzeugten Daten können über die Standardschnittstellen VDA, Step oder BIF/BOF (DC-Intern) in den vorhandenen Programmen weiter verarbeitet werden oder im Ergonomielabor oder im Fahrsimulator erlebt werden.

Eine Report-Funktion erstellt automatisch einen technischen Bericht mit einem Standardtext und den aktuellen Eingabe-und Ergebnisdaten.

Sind Bauteile in der Konfigurationsdatenbasis nicht verfügbar, können diese über den Button"Daten einchecken"im Startfenster nach FESY importiert werden.