09.02.2022 – Kategorie: Konstruktion & Engineering

Adaptive Heckflügel: Mit CAD-Modellen in Augmented Reality entwickelt

Heckflügel: Konstruktion mit 3D-CAD-Modellen und Augmented RealityQuelle: Holo-Light

Unterstützt von Augmented-Reality-Lösungen entwickeln vier Münchner Studenten adaptive Heckflügel für Hochleistungsfahrzeuge.

  • Im Automobilbau braucht es aufwändige und komplexe Entwicklungsprozesse, um einen Heckflügel effizient und effektiv zu gestalten.
  • Vier Münchner Studenten entwickeln ein adaptives Heckflügelsystem für Hochleistungsfahrzeuge.
  • In der Prototypenentwicklung des neuartigen Bauteils setzen sie Augmented Reality (AR) ein.

Optimale Aerodynamik für höhere Geschwindigkeiten und eine bessere Kurvenlage. In der Automobilbranche sowie im Motorsport sind enorme Entwicklungsvorgänge notwendig, um einen Heckflügel möglichst effizient und effektiv zu gestalten. Statische, konventionelle Systeme bieten dabei kaum noch Verbesserungspotential. Unter dem Projekt „EagleWing“ haben sich die vier Jungingenieure Andreas Weber, Christian Schlamp, Ali Taghizadegan und Johannes Schuhbauer zusammengeschlossen. Sie wollen die Fahrleistung künftiger Sportwagen mit einem neuartigen Heckflügelsystem verbessern.

Ein Heckflügel für jede Fahrsituation

„Unser Ziel war es, einen Heckflügel mit spürbarem Einfluss auf das Fahrzeugverhalten zu entwickeln, welcher durch seine Anpassungsfähigkeit die optimale Einstellung von Abtriebskräften in jeder auftretenden Fahrsituation darstellbar macht“, beschreibt Andreas Weber, Projektleiter bei EagleWing. Der Abtrieb eines Flügels wird durch seine geometrische Beschaffenheit, dem Anstellwinkel und der Anströmgeschwindigkeit generiert. In Konflikt stehen dabei stets der horizontal wirkende Luftwiderstand (Ziel: minimal) mit der vertikal nach unten gerichteten Abtriebskraft (Ziel: maximal).

EagleWing ist ein neuartiges, adaptives Heckflügelsystem. Bildquelle: Holo-Light

Statische Heckflügel lassen sich allerdings situativ nicht anpassen. Somit besteht in der Entwicklung eines adaptiven Bauteils die Aufgabe, diesen Konflikt für alle auftretenden Fahrsituationen optimal auszunutzen und den Flügel entsprechend zu modellieren und zu aktuieren. Das „EagleWing-System“ zeichnet sich darüber hinaus gegenüber konventionellen Heckflügeln durch eine erheblich höhere Anzahl an möglichen Flügelkonfigurationen und -positionen aus.

Augmented Reality in der Prototypenentwicklung

„Wir haben auf dem weißen Blatt angefangen und hauptsächlich mit gängigen CAD-Programmen auf dem Computer konstruiert und auch erste CFD-Simulationen durchgeführt“, erzählt Johannes Schuhbauer, verantwortlich für Simulationen. „Was uns gefehlt hat, ist ein räumliches Verständnis des gesamten Moduls. Auch die in Zeiten von Corona meist virtuell stattfindende Abstimmung zu einem komplexen CAD-Modell in Online-Konferenzen war durchaus eine Herausforderung.“

Auf der Suche nach Lösungen wurden die vier Studenten auf Holo-Light aufmerksam. „Mit AR3S (Augmented Reality Engineering Space) haben wir ein immersives Arbeits- und Kommunikationstool für Ingenieure entwickelt, das bei globalen Automobilherstellern wie BMW erfolgreich in der Prototypenentwicklung im Einsatz ist. Aber man muss kein Großkonzern sein, um von Augmented Reality profitieren zu können. Das stellt EagleWing unter Beweis“, so Luis Bollinger, CMO und Co-Founder von Holo-Light.

CAD-Modelle der Heckflügel in Augmented Reality visualisieren

Mit Holo-Lights AR Software AR3S lassen sich 3D-CAD-Daten als Hologramme in realer Umgebung visualisieren und kollaborativ bearbeiten. Der AR-Arbeitsplatz ermöglicht ein unkompliziertes, schnelles und vor allem reibungsloses Erleben komplexer 3D-Modelle in einem kollaborativen Raum. „In AR3S konnten wir erstmals unsere Entwicklung in Realgröße betrachten. Hier sind uns auch sofort Komponenten aufgefallen, die wir noch anpassen mussten“, sagt Christian Schlamp, Konstruktionsverantwortlicher.

 „Die Möglichkeit, unser virtuelles Heckflügel-Modell mit einer realen Karosserie zu überlagern, hat zu einem viel besseren Verständnis des Bauteils in der Fahrzeugperipherie geführt, als es auf einem 2D-Bildschirm möglich wäre“, ergänzt Ali Taghizadegan, verantwortlich für die Aktorik bei EagleWing. Komponenten konnten so bereits in früher Entwurfsphase wesentlich besser aufeinander abgestimmt werden.

Mit AR Fehler vor der Fertigung vermeiden

Der nächste Schritt für EagleWing ist die physische Realisierung und Inbetriebnahme eines Prototypen, um weitere Optimierungspotentiale zu identifizieren sowie auch neue Erkenntnisse und Erfahrungen hinsichtlich Fertigung und Montage zu sammeln. Dazu konnten die Studenten einen Platz im begehrten MakerSpace gewinnen, der Prototypenwerkstatt der TU München für Start-ups und Studierende. Auch hier soll Augmented Reality helfen, einen möglichst effizienten Prozess zu garantieren.

„Wir haben verschiedene Bauteile, die auf verschiedene Fertigungsprozesse zurückgreifen, aber nur sehr begrenzt Zeit und Ressourcen“, so Johannes Schuhbauer. „Bei uns müssen die Einzelkomponenten im ersten Versuch in der Realität funktionieren. Mehrere Iterationen können wir uns nicht leisten.“ Modellentwürfe vorab in AR zu visualisieren, hat entsprechend den Vorteil, dass sich inkonsistente Details, leicht übersehbare Designfehler oder auch nötige Modifikationen im Modell schnell erkennen und beheben lassen. „Bevor wir den Schritt in die reale Umsetzung in Form eines funktionstüchtigen Prototyps gehen, prüfen wir unsere CAD-Daten in AR, um Fehler zu verhindern“, führt Ali Taghizadegan weiter aus.

Der Weg zur Serie

Bereits im Mai letzten Jahres haben Andreas Weber, Christian Schlamp, Ali Taghizadegan und Johannes Schuhbauer ihr adaptives Heckflügelsystem zum Patent angemeldet. Um einen realen Fahrzeugeinsatz des Systems zu ermöglichen, sind aber durchaus noch fortschreitende Entwicklungen und Untersuchungen in diversen Bereichen notwendig. Ist die Entwicklung für ein spezifisches Fahrzeugmodell dann weiter fortgeschritten, soll das System auf einem Erprobungsfahrzeug appliziert werden, um seine Wirksamkeit unter Realbedingungen nachzuweisen.

Heckflügel
Animation: Heckflügel auf einem Lamborghini Huracan. Bildquelle: Holo-Light.

Erste simulative Untersuchungen haben bereits die Wirksamkeit des Heckflügels gezeigt. Aus einer Anströmgeschwindigkeit von 120 km/h und Anstellwinkeln im Bereich von +15 bis -10 Grad ergaben sich gegenüber der Normalstellung mit konstantem Anstellwinkel von 0 Grad eine Erhöhung des Abtriebs um bis zu 50% auf der fiktiv kurveninneren Seite als auch eine entsprechende Entlastung auf der kurvenäußeren Seite. Und welche Sportwagen werden damit letztendlich schneller fahren? „Wir sind die einzige freie Lösung dieser Art auf dem Markt. Die Entscheidung liegt bei uns“, so die Erfinder-Gruppe abschließend.

Bild oben: Die Studenten nutzen die AR-Brille HoloLens 2 in Verbindung mit der AR Engineering Software AR3S. Bildquelle: Holo-Light

Video: https://www.youtube.com/watch?v=F2DwC74OF5Y

Weitere Informationen: https://www.holo-light.com/

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