I.D. R. Pikes Peak
Elektro-Rennwagen mithilfe von Computer-Aided Engineering (CAE) konstruiert und berechnet. (Bild: Volkswagen AG)

Der Computer als wichtiger Faktor für die Entwicklung

Computergestützte Konstruktion

Der Pikes Peak International Hill Climb ist in vielerlei Hinsicht einzigartig. Ein Grund für die Ausnahmestellung des berühmtesten Bergrennens der Welt sind die stark eingeschränkten Testfahrten. Hunderte von Runden drehen, wie es beispielsweise Formel-1-Teams auf bestimmten Rennstrecken dürfen, war für Volkswagen Motorsport bei der Entwicklung des I.D. R Pikes Peak nicht möglich. Bevor Pilot Romain Dumas in neuer Rekordzeit auf den 4.302 Meter hohen Gipfel fuhr, konnte er die Originalstrecke mit dem Elektrorennwagen nicht einmal komplett absolvieren.

Besonders in der Anfangsphase der Entwicklung des I.D. R Pikes Peak haben wir stark auf Simulationen im Computer gesetzt“, erklärt Dr. Benjamin Ahrenholz, Leiter Berechnung/Simulation bei Volkswagen Motorsport. Der Computer kam gleich in mehreren Bereichen zum Einsatz. „Wir haben die strukturell stark belasteten Komponenten des I.D. R Pikes Peak, wie Fahrwerk, Monocoque, hinterer Hilfsrahmen und Heckflügel, durch Simulationsprogramme berechnet“, sagt Ahrenholz.

Das Ziel des sogenannten Computer-Aided Engineering (CAE) war stets dasselbe: Ein Bauteil sollte so leicht wie möglich sein, dabei aber die im Rennen auftretenden Belastungen problemlos bewältigen. Entsprechende Simulationen wurden mit der sogenannten Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgeführt, bei der die äußerst komplexe Struktur der Komponenten des Rennfahrzeugs im Computer in eine Vielzahl kleiner Bestandteile mit berechenbarem Verhalten – die finiten Elemente – aufgeteilt wird.

Computer konstruiert optimierte Komponenten

Auf diese Weise konnten wir simulieren, welche Komponenten des I.D. R Pikes Peak möglicherweise verstärkt werden müssen, wo wir Material und damit Gewicht einsparen können oder wo eventuell sogar die Konstruktion geändert werden muss“, beschreibt Ahrenholz. Im Bedarfsfall machte der Computer mittels Topologieoptimierung selbst Vorschläge zur verbesserten Bauform.

Dabei half dem Team von Dr. Benjamin Ahrenholz, dass die 19,99 Kilometer lange Strecke bereits weitestgehend als Computermodell vorlag. Insbesondere der obere Streckenabschnitt stellte die Ingenieure von Volkswagen Motorsport vor Herausforderungen. „Dort ist der Fahrbahnbelag so wellig, dass die Belastungen für das Fahrwerk deutlich höher sind als auf der sehr ebenen Piste im unteren Bereich der Rennstrecke“, sagt Ahrenholz. „Wir wussten vorher nicht so genau, was den I.D. R Pikes Peak im oberen Bereich erwarten würde, und haben deswegen eine gewisse Sicherheitsreserve einkalkuliert.“ Bei einzelnen Komponenten nicht ans Limit gehen – auch dies ist dank CAE-Verfahren mit wenigen Mausklicks, aber durchaus aufwendigen Neuberechnungen möglich.

Hunderte Aerodynamik-Konfigurationen im Computer getestet

Bei der Entwicklung der Aerodynamik des I.D. R Pikes Peak kam eine weitere rechnerbasierte Technologie zum Einsatz, die sogenannte Computational Fluid Dynamics (CFD, ein Teil des Computer-Aided Engineering), zu Deutsch numerische Strömungsmechanik. Dabei berechnete das Computerprogramm, wie sich selbst kleinste Veränderungen an der Karosserie und den Spoilern des I.D. R Pikes Peak auf den Widerstandsbeiwert, den Abtrieb oder auch die Anströmung von Kühlern auswirken. „Auf diese Weise haben wir Hunderte verschiedener Konfigurationen simuliert, bevor wir das erste Mal mit einem 1 : 2-Modell im Windkanal getestet haben“, blickt Ahrenholz zurück.

Spannend war für den Leiter der Abteilung Simulation/Berechnung bei Volkswagen Motorsport und seine Mannschaft der Moment, als der I.D. R Pikes Peak zum ersten Testeinsatz auf der originalen Rennstrecke im US-Bundesstaat Colorado aus dem Fahrerlager rollte. „Eine gewisse Restunsicherheit ist bei einem Rennfahrzeug, das komplett neu konstruiert wurde, immer dabei“, sagt Ahrenholz.

Quelle: Volkswagen AG


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