Vorgehensmodell zur Grundkonzeption eines Fahrzeugkonzepts und Entwicklung neuartiger kraftflussoptimierter Karosseriestrukturen für elektrifizierte Fahrzeuge (Procedure model for the basic conception of vehicle concepts and development of new body structures optimized for electrified vehicles)

Abstract

Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs ist nicht aufzuhalten, sowie die Tendenz zu hochautomatisierten Fahrzeugen und deren Auswirkung auf die Fahrzeuggestalt. In dieser Arbeit ist ein gesamtheitliches Vorgehensmodell zur Grobkonzeption und Karosserieentwicklung von elektrifizierten Fahrzeugen erarbeitet. Die Grobkonzeption startet mit der Definition der wichtigsten konzeptbestimmenden Parameter. Mit einer simulativen und geometrischen Grobkonzeption werden unterschiedliche Packages hergeleitet. Die bewerteten Packages werden der Fahrzeugkarosserie-Entwurfsphase übergeben. Hier werden mit unterschiedlichen Methodenbausteinen, wie einem Tool zur groben Lastpfadgenerierung, einer Methode zur Lastpfaduntersuchung mithilfe der Topologieoptimierung und einem Modell zur Erstellung eines Karosseriekonzeptionskastens mit Auswahlsystem Karosseriekonzepte abgeleitet. Mit einer Methode zur Werkstoff- und Fügetechnikvorauswahl wird das Karosseriekonzept komplementiert und anschließend virtuell erprobt. Die entwickelten Tools werden an den zwei Bauraumgrundformen Conversion und Purpose angewendet und erprobt. Ein Crashkonzept mit Trapezabsorbern aus Aluminium im Schwellerbereich zum Schutz der Batterie wurde entworfen und in drei Validierungslevels ist das Crashkonzept von Gesamtfahrzeug- (virtuell) über Komponentenversuche- bis zur Bodencrashmodul-Ebene erprobt. The electrification of the drive train is unstoppable, as is the tendency towards highly automated vehicles and their impact on vehicle design. In this thesis a holistic procedure model for the rough conception and body development of electrified vehicles is developed. The basic conception starts with the definition of the most important concept-defining parameters. Different packages are derived with a simulative and geometrical rough concept-tool. The evaluated packages are handed over to the vehicle body design phase. Here, different method modules, such as a tool for rough load path generation, a method for load path analysis using topology optimization, and a model for creating a body conception box are used to derive body in white concepts. The body concept is complemented with a method for preselecting materials and joining technology and then virtually tested. The tools developed are used and tested on the two basic forms conversion and purpose. A crash concept with trapezoidal absorbers made of aluminum in the sill area to protect the battery was designed and in three validation levels the crash concept from complete vehicle (virtual) through component tests to the floor crash module level was tested.