Verbesserung der Seitenscheibensicht mit PowerFLOW
Aktualisiert: 6. Sept.
Wenn ein Fahrzeug bei nassen Bedingungen verzögert, verschlechtert sich häufig die Sicht durch die Seitenscheiben, da sich Regenwasser, Sprühnebel und Straßenschmutz ansammeln. Dieser als „Compliant Soiling“ bezeichnete Effekt stellt ein Sicherheitsrisiko für Fahrer dar und ist zugleich eine komplexe Herausforderung für Entwicklungsteams in der Automobilindustrie. Mit SIMULIA PowerFLOW können Ingenieure dieses Phänomen unter realistischen Bremsbedingungen simulieren und wirksame Strategien entwickeln, um Sichtbeeinträchtigungen zu reduzieren.
Die Herausforderung des Kunden verstehen
Ein PowerFLOW-Kunde wandte sich aufgrund von Beschwerden seiner Endanwender an Dassault Systèmes: Die Sicht durch die Seitenscheiben verschlechterte sich beim Bremsen rapide, insbesondere bei Regen. Beim Abbremsen aus hohen Geschwindigkeiten entstanden für die Fahrer gefährliche Sichtbehinderungen, da sich Wasser und Schmutz auf den Seitenscheiben ansammelten.
Die Ursache lag in der Veränderung der Strömungsdynamik. Bei hohen Geschwindigkeiten sorgt die turbulente Luftströmung dafür, dass Feuchtigkeit und Schmutzpartikel von der Oberfläche wegtransportiert werden. Verlangsamt das Fahrzeug jedoch, nimmt die Luftströmung ab, sodass sich mehr Verunreinigungen auf den Scheiben ablagern können.
Simulation realistischen Bremsverhaltens
Zur Untersuchung dieses Effekts entwickelte das Simulationsteam eine Soiling-Methode mit variabler Geschwindigkeit, bei der statische Testfälle durch dynamische Bremsbedingungen ersetzt wurden. Mithilfe eines nicht-inertialen Bezugssystems und vorgelagerter Turbulenz konnte die Simulation realistisch abbilden, wie sich Verunreinigungen ansammeln, wenn die aerodynamischen Kräfte während der Verzögerung abnehmen.
Dieser transiente, hochpräzise Simulationsansatz zeigte, wie schnell Seitenscheiben unter realen Fahrbedingungen anfällig für Verunreinigungen werden können.
Wichtige Simulationsparameter
Um realistische Ergebnisse zu erzielen, umfasste die Simulationsumgebung detaillierte Eingabeparameter, die den physikalischen Bedingungen entsprachen:
Regenmodellierung
Regenemitter an der Fahrzeugfront, auf der Oberseite und auf der Fahrerseite
Niederschlagsintensität von 17 mm/h (Starkregen)
Tropfendurchmesser von 0,3 mm
Modelle für Aufprall, Tropfenzerfall und Filmbildung zur Abbildung des Verhaltens von Regenwasser
Erzeugung von Reifensprühnebel
Die Vorderreifen erzeugten Straßensprühnebel in Abhängigkeit von Geschwindigkeit, Wasserstand und Reifenbreite
Partikelgröße von 0,165 mm zur Simulation von feinem Sprühnebel
Scheibenwischerfunktion
Eingestellt auf 0,5 Wischzyklen pro Sekunde
Wischwinkel von 97° zur realistischen Abbildung der Wischbewegung
Durch die Kombination dieser Elemente konnte die Simulation die Ansammlung von Feuchtigkeit, die Partikelbewegung und das Verhalten des Flüssigkeitsfilms auf der Scheibe mit hoher Genauigkeit erfassen.
Erkenntnisse für die Konstruktion und Optimierungsstrategien
Die Simulation zeigte konkrete Problembereiche auf und half dabei, umsetzbare Konstruktionsänderungen zur Reduzierung der Verschmutzung der Seitenscheiben zu definieren. Zu den wichtigsten Erkenntnissen gehörten:
Aerodynamische Optimierungen
Eine gleichmäßigere Strömung um Außenspiegel und Seitenscheiben reduzierte turbulente Bereiche, in denen sich Feuchtigkeit ansammelt
Optimierung des Scheibenwischersystems
Anpassungen der Wischfrequenz und des Wischbereichs verbesserten die Entfernung von Verunreinigungen bei unterschiedlichen Niederschlagsbedingungen
Management von Reifensprühnebel
Reifenprofilgestaltung und Deflektoren reduzierten die Menge an Straßensprühnebel, die die Scheibenoberfläche erreicht
Ausgaben wie Flüssigkeitsfilmdickenkarten nach vier Sekunden, Geschwindigkeitsfelder in Y-Schnitten und Strömungsdarstellungen aus der Draufsicht dienten zur Validierung der Simulation und unterstützten diese Empfehlungen.
Fazit
Compliant Soiling ist mehr als nur ein optisches Problem. Es beeinträchtigt die Sicherheit des Fahrers, insbesondere bei ungünstigen Wetterbedingungen. Durch den Einsatz fortschrittlicher Simulationstechniken in PowerFLOW können Automobilingenieure das Verschmutzungsverhalten während Bremsvorgängen vorhersagen und gezielt beeinflussen. Der Ansatz mit variabler Geschwindigkeit ermöglicht es Entwicklungsteams, effektivere Scheibenwischersysteme, optimierte Aerodynamik und sauberere Scheiben zu entwickeln, noch bevor physische Tests beginnen.
Bessere Sicht bedeutet mehr Sicherheit. PowerFLOW trägt dazu bei, dies zu ermöglichen.
Danksagung: Dieser Artikel basiert auf der Präsentation „EST Soiling Performance – a variable speed study“ von Dassault Systèmes.
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