Extended Reality Augmented Reality verleiht Sportwagen Flügel

Ein Gastbeitrag von Florian Haspinger*

Vier Münchner Studenten wollen die Fahrleistung künftiger Sportwagen mit einem neuartigen Heckflügelsystem verbessern. In der Prototypenentwicklung setzen sie dabei auf Augmented Reality (AR). Hier geben sie einen Einblick in ihr Projekt.

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Das Projektteam begann seine Arbeit mit gängigen CAD-Programmen, sah sich dann aber nach einer AR-Lösung um, was für ein besseres räumliches Verständnis des gesamten Moduls sorgen sollte.
Das Projektteam begann seine Arbeit mit gängigen CAD-Programmen, sah sich dann aber nach einer AR-Lösung um, was für ein besseres räumliches Verständnis des gesamten Moduls sorgen sollte.
(Bild: Eaglewing)

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 haben ein adaptives Heckflügelsystem für Hochleistungsfahrzeuge entwickelt. „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“, erzählt Andreas Weber, Leiter des Projekts.

Ein Heckflügel für jede Fahrsituation

Der Abtrieb eines Flügels wird durch seine geometrische Beschaffenheit, dem Anstellwinkel und der Anströmgeschwindigkeit generiert. In Konflikt stehen dabei stets der horizontal wirkende Luftwiderstand, der möglichst minimal sein sollte, mit der vertikal nach unten gerichteten Abtriebskraft, die wiederum größtmögliche Wirkkraft haben sollte. Somit besteht in der Entwicklung eines adaptiven Bauteils die Aufgabe, diesen Konflikt für alle auftretenden Fahrsituationen optimal zu lösen und den Flügel entsprechend zu modellieren.

„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.“

CAD-Modelle in AR visualisieren

Auf der Suche nach Lösungen wurden die vier Studenten auf Holo-Light aufmerksam. Das auf Augmented und Virtual Reality spezialisierte Unternehmen hat mit AR3S, was für Augmented Reality Engineering Space steht, ein immersives Arbeits- und Kommunikationstool für Ingenieure entwickelt, das auch bei globalen Automobilherstellern wie BMW in der Prototypenentwicklung im Einsatz ist. Mit der AR-Software lassen sich über eine AR-Brille wie Microsofts Hololens 2 CAD-Daten als Hologramme in realer Umgebung visualisieren und kollaborativ bearbeiten.

Die Ingenieure bedienten sich einer AR-Software, die beispielsweise auch bei BMW in der Prototypenentwicklung genutzt wird.
Die Ingenieure bedienten sich einer AR-Software, die beispielsweise auch bei BMW in der Prototypenentwicklung genutzt wird.
(Bild: Eaglewing)

„In Augmented Reality konnten wir erstmals unsere Entwicklung in Realgröße betrachten. Hier sind uns auch sofort Komponenten aufgefallen, die wir noch anpassen mussten“, sagt Christian Schlamp, Konstruktionsverantwortlicher bei Eaglewing. „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. Komponenten konnten so bereits in früher Entwurfsphase wesentlich besser aufeinander abgestimmt werden.

Mit AR Fehler vor der Fertigung vermeiden

Der nächste Schritt ist die physische Realisierung und Inbetriebnahme eines Prototyps. 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 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. „Man muss also kein Großkonzern sein, um von Augmented Reality profitieren zu können.“

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Der Weg zur Serie

Bereits im Mai letzten Jahres haben die vier Studenten ihr adaptives Heckflügelsystem zum Patent angemeldet. Um einen realen Fahrzeugeinsatz des Systems zu ermöglichen, sind aber durchaus noch fortschreitende Entwicklungen und Untersuchungen 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.

Erste Simulationen 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.

* Florian Haspinger ist CEO und Mitgründer von Holo-Light, ein auf immersive Technologien spezialisiertes Unternehmen.

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