Automobile werden sich zukünftig wie rollende Computer verhalten, die mit ihrer Umwelt, mit anderen Fahrzeugen, sowie der Infrastruktur und dem Internet vernetzt sind. Digitalisierte Städte oder Smart Cities werden Verkehrsleitsysteme zur Verfügung stellen, die aktuelle Fahrzeugdaten in Echtzeit auswerten, Verkehrsströme dirigieren und entflechten und Unfälle oder Hindernisse unverzüglich melden. Dies ermöglicht eine effektive Verkehrsplanung mit Weitblick. Die ersten Schritte in diese Richtung wurden bereits unternommen, so dass man schon heute Echtzeit-Verkehrsdaten im Internet abfragen kann (Beispiel: Google Maps).
Diese Form der Vernetzung basiert auf drahtloser Kommunikation über die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen. Doch diese sogenannte Wireless Technologie kann noch mehr, denkt man beispielsweise an die Qi-Technologie der induktiven Energieübertragung, mit der Smartphones geladen werden können. Auch bei Batterien von Elektrofahrzeugen ist dies möglich – ganz einfach kabellos an der Ampel oder auf dem Parkplatz.
Simulation befeuert die intelligente Vernetzung
Grundlage für die intelligente Vernetzung ist in allen Anwendungsfeldern der permanente und omnipräsente Zugriff auf drahtlose Kommunikationsnetzwerke sowie die Aktualität und Verlässlichkeit der Daten. Um die Entwicklungen von Vehicle-to-Vehicle (V2V) und Vehicle-to-Infrastructure (V2I) Kommunikationen weiter voranzutreiben, ist nicht nur die Erhebung und Zurverfügungstellung der Daten essentiell, sondern auch die Analyse und Optimierung neuer Systeme mithilfe von Simulation.
CST, ein in Darmstadt ansässiges Unternehmen, das seit Kurzem zu Dassault Systèmes gehört, entwickelt Software für die Simulation elektromagnetischer Anwendungen, mit der sich unter anderem Antennen designen und optimieren lassen. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen so grafisch dargestellt werden kann und dadurch potentielle Störeinflüsse zwischen elektronischen Systemen bereits in einer frühen Designphase erkennbar sind. Ohne Simulation ist die kostengünstige und effiziente Entwicklung von elektronischen Komponenten für zuverlässige Datenverbindungen heute kaum mehr denkbar. Simulation ist somit eine treibende Kraft zukünftiger innovativer Verkehrskonzepte.
Auf den Schirm bitte…
Mehr noch, autonomes Fahren setzt voraus, dass ein Fahrzeug jederzeit ein genaues Bild seiner Umgebung zur Verfügung gestellt bekommt, um selbst entscheiden zu können, wie es sich der aktuellen Verkehrssituation anzupassen hat. So soll zum Beispiel der Abstand zweier hintereinanderfahrender Fahrzeuge so geregelt werden, dass einerseits genug Bremsweg zur Verfügung steht, um die Sicherheit der Insassen zu gewährleistet, aber andererseits der Verkehrsfluss durch zu große Abstände und zu geringe Geschwindigkeit nicht beeinträchtig wird. Um dies zu gewährleisten, müssen die Abstände zwischen den Fahrzeugen und zu anderen Objekten mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Hierfür werden Systeme wie Lidar oder Radar verwendet.
Anders als im Einsatz auf Schiffen oder Flughäfen sollen Radarsysteme unauffällig im Fahrzeug verbaut werden und die Winkelberechnung nicht über sich drehende Antennen, sondern über sogenannte Phased Arrays erfolgen. Deren Vorteil besteht in der stark gebündelten Aussendung von elektromagnetischen Wellen, wodurch die Einfallsrichtung der reflektierten Strahlung sehr präzise bestimmt werden kann. Dies wiederum ermöglich die exakte lokale Bestimmung vorausfahrender Fahrzeuge oder potentieller Hindernisse. Die Kombination mit einer Phasensteuerung ermöglicht das Abtasten weiter Winkelbereiche so dass ein detailliertes Bild der Umgebung erfasst werden kann.
Aufgrund der hohen Komplexität und der Sicherheitsanforderungen ist eine Realisierung solcher Systeme ohne elektromagnetische Simulation nicht denkbar. Mit CST®STUDIO SUITE® können die erforderlichen Antennen designt, Abstrahleigenschaften analysiert, Einflüsse der Fahrzeugkarosserie auf die elektromagnetischen Wellen vorhergesagt und Abweichungen aufgrund unterschiedlicher Materialien berechnet werden. Damit steht dem Antennenentwicklungsingenieur ein mächtiges und wertvolles Werkzeug zur Verfügung, mit denen er solche Systeme optimieren kann.
Die Entwicklungen gehen rasant
Wann es soweit ist, dass unsere Straßen von vollautomatischen, autonomen Fahrzeugen bevölkert werden, steht noch nicht fest. Dass diese Systeme in Zukunft zum Einsatz kommen werden ist jedoch sicher. Die Entwicklungen schreiten jedenfalls rasant voran. Wir haben uns alle schon lange daran gewöhnt, dass unsere Navigationsgeräte per GPS mit Satellitendaten gefüttert werden und dass wir unser Mobiltelefon über Bluetooth mit der Freisprechanlage verbinden. Dies waren die ersten Vorboten des Internet of Things (IoT) und viele weitere Systeme werden folgen. Definitiv.
Mit CST hat Dassault Systèmes eine Schlüsseltechnologie für die Analyse elektromagnetischer Wellen und Geräte in sein SIMULIA Portfolio aufgenommen – ein wichtiger Beitrag zum Trendthema Smart City, bei dem Dassault Systèmes sich als einer der führenden Lösungsanbieter positioniert.
Weiterführende Informationen:
Falls sie mehr Interesse an der elektromagnetischen Simulation von drahtlosen Ladetechniken für Automobile haben finden Sie hier ein technisch sehr detailliertes Webinar.
Ein Webinar über Antennen für verschiedene Anwendungen im Bereich Automotive finden Sie hier.
Und hier dreht es sich speziell um das Thema Automotive Radar aus elektromagnetischer Simulationssicht.
