BHMS Game of the Year 2004 OFFIZIELLE SEITEN - OFFICIAL SITE Richard Burns, 2001 World Rally Champion
SIMULATION DES JAHRES 2004 RICHARD BURNS, 2001 WR CHAMPION
Eero Piitulainen
Eero Piitulainen
Leitender Physikprogrammierer
Warthog, Schweden
"Internal Affairs - Die Motorensimulation"
Entwicklungsbericht

Freie Übersetzung des Originaltextes von:
BH Motorsports
Als die Designteams von SCi und Warthog/Schweden das Konzept zu Richard Burns Rallye entwarfen, lag das vorrangige Ziel darin, die realistischste Rallyesimulation überhaupt zu entwickeln. Wir wollten dabei vom eher statischen Ansatz wegkommen, Motoren wie heutzutage üblich über vordefinierte Drehmomentkurven zu simulieren. Stattdessen wollten wir ein Motorenmodell entwickeln, welches so dynamisch auf die Vorgaben des Fahrers und die Umgebungsbedingungen reagiert, wie es in Wirklichkeit geschieht.
Ein präzises Simulationsmodel hat zudem große Vorteile, wenn es um die Reproduktion schädlicher Einflüsse geht. Verwendet man vordefinierte Drehmomentkurven, so gibt es hierfür keine guten Lösungen, wogegen unser Modell in direkter Abhängigkeit vom Zustand der jeweiligen Komponenten steht. Wenn beispielsweise der Turbolader einen Defekt aufweist, so resultiert daraus ein geringerer Einlassdruck und damit weniger Energie. Oder wir können Fehlzündungen simulieren, indem wir den Kraftstoff einfach nicht verbrennen lassen.

VERBRENNUNGSMOTOR IN DER REALITÄT
Der 4-Phasen-Zyklus (Viertakt) eines Ottomotors läuft in einem Zylinder ab wie folgt:
1. Phase: der Kolben (D) beginnt im oberen toten Punkt, dem "Top Dead Centre" (TDC), und das Einlassventil (A) ist geöffnet. Wenn der Kolben sich herunterbewegt, vergrößert sich das Zylinderinnenvolumen und das Luft/Brennstoffgemisch wird in den Zylinder gesogen.
2. Phase: der Kolben erreicht den unteren toten Punkt, dem "Bottom Dead Centre" (BDC), und das Einlassventil wird geschlossen. Danach bewegt sich der Kolben aufwärts und das Brennstoffgemisch wird komprimiert (Kompressionsphase).
3. Phase: an einem bestimmten Punkt wird das Gas gezündet und beginnt zu verbrennen, wobei Wärme frei wird und der Druck im Zylinder steigt. Dieser Prozess treibt den Kolben wieder nach unten (Expansionsphase).
4. Phase: gelangt der Kolben wieder am untersten Punkt (BDC) an, so wird das Auslassventil (B) geöffnet und die Abgase werden als Reste der Verbrennung mit der nächsten Aufwärtsbewegung aus dem Zylinder gedrückt.
Das Grundprinzip liegt darin, in der Expansionsphase einen höheren Druck im Zylinder bekommen als in der Kompressionsphase, und aus diesem Druckunterschied mechanische Kraft zu gewinnen, welche über die Pleuelstange (E) an die Kurbelwelle (C) weitergegeben wird.

VERBRENNUNGSMOTOR IN DER SIMULATION
Der 4-Phasen-Zyklus (Viertakt) läuft in der Simulation ab wie folgt:
1. Phase: während des Ansaugvorgangs sind mit konstanten Werten von Druck und die Temperatur gerechnet, welche festlegen, wie viel Luft und Brennstoff in den Zylinder gesogen werden.
2. Phase: das Einlassventil wird geschlossen. Der Winkel der Kurbelwelle verändert sich kontinuierlich, worauf sich Druck und Temperatur im Zylinder entsprechend berechnen lassen.
3. Phase: sobald die Zündung erfolgt, verbrennt in jedem Augenblick ein Teil des Brennstoffgemisches, wodurch sich fortgesetzt neue Werte für Druck und Temperatur ergeben. Diese Berechnungen werden fortgesetzt, bis der Brennstoff komplett verbrannt ist bzw. sich das Auslassventil öffnet.
4. Phase: nach dem Öffnen des Ablassventils wird wieder mit konstanten Werten von Druck und die Temperatur gerechnet, während die Abgase aus dem Zylinder gedrückt werden.
Für dieses Modell müssen Ansaugdruck und Auslassdruck festgelegt werden, und es muss bestimmt werden, wie viel Brennstoff während jedes Rechenintervalls verbrennt. Der Zylinderinnendruck während der Ansaugphase kann näherungsweise über den Umgebungsdruck und die Druckverluste in der Brennstoffzuführung berechnet werden, welche z.B. an der Drosselklappe und den Einlassventilen auftreten, wenn Teile des Gasflusses Schallgeschwindigkeit erreichen und die Strömungsrate damit nicht weiter steigen kann. Der Auslassdruck wird in ähnlicher Weise berechnet.
In unserem Modell berechnen wir also den Zylinderinnendruck während der gesamten Verbrennungsphase. Auf diese Weise erhält man präzise und ohne Umwege das resultierende Drehmoment.

VON DER BERECHNUNG ZUR DARSTELLUNG
Die detaillierten Berechnungen des physikalischen Simulationsmodells werden anschließend vom Fahrzeug-Darstellungssystem genutzt, um eine präzise bildliche Wiedergabe des jeweiligen Zustands zu erzeugen. Auch zum Beispiel die Temperaturen der Bremsscheiben werden so im physikalischen Simulationsmodell von der Oberfläche bis hin zum Mittelpunkt berechnet, worauf die Daten dann vom Darstellungssystem verwendet werden, um die Scheiben in der richtigen Farbe wiederzugeben. (Dieser Anspruch an Detail und Realismus findet sich übrigens nicht nur beim Motorenmodell, sondern beim ganzen Projekt, d.h. von der Fahrzeugrealisierung über den Streckenentwurf bis hin zur grafischen Umsetzung).
Wir haben also eine Motorensimulation, welche realistisch auf Einflüsse wie Umgebungs- Druck und Temperatur, die Art des Treibstoffes, das Zündtiming, den Öldruck und die Zylinderblocktemperatur reagiert (ja, wir haben sogar ein eigenes Kühlsystemmodell entwickelt).

- Ende des Artikels - weitere Insider-Artikel >>

topback to top Richard Burns Rally
© 2004 SCi Games Ltd (UK) & Ubi Soft (Germany)
Developers: Warthog (Sweden) & Richard Burns
All other trademarks belong to their respective owners
richardburnsrally.de
© 2004 Fiebach & Fischer
e-mail: webmaster
Imprint - Impressum