Fahrzeug-Aerodynamik
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Aerodynamik der Rennwägen: Ein Blick auf die IT-Ausrüstung der F1-Entwicklungsabteilung von Toyota.

Berechnung der Aerodynamik

Fahrzeug-Aerodynamik

Ohne Rechenpower würde sich in der Königsklasse des Motorsports nur wenig bewegen: Server berechnen die Aerodynamik der Rennwagen und simulieren ganze Rennen, bevor Mechaniker auch nur an einer Schraube drehen. PC Professionell wirft einen Blick auf die IT-Ausrüstung der F1-Entwicklungsabteilung von Toyota.

Intel ist in der Formel-1-Saison 2005 nicht nur mit seinem Logo auf dem Heckflügel des Toyota TF 105 präsent. Intel-CPUs sind auch direkt beim Entwurf dieses Boliden beteiligt. Denn Toyota setzt in seiner Kölner Entwicklungsabteilung 150 Itanium-basierte Dual-Prozessor-Server ein. Diese dienen der Berechnung aerodynamischer Komponenten und der Simulation kompletter Rennen auf Motorenprüfständen. Und dies, betont Toyota-IT-Manager Elmar Hübner gegenüber PC Professionell, »schon bevor Intel als Sponsor einstieg.« Zuvor kamen IBM-Power-Prozessoren zum Einsatz. Der Wechsel zur Intel-Technik hatte einen simplen Grund: »Wegen mangelnder Rechenleistung mussten wir weg von der IBM-CPU«, so Hübner.

Der Erfolg gibt ihm Recht: Benötigte Toyota vor knapp drei Jahren noch rund 170 Stunden für die Berechnung der Fahrzeug-Aerodynamik, so genügen heute zwölf Stunden. Erhöht hat sich dagegen die Datenmenge: 2002 konnte pro virtuellem Testlauf nur ein Viertel des Chassis berechnet werden, heute das komplette Fahrzeug.

Numerische Strömungsmechanik

Wie ein virtuelles Testmodell für die Analyse von Abtrieb und Luftwiderstand entsteht, zeigt die Grafik oben: Zuerst wird das Bauteil gezeichnet (1), im Beispiel der mittlere Teil eines Heckflügels. Über das Modell legen die Techniker ein 3D-Gitter (2). Der Itanium-Cluster visualisiert für jede der Gitterzellen die Luftströmung (3). Dass die einzelnen Zellen an den Spitzen des Flügels immer kleiner werden, kommt nicht von ungefähr: In diesem Bereich zeigt sich die Effizienz des Bauteils, hier wird der Abtrieb produziert und hier sind selbst einem realen Test im Windkanal Grenzen gesetzt. »Wir können nur prüfen, ob ein Flügel funktioniert oder nicht. Warum, muss uns der Computer sagen«, erklärt der Leiter der Windkanal-Abteilung.


An der Decke fahren

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Die Leistungsfähigkeit eines solchen Rechenclusters wird bestimmt durch die Anzahl der 3D-Gitterzellen, die er berechnen kann. Bei Toyota liegt diese derzeit bei rund 7,5 Millionen die genaue Zahl ist das streng gehütete Betriebsgeheimnis eines jeden modernen F1-Teams.

Wie effizient eine solche CFD-Berechnung (Computational Fluid Dynamics, numerische Strömungsmechanik) ist, zeigt der Vergleich mit gemessenen Windkanal-Werten: Bei einem Gittermodell mit weniger als 7,5 Millionen Zellen (siehe Bild unten) berechnet der Computer statt Abtrieb sogar geringen Auftrieb den in der Formel 1 niemand gebrauchen kann. Mit der Itanium-Server-Architektur reichen die Ergebnisse bis auf drei Nachkommastellen an die im Windkanal gemessenen Werte heran.

Kurios: Dank der effizienten Aerodynamik erreicht ein moderner Formel-1-Bolide einen maximalen Abtrieb von fast einer Tonne da er selbst nur 600 Kilogramm wiegt, könnte er theoretisch auch an der Decke fahren.

AMD noch besser?

Eine Randnotiz: Klassenprimus Ferrari setzt bei der Aerodynamik-Berechnung und Rennsimulation auf Systeme des Intel-Konkurrenten AMD. Ob die F1-Konstrukteurs-Wertung der vergangenen Saison (Ferrari 262, Toyota 9 Punkte) die Leistungen der Serversysteme widerspiegelt, wird die Formel-1-Saison 2005 zeigen.