IntroImage E325-04 Schwerpunkt 4

© E325

Mechatronisch emulierte Realität

Power Hardware in the Loop (PHiL)

Fahrzeuge - vor allem ihre Antriebssysteme - werden immer komplexer und vernetzter, wohingegen zeitliche Entwicklungszyklen kürzer werden. Die Zahl hochvernetzter Komponenten und komplexer Steuerungseinheiten nimmt zu, damit sowohl Sicherheit, Treibstoffeffizienz sowie das Fahrverhalten verbessert werden können. Um Qualität und Kosteneffizienz zu gewährleisten, werden dazu PHiL-Prüfstände in frühen Entwicklungsstadien genutzt. Sie werden eingesetzt, um die Interaktion unterschiedlicher, realer und virtueller Subsysteme mit höchst realistischen und reproduzierbaren Testschemata zu entwickeln, zu kalibrieren und zu testen.

In einem PHiL-System wird eine reale Komponente, die einen Test durchläuft, mit dynamischen Simulationsmodellen verbunden. Die Interaktion zwischen dem realen System und der virtuellen Simulationsumgebung (VSE) wird durch das PHiL-Interface hergestellt. Ein schwierige Herausforderung bei PHiL-Systemen ist, dass die Abläufe so nahe an der Realität wie möglich bzw. so genau wie möglich sein müssen, um in Folge bei der weiteren Entscheidungsfindung im Entwicklungsprozess verlässlich sein zu können.

Reduktion unerwünschter Schwingungen

In einem PHiL-System kann es zu unerwünschten Schwingungen oder auch zu Instabilität kommen. Diese Effekte können durch die Interaktion des VSE mit dem realen Prüfstand (RTB) zustande kommen. Dazu zählen unvollständige Messungen, verrauschte Signale oder numerisch steife Modelle. Daher spielt das Interface eine entscheidende Rolle für die Stabilität und die Genauigkeit eines PHiL-Systems. Um nachteilige Auswirkungen zu reduzieren, entwickelte unsere Forschungsgruppe eine Interface-Methodologie für einen PHiL-Anstriebsstrang-Prüfstand. Dabei wird die Methodologie dazu genutzt, das Verhalten des VSE zu prognostizieren und zu optimieren, indem das gemessene Signal vom Prüfstand moduliert wird, bevor es dann zum VSE übertragen wird.

Modellbasierte Interface-Methodologie

Auf einem Anstriebsstrang-Prüfstand werden reale Halbwellen-Drehmomente gemessen und zum Antrieb virtueller Räder und ihrer Reifen verwendet. Deshalb sind das Rad und sein Reifen eine gute Wahl für ein Interface-Modell, denn so können Schwingungen vorhergesagt werden. Schwingungen in der Drehzahl des Reifens können reguliert werden, indem ihre zweite Ableitung (der Ruck) effektiv reduziert wird. Deshalb wird in der Interface-Methodologie eine berichtigende Drehzahl hinzugefügt, welche die Ruckwirkung reduziert. Diese optimierte Drehzahl wird dann in das VSE eingespeist. Die Bestimmung der berichtigenden Drehzahl basiert auf einer prädiktiven „Receding Horizon“-Optimierung. Die Straffunktion minimiert den Ruck, während sowohl der Drehimpuls als auch die mechanische Arbeit, die vom korrigierenden Drehmoment eingeführt werden, garantiert bei null liegen.

Bild E325-04 Schwerpunkt 4

© E325

Bild E325-04 Schwerpunkt 4

© E325

Projekte zu diesem Schwerpunkt

Projekt A

Kontakt

TU Wien

Institut für Mechanik und Mechatronik

Forschungsbereich Regelungstechnik und Prozessautomatisierung

Getreidemarkt 9 / E325-04 / 6. Stock

1060 Wien

E-mail an Sekretariat

Lage und Anreise

Publikation

S. Jakubek, E. Luchini, A. Oberhummer, F. Pfister
 "A model-based interfacing concept for accurate power hardware-in-the-loop systems." Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems 22.1 (2016): 1-20.