2 Powerpack-Prüfstand
Bild 1 zeigt einen Powerpack-Prüfstand der Fa. DMecS, der zur Erzeugung der Ergebnisse in Kapitel 5 eingesetzt wird. Das Konzept des Powerpack-Prüfstandes resultiert aus der langjährigen Erfahrung von DMecS bei der Entwicklung von EPS-Regelungen, sowie der Weiterentwicklung von Lenkungsprüfständen in diversen Industrieprojekten. Das Anwendungsspektrum des Prüfstandes erstreckt sich von der Systemidentifikation bis hin zu hochdynamischen HiL-Tests von elektrischen Antrieben. Konzeptionell ermöglicht der Prüfstand nicht nur HiL-Tests von Powerpacks aus EPS-Systemen, sondern kann auch zur Entwicklung von elektrischen Antrieben aus anderen Funktionseinheiten eines Fahrzeugs (elektrohydraulisches Bremssystem, Sitzverstellung, Radnabenmotoren, usw.) eingesetzt werden.
Die Funktionsweise des Prüfstandes im HiL-Test lässt sich anhand des Prüfstandsaufbaus erklären. Wie aus Bild 1 ersichtlich, sind die Lastmaschine sowie der EPS-Motor mit jeweils einer Kupplung über eine Sensoreinheit verbunden. Durch diese Verbindung ist es mit der Lastmaschine möglich, Schnittgrößen (Lage, Winkelgeschwindigkeit oder Moment) am EPS-Motor einzuprägen und dadurch die Nachbildung einer realen Betriebssituation im HiL-Test vorzunehmen.
Aus Bild 1 wird ferner deutlich, dass anstelle eines Powerpacks aus einem Fahrzeug ein Elektromotor vergleichbarer Größe und Leistungsfähigkeit als EPS-Motor verbaut ist. Da dieser Elektromotor nicht über eine integrierte EPS-Regelung verfügt, wird diese in der HiL-Anwendung (vgl. Bild 2) als Teil des Echtzeitsystems realisiert. Der Einsatz des EPS-Motors anstelle eines Powerpacks ist eine Besonderheit des Prüfstandsaufbaus aus Bild 1, die den Einsatzbereich des Prüfstandes über die Entwicklung und den Test von herstellerspezifischen EPS Funktionen hinaus erweitert.
2.1 Prüfstandregelung
Die Nachbildung der realen Betriebsumgebung des EPS-Motors wird durch eine hochdynamische Regelung der Lastmaschine des Powerpack-Prüfstands erreicht. Die hierzu verwendete Regelung wird als Prüfstandsregelung bezeichnet und stellt als Regelgröße eine Schnittgröße an der Welle des EPS-Motors ein. Als Schnittgröße wird, u.a. abhängig von der HiL-Anwendung, entweder die Lage, die Winkelgeschwindigkeit oder das Moment am EPS-Motor verwendet.
Neben einer hohen Regelungsbandbreite ist eine hohe Regelgenauigkeit erforderlich. Dies muss trotz Störungen wie Reibung, Drehmomentwelligkeit und Messrauschen realisiert werden. Etwaige Eigenschwingungen des Prüfstandssystems können durch die Prüfstandsregelung aktiv gedämpft werden.
Um diese Ziele zu erreichen, ist die Prüfstandsregelung als beobachterbasierter Zustandsregler [1] implementiert. Zudem wird die Regelgüte durch ein nichtlineares Modell zur Kompensation der Momentenwelligkeit der Lastmaschine verbessert.