Hardware-in-the-Loop (HiL)-Tests und Parameteridentifikation von Powerpacks und Elektromotoren
Prüfstandsaufbau und Prozesse
Zur Sicherstellung einer realitätsgetreuen Testumgebung wurden besondere Anforderungen an eine hochdynamische Aktorik und Sensorik sowie an ein innovatives und leistungsfähiges Regelungskonzept gelegt. Der modulare und flexible Aufbau der Software ermöglicht ein außergewöhnlich breites Anwendungsspektrum für
- individuelle Erweiterungen,
- von störenden Umgebungseinflüssen befreite Untersuchung des Prüflings sowie eine
- einfache Integration in die Kundensoftware und Prozesse.
Testautomatisierungen und automatisierte Prozesse wie Initialisierungen sind einfach durchzuführen, es bedarf keiner zusätzlichen Bediensoftware.
Prüfstandsregelung
Die Prüfstandssteuerung und -regelung wird in der Regel auf einem modularen dSPACE-System ausgeführt. Dieses wird über eine offene und erweiterbare MATLAB/Simulink-Entwicklungsumgebung angesteuert, welche u. a. zur Implementierung individueller Prüfabläufe und HiL-Modelle oder zur Anbindung an eine Gesamtfahrzeugsimulation genutzt werden kann. Das dargestellte Übertragungsverhalten zeigt, dass sich das Eigenverhalten des Prüfstands nicht negativ auf die Testergebnisse auswirkt.
Besondere Merkmale der Prüfstandsregelung:
- Drehmoment-, Geschwindigkeits- oder Lageregler je nach Anwendungsfall
- optimale Zustandsregelung mit Störgrößenbeobachtung und Kompensation
- Kompensation nichtlinearer Effekte (z. B. die Drehmomentwelligkeit des Lastaktors)
- Bandbreite von bis zu mehreren hundert Hertz im Kleinsignalverhalten
- präzise Einstellung der Sollgrößen am Prüfling
- sehr gute Störunterdrückung
Realitätsgetreue HiL-Tests von Powerpacks
Im Hardware-in-the-Loop (HiL)-Betrieb dient der Prüfstand als realitätsgetreue Testumgebung für Powerpacks. Hierbei wird die im realen System auf den Prüfling wirkende Mechanik durch ein geeignetes Simulationsmodell ersetzt. Die berechneten Lasten an der Prüflingswelle werden durch den hochdynamischen Lastaktor in gleicher Weise wie durch die reale Mechanik aufgebracht. Das Prüfstandskonzept ist auf alle Systeme mit elektrischem Antrieb nahezu im gesamten Produktentstehungsprozess anwendbar. Es lässt sich sowohl für prototypische Komponenten in einer frühen Entwicklungsphase, als auch für die Untersuchung von Serienkomponenten nutzen. Es werden Tests mit einer Güte ermöglicht, wie sie mit konventionellen Prüfständen nicht realisierbar sind.
Parameteridentifikation / Modellvalidierung
Neben dem HiL-Betrieb bietet der Prüfstand und die dazugehörige Software eine Vielzahl weiterer Möglichkeiten zur Untersuchung des Prüflings:
Bestimmung von mechanischen Parametern und Drehmoment-Kennlinien
Über eine statistisch abgesicherte vollautomatisierte Versuchsdurchführung und -auswertung können die mechanischen Parameter eines Prüflings wie die
- Massenträgheit und die
- Reibung
sehr genau bestimmt werden. Ebenfalls automatisiert lassen sich darüber hinaus Drehmoment-Kennlinien ohne störende Prüfstandsschwingungen ermitteln.
Betriebspunktabhängiges Übertragungsverhalten
Der Prüfstand ermöglicht die Bestimmung des Führungsübertragungsverhaltens der Drehmoment- bzw. Stromregelung in unterschiedlichen Betriebspunkten (Drehzahl und Drehmoment). Hierzu wird das Sollmoment additiv mit einem Anregungssignal mit breitem Frequenzband beaufschlagt und das Luftspaltmoment mit Hilfe eines eigens entwickelten virtuellen Sensors bestimmt. Dies ermöglicht die Berechnung der Amplituden- und Phasengänge, welche z.B. in der Entwicklung und Parametrierung eines Modells genutzt werden können.
Betriebspunktabhängige Untersuchung der Drehmomentenwelligkeit
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist die Untersuchung der Drehmomentwelligkeit des Prüflings in unterschiedlichen Betriebspunkten (Drehzahl und Drehmoment) über den gesamten Drehzahlbereich. Durch die Verwendung des eigens entwickelten virtuellen Sensors für das Luftspaltmoment wird die genaue Bestimmung der Drehmomentwelligkeit auch bei vergleichsweise hohen Drehzahlen ermöglicht. Damit qualifiziert sich der Prüfstand für die Entwicklung und Validierung von Kompensationsalgorithmen für die Drehmomentwelligkeit.
Prüfstände für Steer-by-Wire Systeme
Die Prüfstände für Steer-by-Wire (SbW)-Systeme werden für das Testen von Aktuatoren für das Fahrerhandmoment (HWA) und von Aktuator Powerpacks für das Moment zur Auslenkung der Räder (RWA) eingesetzt. Ein SbW-Prüfstand besteht aus zwei Power Pack Prüfständen mit einer Main Unit oder aus einem kombinierten Prüfstand für RWA Power Pack und HWA. Die Koordination der HiL-Tests zweier Prüflinge, integriert in ein Fahrzeugmodell samt Sensor Emulation, lässt sich aufgrund des modularen Aufbaus und der automatisierten Prozesse leicht durchführen.
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