Hardware-in-the-Loop-Umgebung zur mehrdimensionalen Achsprüfung und Fahrwerksauslegung

Die Hardware-in-the-Loop-Simulation (HiL-Simulation) ist eine bew?hrte Test- und Entwicklungsmethode für mechatronische Produkte, die insbesondere in der Automobilentwicklung eingesetzt wird. Die zu testende Teilkomponente eines Gesamtsystems wird real aufgebaut, von den restlichen Komponenten werden Modelle auf einem Echtzeitsystem simuliert, und über geeignete Schnittstellen werden die realen und die modellierten Teilsysteme miteinander gekoppelt, um das Gesamtsystem nachzubilden. Für eine realit?tsnahe Prüfung von Achsen unter mehrdimensionaler Anregung (6 Bewegungsfreiheitsgrade) k?nnen bis heute jedoch noch keine HiL-Umgebungen eingesetzt werden, da die Bandbreite der verwendeten Aktorik zu niedrig ist. Stattdessen werden in einem sehr zeitaufw?ndigen Einlernprozess geeignete Anregungssignale vorab ermittelt und dann als Vorsteuerung aufgeschaltet, was z. B. die Prüfung von Achsen mit aktiv geregelten Fahrwerksystemen ausschlie?t. Die Realisierung einer HiL-Testumgebung für ganze mechatronische Fahrzeugachsen erfordert einen Prüfstand, der eine mehrdimensionale, hochdynamische Belastung des Prüflings mit einer hohen Abbildungsgüte erm?glicht. Solch ein Prüfstand wurde mit der Unterstützung der DFG in der Fachgruppe des Antragstellers aufgebaut und zun?chst positionsgereglt ohne Achse in Betrieb genommen. Dieser Prüfstand stellt die Basis des beschriebenen Forschungsvorhabens dar und dient zur Validierung.

?bergeordnetes Ziel ist die Entwicklung eines multiaxialen Fahrzeugachsprüfstands zur HiL-basierten Erprobung und Auslegung von Achsen einschl. Fahrwerkregelsystem. Der Fokus liegt auf der systematischen Realisierung einer m?glichst realit?tsnahen HiL-Simulation für eine Vielzahl von Anregungsf?llen. Die gewonnenen Erkenntnisse des Forschungsvorhabens sollen so allgemein formuliert werden, dass sie sich auf andere Anwendungsf?lle übertragen lassen. Zur Erreichung des Gesamtziels wurden folgende Teilziele identifiziert:

1. Konzept und Struktur des HiL-Systems: Hier geht es um die Erarbeitung einer detaillierten systemtheoretischen Struktur des HiL-Systems (Teilsystem und ihre Schnittstellen). Eine Frage ist bspw., ob Kr?fte aus dem Fahrzeugmodell als Sollgr??en an die Achs-Anregungseinheit und gemessene Positionen an das Fahrzeugmodell zu übergeben sind oder umgekehrt.

2. Detaillierte Umgebungsmodelle: Die Umgebungsmodelle (R?der, Karosserie,...) müssen das Schwingungsverhalten ihrer realen Gegenstücke hinreichend gut abbilden. Hier ist zu kl?ren, welche Frequenzbereiche nachbildet werden müssen und wie die Modellierungstiefen zu w?hlen sind.

3. Regelung des HiL-Systems mit passiver und mit mechatronischer Achse: Angestrebt wird eine indirekte Kraftregelung des Hexapoden mittels exakter entkoppelnder Zustandslinearisierung, wie sie bereits für die Positionsregelung eingesetzt wird.

4. Vorgehensmodell: Das Vorgehen soll so verallgemeinert werden, dass es auf andere Anwendungsf?lle übertragbar ist.

DFG-Verfahren Sachbeihilfen