Echtzeit Co-Simulation
Die virtuelle Systementwicklung (engl.:“frontloading”) wird für eine Vielzahl von Industriezweigen immer wichtiger. Hierdurch lassen sich die Entwicklungsdauer, der Kostenaufwand und Produkteinführungszeiten reduzieren. Ein vielversprechender Ansatz für eine interoperable, modulare Entwicklung wird durch die Co-Simulation in Zusammenhang mit Echtzeitsystemen ermöglicht.
Die Vernetzung und Integration der Echtzeitsysteme in einer virtuellen Umgebung (speziell bei Systemen bestehend aus HiL Systemen und Simulationen) erfordert jedoch weiterhin signifikante Aufwände. Die Forschungsarbeiten an der Cosimulation adressieren Kombination mehrerer Simulationswerkzeuge und den echtzeitfähigen Austausch mit realen Komponenten. Durch die Anbindung der Prüfstandseinrichtungen des CMP an detaillierten Simulationen des Fahrzeugumfeldes können Wechselwirkungen mit dem Verkehrsszenario realistisch abgebildet werden. Hierdurch lassen sich realitätsnahe Testszenarien umsetzen welche zu einer frühen Zeitpunkt der Entwicklung Rückschlüsse auf das Verhalten des Gesamtsystems Antriebsstrang erlauben.
Die Vorarbeiten sind weiterhin Basis für die Antragstellung des ACOSAR Projektes gewesen, welches eine Schnittstelle für die Integration von RT-Systemen und die entsprechende Integrationsmethodik zum Ziel hat. Die Arbeiten können hierbei einen wesentlichen Beitrag zur internationalen Standardisierung liefern (vgl. FMI). Die Ergebnisse von ACOSAR werden zu einem kürzeren, deutlich flexibleren und hierbei modularen Systementwicklungsprozess für zahlreiche Industriezweige führen und die Etablierung neuer Geschäftsmodelle ermöglichen.
Systemische Untersuchungen am Antriebsstrang
Neben der Weiterentwicklung einzelner Komponenten im Antriebsstrang, wie etwa Batterien, Getriebe, effizienteren Elektromotoren, Leistungselektronik und Speichersysteme sowie zukünftigen Verbrennungsmotoren liegt die gemeinsame Integration der einzelnen Komponenten in den modernen Antriebsträngen im Fokus der Untersuchungen. Im Gegensatz zu den konventionellen Ansätzen, welche meist die isolierte Betrachtung von Einzelkomponenten oder Teilsystemen durchführen, können am CMP frühzeitig im Entwicklungsprozess Untersuchungen des -teilweise virtuellen- Gesamtsystems erfolgen.
Echtzeitfähige Prüfstandsvernetzung
Alle Laboreinrichtungen sind über echtzeitfähige Bussysteme vernetzt. Auf diese Weise können die einzelnen Labore, ergänzt durch Simulation, gleichzeitig im Gesamtsystem unter Berücksichtigung der Einbindung in das Hochspannungsnetz betrieben werden („Powertrain-in-the-Loop“, „In-the-Loop-House“). Die echtzeitvernetzten Prüflabore erlauben die bidirektionale Datenübertragung von Informationen zu mechanischen, thermischen und elektrischen Lasten („In-the-Loop-Testing“). Es können so realistische Betriebsbedingungen und damit eine Transferierbarkeit der Forschungsergebnisse in eine spätere Anwendung sichergestellt werden. Neue Systeme können unter definierten und realitätsnahen Randbedingungen getestet werden, auch wenn das Gesamtsystem noch nicht existiert. Simulierte, virtuelle Komponenten des Antriebsstrangs werden in die Prüfstands-Infrastruktur integriert. Der Austausch von Informationen zwischen einzelnen Prüfständen in Echtzeit erlaubt den Test im Systemverbund in der Kombination aus realen und virtuellen Komponenten.
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Projekte
ACOSAR
Co-Simulation ist ein etabliertes Werkzeug im Entwicklungsprozess und unterstützt die frühzeitige Festlegung von Schwerpunkten und Designzielen. Im „ACOSAR“ Projekt wird ein neues, standardisiertes Interface für die Übertragung dieses modularen Ansatzes auf die Echtzeit-Domäne entwickelt.
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Hy-Nets
Vernetzte Fahrzeuge und eine intelligente, kommunizierende Verkehrsinfrastruktur eröffnen ein hohes Potential zur Steigerung der Effizienz automobiler Antriebe. In dem Forschungsprojekt „Hy-Nets“ wird ein neuer Ansatz zur Echtzeitkopplung von Prüfständen mit komplexen Verkehrsszenarien unter Berücksichtigung von car2car Kommunikation entwickelt.
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IMPERIUM
Die Kraftstoffeffizienz ist ein Schlüsselaspekt um die Betriebskosten zu verringern und damit die Wettbewerbsfähigkeit eines Fahrzeugkonzeptes zu erhöhen. Unter der Projektleitung durch die AVL wird bei „IMPERIUM“ das Projektziel verfolgt, eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs um 20% (bezogen auf Diesel und UREA) zu erreichen, wobei die Emissionen selbstverständlich unterhalb des gesetzlichen Limits verbleiben.
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ConneCDT
In diesem Projektvorhaben wird eine Software für die echtzeitfähige Emissionsvorhersage basierend auf detailierter Chemie in einer innovativen Hardware-in-the-Loop Umgebung erarbeitet. Um eine schnelle und genaue Vorhersage von Partikelemissionen zu ermöglichen, wird ein Rußmodell für die tabulierte Chemie entwickelt. Ziel ist dabei, die Emissionsbildung echtzeitfähig unter allen Betriebsbedingungen berechnen zu können. Das Verbrennungsmodell wird eine Co-Simulation zur vollständigen Antriebsstrangsimulation integriert. Hierzu wird die eine Functional-Mockup-Interface Schnittstelle entwickelt. Schließlich werden die Modelle in einer Hardware-in-the-Loop Umgebung mit einem realen Steuergerät in definierten Testfällen validiert.
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Publikationen
Electric-Motor-in-the-Loop: Efficient Testing and Calibration of Hybrid Power Trains
Virtual Transmission Evaluation using an Engine-in-the-Loop Test Facility
Virtual 48V Mild Hybridization: Efficient Validation by Engine-in-the-Loop
Crank Angle Resolved Real-Time Engine Modeling for HiL Based Component Testing
Engine in the Loop: Closed Loop Test Bench Control with Real-Time Simulation
Virtual shaft: Synchronized motion control for real time testing of automotive powertrains