Virtuelle Verbindung, reale Ergebnisse

Vernetzte Prüfstände: „Virtuelle Welle“ erhöht die Effizienz bei der Entwicklung von Hybridantrieben

11. Juni 2015 | Software & Testing Solutions

Der Testaufwand bei modernen Hybridantrieben ist verglichen mit konventionellen Antriebsträngen deutlich höher. Der Hauptgrund hierfür liegt in einer größeren Anzahl und Komplexität der Komponenten. Daher verlegen aktuelle Trends der Antriebsstrangentwicklung – beispielsweise „Road to Rig“-Ansätze – signifikante Entwicklungsanteile vom Fahrzeug auf den Prüfstand und somit in frühere Projektphasen. Neue Lösungsansätze müssen her, um diese steigende Testkomplexität beherrschbar zu machen und Entwicklungszyklen zu beschleunigen. Vor diesem Hintergrund wurde unter Mitarbeit von FEV im „Center for Mobile Propulsion“ (CMP) des Lehrstuhls für Verbrennungskraftmaschinen der RWTH Aachen University (VKA) die „virtuelle Welle“ als wichtiges Werkzeug entwickelt. Gefördert wurde diese Entwicklung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).

Vom Komponenten- zum Verbundtest

„Beim konventionellen Entwicklungsprozess wird schrittweise die Komplexität von der Einzelkomponente bis hin zum Systemtest im Fahrzeug erhöht“, erklärt Dr. Albert Haas, globaler Bereichsleiter Test Systems bei der FEV. „Zunächst erfolgen Erprobungen der Elektromaschine, des Verbrennungsmotors sowie des Getriebes in einzelnen Prüfeinrichtungen. Die realen Interaktionen zwischen den Komponenten können jedoch erst anschließend im Verbundtest im Antriebsstrangprüfstand erfolgen.“ Dieser Schritt erfordert neben einem Wechsel der Testumgebung mechanische Anpassungen sowie Software-Änderungen. Daher erfolgt er typischerweise deutlich später in der Entwicklungsphase, so dass entweder ein Fahrzeug oder ein vollständiger Antriebsstrang benötigt wird.

Virtueller Verbund durch vernetzte Prüfstände im CMP

Um eine signifikante Zeit- und Kostenreduktion in der Entwicklung zu erreichen, haben FEV und VKA eine virtuelle Verbindung zwischen zwei Prüfeinrichtungen im CMP realisiert. Dabei werden die Lastmaschinen in beiden Prüfständen so angesteuert, dass das Systemverhalten einer realen mechanischen Welle mit niedriger Massenträgheit und hoher Steifigkeit entspricht.
Die Testumgebung besteht aus räumlich getrennten Prüfständen, die über eine deterministische EtherCAT-Verbindung echtzeitgekoppelt sind. Die Wahrung niedriger Kommunikationslatenzen kann somit unter allen Umständen garantiert werden. Die Reglerauslegung der virtuellen Welle erfolgt unter Berücksichtigung der realen Sprungantworten sowie Verzögerungen, welche durch die verwendeten Standard-Komponenten gegeben sind. Zielgröße ist hierbei die Minimierung der transienten Abweichungen im Drehzahl- und Drehmomentverlauf.

Schäden sicher vermeiden

Die Vernetzung der Prüfstände über die virtuelle Welle bietet deutliche Vorteile: Neben der Zeitersparnis liegen diese vor allem in einer geschützten Testumgebung und hohen Zahl der Überwachungsmöglichkeiten für das einzelne Testobjekt. So werden Schäden an Prototypen wirkungsvoll vermieden. Weiterhin lassen sich durch die virtuelle Verbindung auch Kombinationen eines Hybridantriebs testen, welche mechanisch nicht kompatibel sind und erst umfangreich adaptiert werden müssten. „Die virtuelle Welle leistet somit einen wertvollen Beitrag, die steigende Komplexität moderner hybrider Antriebe zu beherrschen und einen effizienten Entwicklungsprozess zu ermöglichen“, resümiert Haas.

>> Die virtuelle Welle leistet einen wertvollen Beitrag, um die steigende Komplexität moderner hybrider Antriebe zu beherrschen

 

 

 

 

 

Diagramm Vernetzung

Virtuelle Welle zwischen zwei Prüfeinrichtungen

 

 

 

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