Functional Rapid Prototyping bei EC-Motoren für Automotive-Anwendungen

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1 Functional Rapid Prototyping bei EC-Motoren für Automotive-Anwendungen Eckart Nipp, Alfons Klönne Robert Bosch GmbH Energie- und Karosseriesysteme Voraus und Produktentwicklung Elektrische Antriebe 1

2 Energie und Karosseriesysteme...Energie effizient erzeugen, Energie intelligent verteilen, Energie sinnvoll nutzen! 2

3 Energie- und Karosseriesysteme Umfassende Kompetenz Energieerzeugung & Kraftübertragung Energiemanagement & Verteilung Energieumwandlung Elektromotoren Elektromotoren Elektronik System - und Komponentenkompetenz 3

4 Functional Rapid Prototyping EC-Motoren Für elektronisch kommutierte Kleinmotoren mit Permanentmagneterregung in KFZ-Anwendungen. Ziele: Schnelle Funktionsentwicklung, z.b. sensorlose Regelverfahren Simultaneous Engineering (Motor, Elektronik, Ansteuerverfahren, Mechanik, Fertigungstechnologie, etc.) Verkürzung der Entwicklungszeit (Time to Market) Kostenreduktion, z.b. durch weniger Designschleifen Qualitätssteigerung, z.b. durch Systemstudien zur Untersuchung von Toleranzeinflüssen 4

5 Komponenten des Functional Rapid Prototyping Simulationen in Saber und Matlab/Simulink Regelung vorwiegend in Matlab/Simulink Simulation Realisierung Real Time Interface ermöglicht schnelle Umsetzung dspace Rapid Prototyping System modularer Wechselrichter Motor 5

6 Saber Simulator + Netzwerk orientiert + Motormodellierung in MAST + Schaltungen in Sketch + Besonders geeignet für Elektronik, el. Maschinen, thermische Netzwerke, etc. - Schwächen in der Darstellung von Regelung - Kein direkter Link zu dspace 6

7 Matlab / Simulink + Signalfluss orientiert + Zahlreiche vorgefertigte Module und Links + Besonders geeignet zur Darstellung von Regelung + Direkter Link zu dspace (Real Time Workshop) - Schwächen in der Modellierung Elektronik, el. Maschinen, etc. (Netzwerke) 7

8 Schaltungstopologien von EC-Antrieben in KFZ B6-Y M6 3H M4 2H B6- M2 H 8

9 Motormodelle verschiedener Detailierungsgrade 1) Einfaches Modell ohne Reluktanzmoment, Oberwellen oder Sättigung 2) Wie 1), jedoch ohne Rotorpolausprägung und Reluktanzmoment 3) Zusätzlich mit Oberwelleneffekten 4) Zusätzlich mit Sättigungsabbildung Zielgerichtete Simulationen (virtuelle Messung) Effizienzsteigerung (so kompliziert wie nötig, so einfach wie möglich) Parametrisierungsaufwand steigt überproportional mit Modellkomplexität Darstellbare Motortypen: (ab Level 2) PM-Motor Hybrid-PM-Motor SR-Motor 9

10 Modellbibliotheken Saber Motoren und Wechselrichter 2 Simulatoren Online- und Offline-Hilfefunktionen Verschlüsselung möglich Matlab/Simulink 10

11 dspace Rapid Prototyping System Kompatiblität mit Kunden Link von Simulink (schnell und effizient) Hohe Leistungsfähigkeit (Flexibilität) Einfache Anwendbarkeit (schnell und effizient) Fertig verfügbare Module Komplexe Funktionalitäten darstellbar 11

12 FPGA-Erweiterung FPGA-Karte als Zusatz zu dspace CESYS-FPGA-Karte Leistungssteigerung Höhere Komplexitätsgrade darstellbar VHDL-Tool Erhöhte Flexibilität DSP ds1103 Modularer Wechselrichter Motor 12

13 Modularer Wechselrichter Verwendung für interne Funktionsentwicklung B6, 3H, 2H, H, M6, M4, M2 I eff = 150A Power Supply Summenstrommessung Gate Ansteuerung diverse Logik... dspace Rotorlageerfassung MOTOR Strommessung mittels LEM-Modulen und/oder Shunts 13

14 Modularer Wechselrichter Beispiel: B6 Power Supply Summenstrommessung Gate Ansteuerung diverse Logik... dspace Rotorlageerfassung MOTOR 14

15 Modularer Wechselrichter Beispiel: M4 Power Supply Summenstrommessung Gate Ansteuerung diverse Logik... dspace Rotorlageerfassung MOTOR 15

16 Zusammenfassung Functional Rapid Prototyping bei EC-Motoren für Automotive-Anwendungen Simulationsmodelle Saber und Matlab/Simulink Topologien: B6-Y, B6-, 3H, 2H, H, M6, M4, M2 Bibliotheken für Motoren, Umrichter und Ansteuerungen Ansteuerung Schnelle und flexible Realisierung mittels dspace Softwarelink Simulationen-dSPACE FPGA-Erweiterung für erhöhte Funktionalität Modularer Wechselrichter Topologien: B6, 3H, 2H, H, M6, M4, M2 150A effektiv Strommessung mit LEM-Modulen und Shunts 16

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