Modellbasierte Validierung von mobilen Arbeitsmaschinen im virtuellen Fahrversuch

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1 Taking you to the next level Modellbasierte Validierung von mobilen Arbeitsmaschinen im virtuellen Fahrversuch Dr.-Ing. Christian Schyr, IPG Automotive GmbH, Karlsruhe Dipl.-Ing. Frank Otto, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) 1. VDI-Fachkonferenz Elektrik und Elektronik in mobilen Arbeitsmaschinen, Baden-Baden

2 Einleitung Validierung im Entwicklungsprozeß nach VDI 2206 Ziele & Anforderungen Produkt Globale Validierung auf Fahrzeugebene Lokale Validierung auf Komponentenebene Lokale Validierung auf Systemebene Lokale Validierung auf Sub-Systemebene IPG Automotive GmbH

3 Einleitung Erweiterung zur modellbasierten Validierung Ziele & Anforderungen Produkt Globale Validierung auf Fahrzeugebene Lokale Validierung auf Systemebene Lokale Validierung auf Sub-Systemebene Lokale Validierung auf Komponentenebene IPG Automotive GmbH

4 Einleitung Voraussetzungen für modellbasierte Validierung Einheitliche Beschreibung der globalen Fahrzeugeigenschaften durch Manöverkataloge mit zugehörigen Bewertungskriterien für die Fahr- bzw. Arbeitsleistung, Energieeffizienz, Fahrbarkeit bzw. Komfort und Sicherheitsfunktionen. Verfügbarkeit der Subsysteme und Komponenten entweder als detaillierte Simulationsmodelle (Functional Mock-Up) oder als reale Prototypen auf Leistungsprüfständen (X-in-the-Loop). Hohe Qualität der vorgelagerten Prozesse im Produktdatenmanagement zur Gewinnung von Modellparametern sowie nachgelagerte Prozesse zur Ergebnisdatenverwaltung. IPG Automotive GmbH

5 Einleitung Umsetzung der Methode Durchgängiger Einsatz der Plattform: von Software-in-the-Loop über Hardware-in-the-Loop bis hin zum realen Prototypfahrzeug. Effiziente Integration von Simulationsmodellen und Steuergerätefunktionen aus unterschiedlichen Domänen und Modellumgebungen. Effiziente Anbindung an Leistungsprüfstände für Fahrzeugsysteme und Komponenten. Realitätsnahe Rekonstruktion von realen Use Cases durch eine leistungsfähige Manöversteuerung. Hohe Produktivität durch Leistungsfähigkeit und Anwenderfreundlichkeit: wie interaktive Manöversteuerung, intuitiv bedienbare graphische Benutzerschnittstellen sowie effiziente Testautomatisierung. Aussagekräftige Visualisierungs- und Analysewerkzeuge. Flexible Anbindung an firmenspezifische Datenmanagementsysteme. Investitionssicherheit durch Einsatz von Softwarestandards und COTS-Komponenten. IPG Automotive GmbH

6 Offene Integrations- und Testplattform Functional Mock-Up Prototype Manöverkatalog Engine-in-the-Loop C-Code Chassis Modellintegration Simulink AVL CRUISE Dymola ECU Integration Hydraulik Powertrain Assistenzfunktionen Reale Systemintegration Transmission-in-the-Loop Vehicle-in-the-Loop IPG Automotive GmbH

7 Offene Integrations- und Testplattform Modellmanager am Beispiel Subsystem Motor Engine Model: Mapping Engine Model: Testbed Interface IPG Automotive GmbH

8 Offene Integrations- und Testplattform Online Devices Network Communication Service Central Services and Execution Control Model Interface Structure (C-Code / Simulink / FMI / etc. ) Driving Manager IPG Driver Vehicle Control Vehicle Model Body Suspension Brake Sensors Tire Model Wheel carrier Steering Powertrain Aerodynam ic Driving Tasks Vehicle Reaction Road Model Traffic Model Closed Loop IPG Automotive GmbH

9 Beispiel Geräteträger Graphische Auswahlmenüs für alle Funktionen Anzeige der variablen Lasten Auswahl der Parametersätze Online Anzeige des Manövers Online Start & Stopp der Simulation Simulationsgeschwindigkeit und Status 0.5, 1, 2, 5 x RT bis max Interaktive Speicherfunktionen IPG Automotive GmbH

10 Beispiel Geräteträger Typische Beispiele für Testmanöver Ladezyklus mit Anbaugerät Schiebebetrieb mit Anbaugeräte Anhängerbetrieb Fahren von engen Kurven (Verspannungen im Antriebsstrang) Fahren auf Geländestrecke mit starker Längs- und Querneigung Fahren auf matschigem Boden (Low-mu und mu-split) Fahren mit hohem Schlupf und veränderlichem Reifendruck Fahren über Bodenunebenheiten Umkippen bei ausgefahrenem Anbaugerät IPG Automotive GmbH

11 Beispiel Geräteträger Typische globale Bewertungskriterien Fahrleistung Arbeitsleistung der Anbaugeräte Kraftstoffverbrauch und Emissionen Fahrbarkeit Fahrkomfort Sicherheitsreserven IPG Automotive GmbH

12 Beispiel Geräteträger Online-Visualisierung des virtuellen Prototyps IPG Automotive GmbH

13 Beispiel Geräteträger Realer Prototyp am Allrad-Rollenprüfstand IPG Automotive GmbH

14 Beispiel Geräteträger Integrations- und Testplattform Test Manöver Fahrer Fahrzeug Strecke Sensoren Verkehr Belastungsaggregate Prüfstand IPG Automotive GmbH

15 Beispiel Geräteträger IPG Automotive GmbH

16 Zusammenfassung Zusammenfassung Methode der modellbasierten Validierung ermöglicht die effiziente und präzise Analyse der globalen Fahrzeugeigenschaften in allen Phasen des Entwicklungsprozesses. Voraussetzung ist ein schneller und robuster Prozeß zur Modellerstellung und -bedatung aus unterschiedlichen Modell- oder Prüfstandsumgebungen. Erfordert effiziente und domänenübergreifende Verwaltung mittels Produktdaten- Managementsystemen. Verfügbarkeit aller relevanten Steuergerätefunktionen als ausführbarer Code (z.b. als AUTOSAR Komponente) oder in einem realem Steuergerät. Die Modellstruktur der einzelnen Teilsysteme des Fahrzeugs entspricht den späteren realen Prototypen und ermöglicht so den einfachen Austausch von Modell gegen Realteil am Prüfstand. IPG Automotive GmbH