Rapid Prototyping für das Antriebsstrangmanagement in einem Hybrid-SUV. dspace Anwenderkonferenz 2007, 13. und 14. Juni, München
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- Bettina Langenberg
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1 Rapid Prototyping für das Antriebsstrangmanagement in einem Hybrid-SUV dspace Anwenderkonferenz 2007, 13. und 14. Juni, München
2 Gliederung HySUV MAGNA STEYR Hybrid Demonstrator Rapid Control Prototyping (RCP) Anforderungen RCP im Software Entwicklungsprozess Zusammenfassung und Ausblick Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 2
3 HySUV - Hybrid Demonstrator HySUV Technologieträger entstanden in Partnerschaft mit MAGNA POWERTRAIN Siemens VDO SANDEN TYCO K-net KFZ Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 3
4 HySUV - HMI Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 4
5 HySUV - Übersicht Verbrennungsmotor 200KW 350NM Elektrohydraulische Servolenkung Automatisiertes Schaltgetriebe 7 Gänge DC/DC Wandler Energiespeicher Lithium Ionen V Kühlung Energiespeicher DC/AC Wandler Elektr. HV- Kältemittelverdichter Elektr. Unterdruckpumpe Elektr. Maschine 1 Hinterachse 55KW 350NM MicroAutoBox + RapidPro-Stack Hybrid-Betriebsstrategie Antriebsstrangmanagement Komponentenregler (ASG, E4WD) Elektr. Maschine 2 Vorderachse 55KW 500NM Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 5
6 HySUV Antriebsstrang E4WD-Modul Automatisiertes Schaltgetriebe Kardanwelle - Hinterachse Verbrennungskraftmaschine Kardanwelle - Vorderachse Bauraumoptimierte Kombination von elektrischer Vorderachse und Parallelhybrid-Einheit im E4WD-Modul Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 6
7 HySUV - Integriertes E4WD-Modul K2 K1 K4 K3 Kettentrieb Extrem hoher geometrischer Integrationsgrad der Komponenten im E4WD-Modul Parallelhybrid-Einheit bestehend aus EM1 und den Kupplungen K1, K2 Elektrische Vorderachse bestehend aus EM2 und Kupplung K3 sowie dem Kettentrieb Integration der hydraulisch betätigten Kupplungen K1 bis K4 in den Rotorträgern der elektrischen Maschinen Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 7
8 HySUV - Li-Ionen Batterie Li-Ionen Batteriesystem Modul 10 Zellen Flüssigkeitskühlung Batterieüberwachung System 4-12 Module / BMS / Leistungsschalteinheit Gewicht: 60 kg (10 Module) Volumen 75 l 70 kw 2,9 kwh V Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 8
9 HySUV - Funktionen Fahrerwunschauswertung Parametrierbare Parametrierbareund und modulare modulare Software Software für fürantriebsstrangs- und Energiemanagement und Fahrdynamikregler (Traktion) DCDC Hybrid-Regler BMS VKM Momentenkoordinator DCAC 1..2 ESP Komponenten Kupplung 1..4 ASG Hydraulik Schmierung Kühlung Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 9
10 RCP - Systemarchitektur Funktion Systemmanager Diagnose CAN I/O LVDS Aktuator Treiber Sensor I/O Hardware Diagnose Mess CAN Motor CAN Hybrid CAN Powertrain CAN GW Klima Steuergerät UR1/2 ECU BMS GW ESP Komponente EM1/2 VKM Hv-Batt Kompr Kühlkr 1-3 ASG E4W HMI HW - Vernetzung Bus- Vernetzung Hochspannungskomponente 12V- Komponente Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 10
11 RCP - Aktuatoren/ Sensoren ASG 7 Gang, 550Nm, 8600U/min 7 Ventile (2 Druckproportionalventile, 4 Wegeventile, 1 FailSave Ventil) PWM-gesteuert, 1 KHz PWM-synchrone Ventilstrommessung, 3,5KHz 2 Pumpen, 14KHz, 20A/ 60A peak, Strommessung 1 Drehzahlmessung, Pulse, 3,5 KHz 5 Wegemessung, PWM, 500Hz Temperatur und Druckmessung Analog Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 11
12 RCP - Aktuatoren/ Sensoren E4W 4 hydraulisch betätigte Lamellenkupplungen 600Nm 2 Asynchronmaschinen je 55KW, 350/ 500Nm 6 Ventile (4 Druckproportionalventile, 2 FailSafe Ventile) PWM-gesteuert, 1 KHz PWM-synchrone Ventilstrommessung, 3,5KHz 2 Pumpen, 14KHz, 20A/ 60A peak, Strommessung 4 Druckmessung, PWM, 500Hz 2 Wegemessung, PWM, 1KHz Temperatur und Druckmessung Analog Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 12
13 RCP Hardware Konfiguration Layer 1 (RapidPro Control Unit) MPC 565/ 56MHz, 3 TPUs mit je16 Kanälen, 22 Kanal I/O, 40 Kanal A/D Sensorversorgung 12/5V, Kommunikationsmodule 2 A/D Konverter Module, DS1631, 4 Kanal 2 Digital In Module, DS1642, 6 Kanäle 2 Sensorversorgungsmodule, DS1626, 4 Kanäle Layer 2 (RapidPro Power Unit) 3 Vollbrücken Module, DS1661, 2 Kanäle, 5A, Strommessung 3 Low Side Driver Module, DS1662, 6 Kanäle, 5A max, 2 Kanäle Strommessung Layer 3 (RapidPro Power Unit) 2 Halbbrücken Power Module, DS1668, 2 Kanäle, 25/ 30A peak, Strommessung Layer 4 (RapidPro Power Unit) 2 Vollbrücken Power Module, DS1667, 1 Kanal, 30/ 60A peak, Strommessung Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 13
14 RCP - Softwareanforderungen Fahrerwunschauswertung Fahrdynamikregler (Traktion) Hybrid-Regler Momentenkoordinator Komponenten Hybrid-Regler Vektorielle Größen Umfangreiche Berechnungen Niedrige Abtastrate Momentenkoordinator Skalare Größen Komplexe Abläufe Mittlere Abtastrate Komponentenregler Skalare Größen Regler Hohe Abtastrate Kupplung 1..4 ASG Hydraulik Schmierung Kühlung Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 14
15 RCP - Hybrid-Regler Fahrerwunsch / Fahrdynamikregelung Achsmomente Ladezustand Lithium Ionen Batterie Wärmemanagement Dynamikmanagement Gangvorwahl Randbedingungen Wirkungsgradberechnung Betriebspunktoptimierung 22 AMGK Bewertung Arbeitspunkte Gang, Kupplungs-, Maschinenmomente Momentenkoordinator Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 15
16 RCP - Software 15 Frames, 183 Module ca Blöcke ca Zeilen generierter C-Code 4 MB MicroAutoBox-Applikation 3 Tasks 20ms-Task (33% CPU-Last) Hybridregler /-fahrstrategie Netzwerkmanagement und zentrale Diagnose 10ms-Task (8% CPU-Last) Antriebsstrangmanagement Ablaufsteuerungen der Komponenten Temperaturmodelle 2ms-Task (46% CPU-Last) Aktuatorregler (Ventile in Kupplungen und ASG) 286µs-Task (4% CPU-Last) PWM-synchrone Strommessung Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 16
17 RCP Grenzen des Codegenerators Lange Codegenerierungszeit 1h 12min Core 2 Duo 2,67Ghz; 4GB RAM Keine inkrementelle Codegenerierung Hoher Speicherbedarf des Code-Generators am Host Rechner (Segmentierung) Großes Trace-File, da nicht konfigurierbar Ineffizienter Code, da Expression Folding / Conditional Branch Execution vom RTW nur begrenzt umgesetzt wird Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 17
18 Softwareprozess MABX- SW Anwendung Hardware FW Hybrid SW FDR HCU PWG E4W K1 K2 ASG K3 MK Fahrzeug Prüfstand HIL/ SIL Modultest MicroAutoBox+ RapidPro-Stack MicoAutoBox+ PC PC Konfigurationsmanagement MATLAB (Frame, Varianten- und Modulverwaltung im Modell) MKS (Versionsverwaltung) Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 18
19 Zusammenfassung und Ausblick Vorteile der RCP-Zukauflösung Kurzfristige Verfügbarkeit Kompakte Bauweise Preisvorteil bei geringen Stückzahlen (Entwicklungskosten, Ressourcen) Erprobtes, geprüftes System Modulares erweiterbares Konzept (Stack, Module, Control Unit) SW und HW konfigurierbare Eingangsbeschaltung (Digitale I/O, Analog I/O, Brückentreiber, Strommessung) Integrierte HW-Diagnose (Open Loop, KS, Überlast) Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 19
20 Zusammenfassung und Ausblick Verbesserungswünsche Selbstständige Power Up/Down Synchronisation zwischen Rechnereinheit und Endstufeneinheit/ Remote Steuerung für RapidPro-Stack PWM-synchrone Strommessung am RapidPro-Stack Einfachere Rekonfiguration (Routing) des Stacks RapidPro-Stack mit Control Unit universell als Stand-Alone oder mit MicroAutoBox als intelligente Signalverarbeitungseinheit verwendbar Leistungsendstufen, 3 Phasen Endstufen für Ströme > 100A Userfreundliche EEPROM- Speicherfunktion Parameter FLASH Funktion XCP Unterstützung für DS815 mit offener API Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 20
21 Danke fürf Ihre Aufmerksamkeit Franz Gunnar Grein; Theodor Schöberl / EEC 21
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