E-Motorsimulation. Basierend auf FPGA-Technologie Franz Dengler/Georg Selzle, MicroNova. 8. Technologietag Automotive

Transkript

1 E-Motorsimulation Basierend auf FPGA-Technologie Franz Dengler/Georg Selzle, MicroNova

2 Überblick Warum Elektrofahrzeuge Komponenten eines Elektrofahrzeugs Testalternativen für Steuergeräte für Elektromotoren NovaSim-Plattform, Lösungen für Elektro-/ Hybridfahrzeuge NovaSim4Hybrid E-Motor-Simulation

3 Warum Elektrofahrzeuge? Quelle:

4 Wirkungsgrade von Elektrofahrzeugen

5 Komponenten eines Elektrofahrzeugs Batterien Wechselrichter Elektromotoren Verbrennungsmotoren (im Hybridbereich)

6 Testalternativen E-Motor-Steuergeräte E-Motor-Steuergerät Leistungsstufe E-Motor Fahrzeug 3 x U 3 x I Motor-Position Test auf mechanischer Ebene Test auf elektrischer Leistungsebene Test auf Signalebene

7 Leistungsloser Test ECU wird gecrackt und modifiziert IGBT-Inputs liefern Eingabewerte für Simulation. Manchmal wird auch Mittensignal für die Ansteuerung der IGBTs geliefert. Vorteile Keine Hochspannung im Prüflabor Vergleichsweise billig Nachteile Keine klare Trennung zwischen Testobjekt und Prüfeinrichtung Künstliches ECU-Interface Nicht jeder Teil (z. B. Leistungsteil des Steuergeräts) wird getestet. Anwendung Algorithmenentwicklung Integrationstests

8 Motor-Emulation (Leistung) Unverändertes Originalsteuergerät Vorteile Gesamte ECU wird getestet Spezielle Tests wie z. B. fehlende Phasenströme oder die Alterung von Magneten können simuliert werden. Auch für End-of-Line-Tests geeignet Nachteile Höherer Preis (vor allem bei höheren Leistungen z. B. 150 kw Spitzenleistung in Hybridanwendungen) Hohe Spannungen bis 600 V müssen in einer Laborumgebung korrekt gehandhabt werden. Anwendung Steuergeräteabnahmetests Tests von Fehlerbedingungen mit echtem Steuergerät

9 Dynamometer-Tests Original-Motor und Original-Steuergerät werden verwendet. Vorteile Sehr realistische Anordnung Für Gesamtabnahme notwendig Nachteile Hoher Preis Nicht alle Fehler können simuliert werden. Anwendung Endabnahmetests von E-Motor und Steuergerät

10 Lösung: E-Motor-Simulation Mittelwertmodelle Strom, PWM-Ansteuerung Triggerung der Modellberechnung Realer Stromverlauf Berechneter Stromverlauf Berechnung mit PWM-Frequenz 10-20kHz (50-100µs) Synchronisation mit PWM-Signal zur Vermeidung von Schwebungen Berechnete Stromwerte werden verzögert ausgegeben

11 Lösung: Simulation durch Überabtastung Strom, PWM-Ansteuerung Triggerung der Modellberechnung Realer und berechneter Stromverlauf Mindestens 10-fache Überabtastung notwendig (5-10µs) Hohe Anforderungen an I/O, durch Standardbusse nicht erfüllbar Keine Synchronisation notwendig, da quasi kontinuierliche Abtastung Verzögerung des berechneten Stroms durch quasi kontinuierliche Abtastung

12 HiL-Plattform NovaSim NovaSim4Comfort/Body Combi instrument Intelligent load module Door control Seat control NovaSim4DrivingDynamics Actor/Sensor Active Steering ACC ESP NovaSim4Hybrid Battery E-Motor DC-DC Converter NovaSim4Infotainment CAN-MOST Gateway MOST-system Navigation 1-8 Cyl. Otto-Diesel - 12 Cyl Otto and H2-16 Cyl. Diesel Transmission NovaSim4Powertrain

13 E-Motor-Simulationen NovaSim-FPGA- und -Softwarebasierte Lösung Motoremulation von SET

14 Batterie-Simulator-Carts 1 mv Genauigkeit 120 Zellen Einbindung in NovaSim über High-Speed-I/O

15 Implementierung Mittelwertmodelle in NovaSim Können auf Standardprozessoren implementiert werden In Multicore-Umgebungen werden einzelne Prozessoren ausschließlich für Mittelwertmodelle reserviert. Notwendige I/Os (ca. 10) können über Standardbusse schnell genug gefahren werden Verwendung von Simulink-Modellen ist möglich Auf NovaSim-Hardware möglich, aber mit FPGAs einfache preiswerte Lösung mit Überabtastung möglich Einsatz bei MicroNova z. B. für Wechselrichtermodelle

16 Implementierung Überabtastung in NovaSim NovaSim-E-Motor-Karte Basierend auf FPGA-Karte NI PXI-7833

17 Eigenschaften NovaSim-E-Motor-Karte Schneller als jeder Prozessor (500 ns Zykluszeit) Hochgenaue Erfassung der Motoransteuerung (25 ns Auflösung) Präzise Berechnung der Phasenströme Simulation diverser Positionsgeber Resolver Sin/Cos-Lagegeber Inkrementalgeber Weitere Geber auf Anfrage möglich Bestehende Motor-HiLs können mit nur einer PXI-Karte auf Hybridbetrieb aufgerüstet werden.

18 Parametrierung NovaSim-E-Motor-Karte Parametrierung über Simulink-Blockset Alle Parameter zur Laufzeit änderbar Drehzahl Drehmoment Parameter Polparzahl Widerstände Induktivitäten Offset-Geber

19 Vielen Dank