Systemkonzept eines modularen HiL-Systems für modellbasierte Funktionsentwicklung fahrzeugmechatronischer Systeme Workshop der ASIM/GI-Fachgruppen, 09./10.03.2017, Ulm Prof. Dr.-Ing. X. Liu-Henke M.Eng. M. Göllner Dr.-Ing. R. Buchta M.Eng. F. Quantmeyer M.Eng. H. Tao
Inhalt 1 Einleitung und Motivation 2 Grundlagen der Fahrsimulation 3 Mechatronische Entwicklungsmethodik 4 Systemkonzept 5 Realisierung und Anwendung 6 Resümee Marian Göllner 2
Einleitung und Motivation Anforderungen, Lastenheft Fahrdynamikmodell Model-in-the-Loop (MiL) Regelalgorithmen Messung Validierung Fahrdynamikmodell Software-in-the-Loop (SiL) Generierter Code Echtzeitfähiges Fahrdynamikmodell Hardware-in-the-Loop (HiL) Teilkomponenten Marian Göllner 1 2 3 4 5 6 3
Einleitung und Motivation Visualisierung HMI Bewegungsplattform Hexapoden Marian Göllner 1 2 3 4 5 6 4
Systemkonzept Einsatzaspekte des Simulators Fahrsimulation Koppelbarkeit Anregungseinheit Marian Göllner 1 2 3 4 5 6 6
Grundlagen der Fahrsimulation Umwelt Fahrer Fahrzeug Verkehrsumgebung Straßennetz Straßenverlauf Verkehr Fahrbahn Informationsaufnahme und Verarbeitung Navigation Soll Route Antizipation Sollkurs, -geschw. Stabilisierung Primäre Eingabe Mensch-Maschine-Schnittstelle Fahrdynamik Fahrwerk, Bremse Lenkung, Reifen Antriebsstrang FAS Sonstiges Karosserie Sicherheit Innenraum Beleuchtung Umleitungen Nicht aufgabenbezogenes Verhalten Störungen Witterung Straßenschäden Sekundäre, Tertiäre Eingaben (Radio, Klima, etc) Bewegung Haptik, Optik Ist-Position Ist-Geschwindigkeit Standort Fahrzeit Marian Göllner 1 2 3 4 5 6 6
Mechatronische Entwicklungsmethodik Anforderung/ Spezifikation HiL Integration/Test Target-HW Modellbildung physikalisches Modell mathematisches Modell Implementierung/Test Implementierung/Test RCP-HW SiL Reifegrad Informationsverarbeitung Analyse/ Identifikation Modell Basis für Synthese und Test Analyse/Test Synthese MiL Host-PC Marian Göllner 1 2 3 4 5 6 7
Systemkonzept Hardwarekomponenten und Vernetzung HiL- Prüfstände Closed-Loop Fahrsimulator HiL Prüfstand Elektr. Antriebsstrang ECU Antrieb Leitstellenrechner Visualisierung (Monitor) Visualisierungsrechner HiL Prüfstand Aktive Lenkung ECU Lenkung Echtzeit-Informationsverarbeitung I/O-Boards CAN, AD, DA, DIO, PWM dspace DS 1007 Processor Board SW: Traffic/ Environment Model SW: Vehicle Model dspace Ethernet Interface Ethernet MMI Aktorik (Cockpit) Bewegungsplattform 6 DoF HiL Prüfstand Aktive Federung ECU Federung Human-Machine-Interface Regler Lokaler Regler Hexapod Marian Göllner 1 2 3 4 5 6 8
Systemkonzept Softwarevernetzung Interaktion Soll Vorgabe Lenkung/Pedalerie Fahrzeugmodell Interaktion Force-Feedback Lenkung/Pedalerie Visualisierung Umgebungs-variablen m Fzg ψ Fzg BCS Fzg z Fzg Fzg r Wind θ Fzg y Fzg Fzg r A,HL A HL Sensorik Visualisierung Bewegung des Fahrzeugs δ Rad, Verknüpfung Fahrbahnprofil Bewegung Zustandsdaten Motion Plattform A VR δ Rad,VR z Rad,VR BCS Rad VR x Rad,VR Fzg r A,VR m Rad θ Rad,VR y Rad,VR x Fzg Fzg r Rad,VR ϕ Fzg Fzg r Rad,VL m Rad δ Rad,VL x Rad,VL MFM Lenkung Fzg r A,VL A VL z Rad, VL m Rad MFM Federung θ Rad,VL y Rad,VL BCS Rad VL MFM Antrieb Fzg r Rad,HL BCS Rad HL x Rad,HL z Rad,HL r Fzg m Rad HL x ICS θ Rad,HL z ICS y Rad,HL Akku ICS y ICS Informationsverarbeitung Aktorik Verknüpfung Reifenverhalten, Schlupf, Kräfte Bewegung Ansteuern der Motion Plattform Marian Göllner 1 2 3 4 5 6 9
Realisierung und Anwendung Marian Göllner 1 2 3 4 5 6 10
Realisierung und Anwendung Marian Göllner 1 2 3 4 5 6 11
Realisierung und Anwendung Signalverkopplung Marian Göllner 1 2 3 4 5 6 12
Resümee 1. Test von Regelsysteme in virtueller Umgebung mit Driver-in-the-Loop 2. Visualisierung (Sichtsimulation) von Zuständen einer Open-Loop Simulation 3. Einsatz leistungsfähigster Echtzeitsysteme der Fa. dspace 4. Nutzung des Hexapoden als Anregungseinheit 5. Untersuchung von Fahrerpräferenzen mithilfe von haptischen Bedienelementen zur Nachbildung eines realitätsnahen Fahrerverhaltens. Marian Göllner 1 2 3 4 5 6 13
Ende Marian Göllner 14