HiL-Simulationsumgebungen

Durch die steigende Komplexität mechatronischer Systeme steigen ebenso die Anforderungen an die Funktionsabsicherung mittels HiL-Prüfständen im Labor. Komplexe HiL-Prüfstände zeichnen sich durch eine hochdynamische und räumliche Anregung des Prüflings aus. In diesem Kontext erfordert die Umsetzung einer HiL-Simulation eine systematische Herangehensweise bei der Entwicklung und Beurteilung der Prüfstandergebnisse hinsichtlich der Übertragbarkeit auf die Realität.

Im Fokus der Entwicklung arbeiten wir einerseits an dem Entwurf geeigneter Regelungsstrategien für die Manipulatoren, die innerhalb einer HiL-Simulation angesteuert werden. Dies stellt eine große Herausforderung dar, weil das dynamische Verhalten des gekoppelten Systems aus Manipulator und Prüfling häufig stark nichtlinear ist. Des Weiteren stellt die Entwicklung echtzeitfähiger Modelle, die für den Regelungsentwurf und als virtuelle Teilsysteme der HiL-Simulationsumgebung benötigt werden, einen weiteren Forschungsschwerpunkt dar.

Für die Entwicklung und den Betrieb des lehrstuhleigenen Hardware-in-the-Loop-Achsprüfstandes ist eine umfangreiche Modellbildung  der Fahrzeug- und Fahrwerksysteme erforderlich. Mithilfe leistungsfähiger MKS-Simulationstools wurden am Lehrstuhl umfangreiche Fahrwerk- und Gesamtfahrzeugmodelle aufgebaut. Auf dem Echtzeitrechner, kommen hingegen vereinfachte, rechenzeitoptimierte Modelle zum Einsatz. Mit ihrer Hilfe ist der Hardware-in-the-Loop-Betrieb des Prüfstands möglich. Sie bilden  alle nicht physikalisch vorhandenen Teilsysteme ab, wie zum Beispiel den Reifen, die Straße, den Fahrer und das restliche Fahrzeug (ohne Achse). Aus der Simulation dieser Teilsystemmodelle ergeben sich die Anregungssignale, die dann durch den Hexapoden in allen sechs Freiheitsgraden der Achse aufgeprägt werden.

HiL-Simulationssetup am Beispiel eines Achsprüfstands

Ausgewählte Veröffentlichungen:

• [OKT+16b] Olma, Simon; Kohlstedt, Andreas; Traphöner, Phillip; Jäker, Karl-Peter; Trächtler, Ansgar: Indirect Force Control in Hardware-in-the-Loop Simulations for a Vehicle Axle Test Rig. In: 14th International Conference on Control, Automation Robotics & Vision (ICARCV), Phuket, Thailand, 2016, IEEE
• [OKT+16a] Olma, Simon; Kohlstedt, Andreas; Traphöner, Phillip; Jäker, Karl-Peter; Trächtler, Ansgar: Substructuring and Control Strategies for Hardware-in-the-Loop Simulations of Multiaxial Suspension Test Rigs. In: Proceedings of the 7th IFAC Symposium on Mechatronic Systems, Loughborough, 2016, IFAC
• [OTK+16] Olma, Simon; Traphöner, Phillip; Kohlstedt, Andreas; Jäker, Karl-Peter; Trächtler, Ansgar: Model-based method for the accuracy analysis of Hardware-in-the-Loop test rigs for mechatronic vehicle axles. In: Proceedings of the 3rd International Conference on System-Integrated Intelligence, Paderborn, 2016, Elsevier
• [FJT14] Flottmeier, Sarah; Jäker, Karl-Peter; Trächtler, Ansgar: Test Rig for the Hardware-in-the-Loop Simulation of Mechatronic Axles: Proceedings of the 9th International Fluid Power Conference, Aachen, 2014; S. 366–377