Prüfstand zur Entwicklung und Validierung einer Methodik zur Hardware-in-the-loop-Simulation von PKW-Achsen

• Fachliche Zuordnung: Mechanik und Konstruktiver Maschinenbau
• Förderung: Förderung in 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 223279377

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das von der DFG genehmigte Großgerät Achsprüfstand wurde 2014 aufgebaut und zunächst ohne PKW-Achse in Betrieb genommen. Eine speziell entwickelte, Stateflow-basierte Sicherheitssoftware und eine zusätzlich installierte Schutzwand ermöglichen die sichere Inbetriebnahme und den sicheren Betrieb des Prüfstandes. Die auf dem Echtzeitsystem installierte Sicherheitssoftware überwacht beispielsweise die Plausibilität der Sensorsignale, max. zulässige Kräfte und Wege. Im Falle eines Fehlers schaltet sie innerhalb von 0.125msec den Prüfstand in einen sicheren Zustand, sodass Schäden im Betrieb vermieden werden können. Zunächst wurden Messungen zur Identifikation der noch unbekannten Systemparameter durchgeführt und damit das Modell des Prüfstands validiert. Auf der Basis dieser Modelle konnten erste Regler und Beobachter für den Hexapoden ohne Prüfling ausgelegt und erfolgreich in Betrieb genommen werden. Die angestrebte Bandbreite von 50-60Hz für die Position des Hexapod (ohne Achse) konnten erreicht werden. Die besten Ergebnisse konnten dabei mit einem Sliding-Mode-Beobachter erzielt werden. In 2015 wurde eine PKW-Vorderachse (VW Golf) beschafft und in den Prüfstand eingebaut. Die zuvor erprobte Lageregelung wurde genutzt, um im ersten Schritt die Kinematik der PKW-Achse zu vermessen. Zur Messung der Kräfte und Momente an der Radnabe wurde die im Rahmen des Großgeräts beschaffte Kraftmessnabe verwendet. Da die Auswerteelektronik des Herstellers die erforderliche hohe Abtastrate von mindestens 8KHz nicht realisieren konnte, wurde vom Lehrstuhl eine eigene Auswerteelektronik entwickelt und die vom Hersteller verwendeten Signalverarbeitungsalgorithmen auf der Echtzeithardware implementiert, so dass die erforderliche Abtastrate erreicht werden konnte. Mit diesen Erweiterungen konnte die zuvor erprobte breitbandige Lageregelung auch mit eingebauter Achse betrieben werden, wobei eine überlagerte Kraft- und Momentenregelung eine weitgehend verspannungsfreie Bewegung der Achse gewährleistete. Darüber hinaus wurden erste Ansätze für eine hybride Weg-, Kraft- und Momentenregelung sowie für eine HiL-Simulation entwickelt, erprobt und publiziert.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• 2-DOF State Control Scheme for the Motion Control of a Parallel Kinematic Machine. Proceedings of the 2nd International Conference on Control and Fault-Tolerant Systems, S. 744-749, Nice, 9. - 11. Okt. 2013, IEEE
  Flottmeier, Sarah; Trächtler, Ansgar
  
• Beobachterbasierte Regelung von Parallelkinematiken in kartesischen Koordinaten. Tagungsband Mechatronik 2013, S. 187-192, 6. - 8. Mrz. 2013
  Flottmeier, Sarah; Trächtler, Ansgar
  
• Sliding Mode and Continuous Estimation Techniques for the Realization of Advanced Control Strategies for Parallel Kinematics. Proceedings of the 19th IFAC World Congress, Cape Town, South Africa, 24. - 29. Aug. 2014 IFAC
  Flottmeier, Sarah; Olma, Simon; Trächtler, Ansgar
  
• Test Rig for the Hardware-in-the-Loop Simulation of Mechatronic Axles. Proceedings of the 9th International Fluid Power Conference, Band 3 , S. 366-377, Aachen, 24. - 26. Mrz. 2014
  Flottmeier, Sarah; Jäker, Karl-Peter; Trächtler, Ansgar
  
• Regelung eines hydraulischen Hexapoden zur Echtzeitsimulation von Straßenanregungen. VDI-Berichte 2233, 7. VDI/VDE-Fachtagung AUTOREG, S. 267-277, Jun. 2015 VDI/VDE-GMA, VDI Verlag Düsseldorf
  Flottmeier, Sarah; Kohlstedt, Andreas; Trächtler, Ansgar
  
• Control of a hydraulic hexapod for a Hardware-in-the-Loop axle test rig. at-Automatisierungstechnik, 64(5): S. 365-374, Mai 2016
  Kohlstedt, Andreas; Olma, Simon; Flottmeier, Sarah; Traphöner, Phillip; Jäker, Karl-Peter; Trächtler, Ansgar
  
• Flachheitsbasierte Positionsregelungen für Parallelkinematiken am Beispiel eines hochdynamischen Hexapoden. Dissertation, Universität Paderborn 2016
  Knoop geb. Flottmeier, Sarah
  
• Indirect Force Control in Hardware-in-the-Loop Simulations for a Vehicle Axle Test Rig. 14th International Conference on Control, Automation Robotics & Vision (ICARCV), Phuket, Thailand, 13. - 15. Nov. 2016, IEEE
  Olma, Simon; Kohlstedt, Andreas; Traphöner, Phillip; Jäker, Karl-Peter; Trächtler, Ansgar
  
• Nichtlineare Zustandsregelung mit Sliding-Mode-Beobachter für einen Achsprüfstand mit hydraulischem Hexapoden. GMA Fachausschuss 1.40 "Theoretische Verfahren der Regelungstechnik", Anif/Salzburg, Austria, 21. - 23. Sep. 2016, VDI/VDE-GMA
  Olma, Simon; Traphöner, Phillip; Kohlstedt, Andreas; Trächtler, Ansgar
  
• Substructuring and Control Strategies for Hardware-in-the-Loop Simulations of Multiaxial Suspension Test Rigs. Proceedings of the 7th IFAC Symposium on Mechatronic Systems, Loughborough, UK, 5. - 8. Sep. 2016, IFAC
  Olma, Simon; Kohlstedt, Andreas; Traphöner, Phillip; Jäker, Karl-Peter; Trächtler, Ansgar