Prüfstand zur Entwicklung und Validierung einer Methodik zur Hardware-in-the-loop-Simulation von PKW-Achsen
Final Report Abstract
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.
Publications
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Olma, Simon; Kohlstedt, Andreas; Traphöner, Phillip; Jäker, Karl-Peter; Trächtler, Ansgar
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Olma, Simon; Kohlstedt, Andreas; Traphöner, Phillip; Jäker, Karl-Peter; Trächtler, Ansgar
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2016.10.533)
