Mit modellbasierter Softwareentwicklung das Schaltverhalten eines Mehrgangklauengetriebes optimieren

Exaktes Simulationsmodell

Anzeige
Die Verwendung eines Elektromotors in Kombination mit einem Mehrganggetriebe mit Klauenschaltung bringt Vorteile mit sich. Besonders im Bereich der Effizienz des geforderten Schleppmomentes oder auch beim benötigten Platzbedarf gegenüber einem direkten Elektroantrieb mit nur einer Gangstufe. Ein solches System muss alle Anforderungen entsprechend der ISO 26262 und den damit verbunden safety goals erfüllen. Daraus können ein erhöhtes Entwicklungsrisiko und damit verbundener Mehraufwand in der Entwicklung entstehen.

Die Autoren: Martin Kern, Markus Schnabler und Dr. Thomas Hackl, Hofer Forschungs- und Entwicklungs GmbH, Garsten, Österreich

Um diese Risikofaktoren in einer frühen Entwicklungsphase einzudämmen, verwendet Hofer Powertrain eigens entwickelte Systemsimulationsmodelle auf Basis von LMS Imagine.Lab AMESim und speziell entwickelte Softwarealgorithmen in der Design- und Auslegungsphase. Diese Softwarealgorithmen ermöglichen eine bessere Bewertung und Reduzierung des erhöhten Entwicklungsrisikos. Diese Entwicklungsschritte werden nach dem weltweit anerkannten V-Prozess durchgeführt.
Die in der Systemanalyse generierten Modelle werden dann aus AMESim in sogenannte S-Funktionen exportiert, um sie dann in die modellbasierte Software Entwicklungsumgebung von Matlab/Simulink einsetzen zu können. Der damit verbundene Mehrwert entsteht dadurch, dass sowohl in der Systemanalyse als auch in der Softwareentwicklung dieselben Streckenmodelle, vereinfacht gesagt der Nachbau des physikalischen Gesamtsystems wie Triebstrang, Antriebsmaschine und Getriebe verwendet wird. Dadurch kann schon in der Design- und in der ersten Testphase von neu entwickelten Software-Algorithmen detailliert auf physikalische Effekte reagiert werden.
Entwicklungsphase
Der erste Schritt in der Entwicklung einer Klauenschaltung ist die mechanische Auslegung der Geometrie der Klaue. Diese bestimmt in welchem Drehzahlband sich der Verbund aus Klaue und Aktuierung einlegen bzw. auslegen lässt. Verwendet man eine stumpfe Klauenform, so lässt sich diese nur in einem symmetrischen Drehzahlband, das mit einem definierten Offset versehen ist, ober- und unterhalb der Synchronisierungsdrehzahl schalten. Wird die Drehzahldifferenz von Eingangsdrehzahl und Abtriebsdrehzahl zu groß, riskiert man eine erhöhte Geräuschentwicklung oder sogar eine Abweisung der Schaltung. Gleiches gilt für eine zu weite Annäherung der Antriebsdrehzahl an die Abtriebsdrehzahl.
Verwendet man jedoch eine spitze Klauenform, so ist es nötig, die Eingangsdrehzahl besonders genau an die Abtriebsdrehzahl anzupassen. Des Weiteren bestimmt die verwendete Klauengeometrie auch das maximale Moment, mit der eine Schaltung durchgeführt werden kann. Alle diese Einflussfaktoren sind ausschlaggebend für die erfolgreiche Erstellung eines Sicherheitskonzeptes nach der ISO 26262. Deshalb beginnt man bereits in der Konzeptphase während der Systemanalyse ein möglichst exaktes Simulationsmodell des gesamten Getriebes und auch des Fahrzeuges in AMESim abzubilden. Somit kann man schon sehr früh sicherheitsrelevante Funktionen wie z. B. das Auslegen eines Ganges, während das maximale Drehmoment der Antriebsmaschine am Getriebeeingang anliegt, überprüfen und so gegebenenfalls das Getriebekonzept an die definierten Sicherheitsziele anpassen.
Modellbasierte Softwareentwicklung
Für modellbasierte Softwareentwicklung in Matlab/Simulink/TargetLink ist es nun von Vorteil, dieses detaillierte Modell aus AMESim weiter zu verwenden. Um dies zu bewerkstelligen, greift man auf die bereits erwähnten S-Funktionen zurück. Das bestehende Simulationsmodell wird von AMESim in einen C-Code Stand Alone exportiert. Der Vorteil liegt darin, dass auf dem Entwicklungsrechner für die Applikationssoftware keine gültige AMESim- Lizenz installiert sein muss und auch der Entwicklungsingenieur keine fundierten Kenntnisse in der Bedienung von AMESim benötigt.
Auch ein Einbinden der generierten S-Funktion in andere Systeme wie z. B. in ein Echzeit-Hardware-in-the-Loop-System, auch HIL-System genannt, ist möglich. Hier greift man jedoch oft auf ein vereinfachtes physikalisches System zurück, um ein Ausführen der Applikation in Echtzeit zu ermöglichen. Über einen definierten Interface Layer bleibt die S-Funktion parametrierbar. So kann man z. B. die Klauengeometrie zwischen verschiedenen Simulationsläufen anpassen. Anhand der Testergebnisse lassen sich weiterführend verschiedene Softwarefunktionen gegenüberstellen und bewerten. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, neu entwickelte Softwarealgorithmen auf ihre Robustheit zu überprüfen oder bereits bestehende Algorithmen in ein neues System zu integrieren. Hauptaugenmerk bei der Entwicklung der Applikationssoftware für ein System mit Klauenschaltung wird auf die Regelung der Klauenposition und das Synchronisierungsverhalten des Elektromotors und dessen Einfluss auf Antriebsstrangschwingungen gelegt. Wird die Drehzahlsynchronisierung mit einem zu steilen Gradienten durchgeführt, riskiert man eine unerwünschte Schwingung im Antriebsstrang. Synchronisiert man die Drehzahl mit einem zu flachen Gradienten, zieht man die Schaltung unnötig in die Länge. Dadurch wird auch die Zeit, in der kein Drehmoment übertragen werden kann, länger.
Sind nun die benötigten Software-Algorithmen erstellt und durch einen definierten Testprozess auf ihre Robustheit im sogenannte MIL (Model in the Loop) getestet, kann damit begonnen werden, die Applikationssoftware für die Erzeugung des C-Codes vorzubereiten. Hauptaufgabe dabei ist die Umstellung von Floating-point- auf Fixed-point-Datentypen. Viele Steuergeräte haben eine begrenzte Kapazität bezüglich CPU Rechenleistung und auch den zur Verfügung stehenden Speicher. Eine erfolgreiche Umstellung der Datentypen ist oft abhängig vom Geschick des Entwicklungsingenieurs der einen Mittelweg aus Skalierung der verwendeten Datentypen und dem Speicherbedarf finden muss.
Ist die Umstellung erfolgt, wird der sogenannte SIL(Software in the Loop)-Code mittels TargetLink generiert. Dieser generierte Code ist nun jener, der später auch auf dem verwendeten Getriebesteuergerät laufen soll. Mithilfe diverser Tools und speziell entwickelter Testumgebung wird nun der SIL-Code gegen den MIL-Code abgeprüft. Erfüllt der generierte SIL-Code alle definierten Kriterien und Anforderungen an eine Getriebesteuersoftware kann damit begonnen werden, die Software für das Steuergerät zu kompilieren. Anschließend wird die Applikationssoftware auf dem Getriebesteuergerät integriert und das Getriebe in Betrieb genommen. Zu diesem Zeitpunkt ist bereits aufgrund der simulationsbasierten Entwicklungsmethodik ein hoher Reifegrad und somit eine höhere Funktionssicherheit gegeben, was die zeitkritische Applikationsarbeit sicherer und effizienter gestaltet.
Hofer, Tel.: +43 (0)7252 70661-23, martin.kern@hofer-powertrain.at
Anzeige

Aktuelle Ausgabe

Titelbild AutomobilKONSTRUKTION S5
Ausgabe
S5.2019
LESEN
ARCHIV
ABO

Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Whitepaper aller unserer Industrieseiten

Video-Tipps

Unser aktueller Video-Tipp: 100 Jahre BMW

Weiterbildung

Weiterbildungsangebote für den Konstruktions- und Entwicklungsingenieur

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de