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Simulation mechatronischer Systeme im Automobil. Forschungsschwerpunkt an der FH Aachen: Mechatronik für Kfz- Anwendungen. Lehrgebiet „Flugzeugelektrik/elektronik“, FB Luft und Raumfahrttechnik. Lehrgebiet „Mikrosystemtechnik“, FB Maschinenbau.

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Presentation Transcript
forschungsschwerpunkt an der fh aachen mechatronik f r kfz anwendungen
Forschungsschwerpunkt an der FH Aachen: Mechatronik für Kfz- Anwendungen

Lehrgebiet „Flugzeugelektrik/elektronik“,FB Luft und Raumfahrttechnik

Lehrgebiet „Mikrosystemtechnik“,FB Maschinenbau

Lehrgebiet „Verbrennungsmotoren“,FB Luft und Raumfahrttechnik

slide3

Mechatronik

Elektrotechnik,

Elektronik

Mechanik,

Informations-

Maschinenbau

technologie

  • (intelligente) Aktorik
  • (intelligente) Sensorik
  • (intelligente) Sensor/Aktor- Systeme
  • Aufbau- und Verbindungstechniken
  • Mikrosystemtechnik
  • Robotik
  • Multi-Domain Simulation
  • HIL
  • Rapid Controller Prototyping
entwicklungsprozess ohne mechatronik
Entwicklungsprozess ohne Mechatronik

Mechanik-

Entwicklung

Elektro-

Optimierung

Produkt-

mechanisches

Definition

Produkt

Elektronik-

Entwicklung

Optimierung

mechatronischer entwicklungsproze
„Mechatronischer“ Entwicklungsprozeß

Mecha-

tronisches

Produkt

Mechanisches/

Produkt-

elektronisches

Definition

Codesign

Optimierung

<c> G. Schmitz

simulationsverfahren

d/dt

&

Simulationsverfahren

Komponentenbasierte Modelle

Verhaltensbasierte Modelle

simulationsverfahren1
Simulationsverfahren

FE- Modelle (FE = Finite Elemente)

beispiele f r mechatronik im automobil
Motorsteuerungssysteme

Elektromagnetischer Ventiltrieb

Klappen- und Ventilsteuerung (Drall, Tumble, AGR, …)

Direkteinspritzung

Sicherheit

EHB, ABS, ESP (bekannt durch “Elchtest”)

Reifendruckkontrolle

Crash/PreCrash- Protection (Airbag, Gurtstraffer, …)

Komfort

Schaltbare oder aktive Motorlagerung

Keyless- Entry- Systeme

Adaptives Kurvenlicht, automatisch abblendende Spiegel

Beispiele für Mechatronik im Automobil

Beispiele aus Projekten an der FH-Aachen

slide9

Elektro-

Mechanischer

Ventiltrieb

EMV

slide10

Beispiel: Elektro- Mechanischer Ventiltrieb (EMV)

Kooperationspartner:

FEV Motorentechnik

Problem:

Geräuschentwicklung beim Auftreffen des Magnetankers auf die Polflächen

slide11

Lösungsansatz:

Optimierung der elektronischen Ansteuerung und des magnetischen Systems

Hierzu Entwicklung eines Simulationsmodells

slide14

„Mechatronischer Schaltplan“ des EMV- Aktuators

damping of armature

upper

spring

Ankerweg,

v_Anker

closing

magnet

voltage

clipping

armature position and volocity

mass of valve spring

mass of armature

valve spring and damping

eddy current losses

mass of valve

armature

limitation

valve seating and valve gap

fine controlled current source

u_oe, i_oe

coil

resistance

opening

magnet

cylinder head mounting

ergebnis
Ergebnis

Mit Hilfe des Simulationsmodells der FH-Aachen für das Simualtionssystem Saber ist beim Auftraggeber eine genaue Simulation des EMV-Systems möglich.

Das Modell wurde beim Auftraggeber danach weiterentwickelt.

Inzwischen kann ein geräuscharmer Betrieb realisiert werden.

beispiel elektro hydraulische bremse ehb
Beispiel: Elektro- Hydraulische Bremse (EHB)

Kooperationspartner:

ContinentalTEVES

Problem:

Es existierte nur ein unzureichendes Modell für das Magnetventil ohne Simulation der Rückwirkung

slide17

Vorgehen:

  • Analyse des EHB- Ventils
  • Entwicklung von Teilmodellen für
  • Magnetkreis
  • Mechanik
  • Hydraulik
ergebnis1
Ergebnis

Mit Hilfe des Simulationsmodells der FH-Aachen für das EHB-Ventil wird beim Auftraggeber eine genaue Simulation des EHB-Systems möglich

und damit eine realistische Vorhersage und Optimierung des Gesamtfahrzeugverhaltens in kritischen Situationen möglich

beispiel schaltbares motorlager
Beispiel: schaltbares Motorlager

Kooperationspartner:

TRELLEBORG Automotive

Problem:

unzulässige Erwärmung des schaltbaren Lagers,

zu hohe Leistungsaufnahme

slide20

Vorgehen:

Entwicklung Antsteuerschaltung

Modifikation Spulenauslegung

dabei intensiver Einsatz von Simulation

erzielte reduktion des energieverbrauchs
Erzielte Reduktion des Energieverbrauchs

Leistung in Watt für zwei Motorlager

-95%

conclusion
Mechatronik im Automobil hat zentrale Bedeutung im Auto von morgen

Simulation ist eine Schlüsseltechnik für künftige Entwicklungsprozesse

An der FH Aachen besteht bei allen wesentlichen Simulationstechniken umfangreiches Know- How, gerade im Hinblick auf Mechatronik- Simulationen

Ende

Conclusion
slide23

Leistungsgehäuse für mechatronische Systeme:

HIQUAD64 (Quelle: ST-Microelectronics)

Leistungsgehäuse für mechatronische Systeme:

PSO 36 (Quelle: ST-Microelectronics)

rapid controller prototyping
Rapid Controller Prototyping

Simulierter Regler

A

D

d/dt

D

A

&

Digitale

Inputs

Digitale

Outputs

Zu regelndes System

prinzip hil hardware in the loop
Prinzip HIL (Hardware In The Loop)

ECU

(Electronic Control Unit)

A

D

D

A

Digitale

Inputs

Digitale

Outputs

Simulierte Hardware (= zu regelndes System)

slide27

Geschlossene Ventilstellung Mittelposition Geöffnete Ventilstellung

Aktuator Feder

Schließt Magnet

Anker

Ventil Feder

Öffnet

Magnet

Ventil

Aktuatorprinzip des EMV

simulationsmodell des unteren magneten f r die fe simulation
Simulationsmodell des unteren Magneten für die FE- Simulation

Anker

„Luftspalt“

Spulen

Magnet Joch