Transcript Simulation mechatronischer Systeme im Automobil

Flugzeug- Elektrik und Elektronik
Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz
Simulation mechatronischer
Systeme im Automobil
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Flugzeug- Elektrik und Elektronik
Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz
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
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Flugzeug- Elektrik und Elektronik
Mechatronik
• (intelligente) Aktorik
• (intelligente) Sensorik
Elektrotechnik,
Elektronik
• (intelligente) Sensor/Aktor- Systeme
• Aufbau- und Verbindungstechniken
• Mikrosystemtechnik
• Robotik
Informationstechnologie
Mechanik,
Maschinenbau
• Multi-Domain Simulation
• HIL
• Rapid Controller Prototyping
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Entwicklungsprozess ohne Mechatronik
MechanikEntwicklung
ProduktDefinition
Optimierung
Elektromechanisches
Produkt
ElektronikEntwicklung
Optimierung
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„Mechatronischer“ Entwicklungsprozeß
ProduktDefinition
Mechanisches/
elektronisches
Codesign
Mechatronisches
Produkt
Optimierung
<c> G. Schmitz
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Simulationsverfahren
Komponentenbasierte Modelle
Verhaltensbasierte Modelle

d/dt

&
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Simulationsverfahren
FE- Modelle (FE = Finite Elemente)
Kraftverlauf
900
F
F
F
F
F
F
F
800
700
/
/
/
/
/
/
/
N
N
N
N
N
N
N
1A
1,5A
2A
2,5A
3A
3,5 A
4A
Kraft [Newton]
600
500
400
300
200
100
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Ankerabstand x [mm]
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Beispiele für Mechatronik im Automobil
• Motorsteuerungssysteme
 Elektromagnetischer Ventiltrieb
 Klappen- und Ventilsteuerung (Drall, Tumble, AGR, …)
 Direkteinspritzung
…
Beispiele aus
• Sicherheit
Projekten an der
 EHB, ABS, ESP (bekannt durch “Elchtest”)
FH-Aachen
 Reifendruckkontrolle
 Crash/PreCrash- Protection (Airbag, Gurtstraffer, …)
…
• Komfort
 Schaltbare oder aktive Motorlagerung
 Keyless- Entry- Systeme
 Adaptives Kurvenlicht, automatisch abblendende Spiegel
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…
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Beispiel: Elektro- Mechanischer Ventiltrieb
(EMV)
Kooperationspartner:
FEV Motorentechnik
Problem:
Geräuschentwicklung beim
Auftreffen des
Magnetankers auf die
Polflächen
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Lösungsansatz:
Optimierung der elektronischen Ansteuerung und
des magnetischen Systems
Hierzu Entwicklung eines Simulationsmodells
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Aktuator in Betrieb
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FE- Simulationsmodell Magnetmodell
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„Mechatronischer Schaltplan“ des EMV- Aktuators
damping of
armature
closing
magnet
eddy current losses
voltage
clipping
mass of
armature
armature
limitation
fine controlled
u_oe, i_oe
coil
opening
current
cylinder head
resistance magnet
source
mounting
upper
spring
Ankerweg,
armature
v_Anker
position
and volocity
mass of
valve spring
valve spring and
damping
mass of
valve
valve
seating and
valve gap
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Ergebnis
Mit Hilfe des Simulationsmodells der FHAachen 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.
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Beispiel: Elektro- Hydraulische Bremse
(EHB)
Kooperationspartner:
Continental TEVES
Problem:
Es existierte nur ein unzureichendes Modell für das
Magnetventil ohne Simulation der Rückwirkung
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Vorgehen:
Analyse des EHB- Ventils
Entwicklung von Teilmodellen für
• Magnetkreis
• Mechanik
• Hydraulik
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Ergebnis
Mit Hilfe des Simulationsmodells der FHAachen 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
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Beispiel: schaltbares Motorlager
Kooperationspartner:
TRELLEBORG Automotive
Problem:
unzulässige Erwärmung des schaltbaren Lagers,
zu hohe Leistungsaufnahme
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Vorgehen:
Entwicklung Antsteuerschaltung
Modifikation Spulenauslegung
dabei intensiver Einsatz von Simulation
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Erzielte Reduktion des Energieverbrauchs
Leistung in Watt für zwei Motorlager
100
90
80
-95%
70
60
50
40
30
20
10
0
Ausgangssituation
FH-Realisierung
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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
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