Green Success

Die Automobilindustrie setzt weltweit auf innovative Antriebskonzepte wie Elektrifizierung der Antriebe, z.B. mittels Elektromotoren oder Brennstoffzellen, und Weiterentwicklung verbrennungsmotorischer Antriebssysteme.

Green Success

Unsere Kompetenz in neuen Technologien
Die Automobilindustrie setzt weltweit auf innovative Antriebskonzepte wie Elektrifizierung der Antriebe, z.B. mittels Elektromotoren oder Brennstoffzellen, und Weiterentwicklung verbrennungsmotorischer Antriebssysteme. Verringerung des CO2-Ausstoßes bei gleichzeitig genauso komfortablem Fahrverhalten – das ist ein aktuelles Ziel der Fahrzeugentwicklung.

Auch außerhalb der Automobilindustrie ist die Nachfrage nach mehr Effizienz und neuen Konzepten groß. Zum Beispiel ist der Ausstieg aus der Abhängigkeit von Kernkraft hin zu regenerativer Energie auf dem besten Wege und besonders dafür sind zuverlässige Regelsysteme wichtiger denn je.

Grüne Kompetenz mit dSPACE Produkten

Mit den bewährten dSPACE Produkten kann das komplexe Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten in einem Hybrid- oder Elektroantrieb bereits in frühen Entwicklungsphasen getestet werden. Dadurch wird der gesamte Entwicklungsprozess beschleunigt und die Qualität der Steuergeräte sichergestellt.

Vom architekturbasierten Systementwurf und blockdiagrammbasierten Funktionsprototyping über die automatische Seriencode-Generierung bis zum Steuergeräte-Test unterstützt dSPACE alle Entwicklungsphasen. Die Vorteile sind offensichtlich:
  • Vorverlagerung von Tests – schnelle Entwicklung
  • Qualitätssicherung – zuverlässige Produkte
  • Durchgängiger Prozess – Werkzeuge aus einer Hand

 

Green Success Stories
dSPACE ist seit über 20 Jahren aktiver Partner der Automobilindustrie und unterstützt die Forschung und Entwicklung neuer Antriebstechnologien. dSPACE Produkte waren bei der Optimierung von Downsizing-Motoren, Elektroautos, Hybridantrieben (Mikro-, Mild-, Vollhybrid) sowie bei der Entwicklung von Wasserstofffahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb und vielem mehr im Einsatz.
Neben dem automotiven Bereich profitieren zum Beispiel auch Windenergiekonverter von den dSPACE Produkten. 

Erfolgsstory Younicos

Younicos: Neue Energie

Eine autonome, CO2-neutrale Stromversorgung, basierend auf regenerativen Energien für abgelegene Orte wie Inseln oder Dörfer, die weit vom Stromnetz entfernt sind: Genau das plant und entwickelt Younicos. Das erste Projekt ist für die Azoren-Insel Graciosa, bei der 70-90% der notwendigen Energie aus Sonne und Wind gewonnen werden könnten und die verbleibenden 10-30% aus lokal erzeugten Biokraftstoffen. Um Versorgungsschwankungen abzufangen, wird eine 3 Megawatt-Natrium-Schwefel-Batterie als elektrischer Speicher eingesetzt. Zudem wird die Insel komplett unabhängig von fossilen Brennstoffen sein.

 

Entwicklung der Konvertersteuerung

Die Batteriekonvertersteuerung hat zwei Hauptkomponenten: einen Echtzeit-Controller und ein Kommunikationssystem. Auf der Suche nach der optimalen Konvertersteuerung setzt Younicos auf Rapid Prototyping, um unterschiedliche Regelalgorithmen für Spannung und Frequenz zu testen, die in MATLAB®/Simulink® entworfen wurden. Für die eigentlichen Tests kam die AC Motor Control Solution von dSPACE zum Einsatz. Diese besteht aus einem DS1005 Processor Board und einem DS5202 FPGA Base Board mit einem Piggyback-Modul. Die Algorithmen werden mit dSPACE Real-Time Interface (RTI) auf dem DS1005 implementiert und auf dem Board ausgeführt. Das DS5202 stellt die notwendigen I/O-Anschlüsse zwischen dem Processor Board und dem Converter zur Verfügung. Sobald Änderungen an einem Algorithmus vorgenommen werden, können diese mit RTI schnell von MATLAB/Simulink auf das DS1005 übertragen werden.
 

Simulation von Verbrauch, Wind und Sonne

Zur Simulation von Windturbinen und Solarkraftanlagen implementierte Younicos eigene Simulationsmodelle auf mehreren DS1005 PPC Boards und führte diese aus. Echte Wind- und Sonnendaten, die auf der Insel La Graciosa gemessen wurden, liefern die Eingabeparameter, um die derzeit verfügbare Leistung festzustellen. Die verfügbare Leistung wird mit einem Verbrauchsprofil verglichen, das den täglichen Strombedarf der Inselbevölkerung darstellt. Konverter übernehmen dann die Energieverteilung. Jede Batterie ist über einen Konverter mit dem simulierten Stromnetz gekoppelt. Die Netzbelastung wird von einem anderen Konverter dargestellt, der ein skaliertes Lastprofil der Insel durchläuft. Die Sonnenkraftanlage speist eine autonome Ladestation für Elektrofahrzeuge.
 

Durchführung des Projekts

Im August 2012 unterzeichneten Younicos und lokale Stromanbieter ein Abkommen zur Stromabgabe in das Stromnetz und zum Strompreis – die kommerzielle Basis des Projekts. Der Bau von Sonnenkollektoren, Windkraftanlagen und des Akkus wird voraussichtlich Ende 2014 abgeschlossen sein und das Gesamtsystem kann seinen Betrieb aufnehmen.

 

Erfolgsstory
MAGNA STEYR

Hybridantrieb

MAGNA STEYR integrierte zusammen mit Kooperationspartnern neue Hybrid-Komponenten in einem Fahrzeug und implementierte das Regelsystem auf Basis eines dSPACE Prototyping-Systems (MicroAutoBox plus RapidPro). Der Hybridantrieb wurde im Hybrid-Demofahrzeug HySUV (Mercedes M-Klasse) mit einem dSPACE Prototyping-System als zentrale Antriebsstrangsteuerung realisiert. MAGNA STEYR und die Partner setzten das Demofahrzeug als Plattform für weitere Optimierungen von Fahrverhalten, Verbrauch und Emissionen ein.

 

Antriebssysteme für die Zukunft

MAGNA STEYR entwickelt dafür gemeinsam mit MAGNA POWERTRAIN und Siemens VDO, gestützt auf wissenschaftliche Ergebnisse aus dem Kompetenznetzwerk „Fahrzeugantriebe der Zukunft“ K-net KFZ, modulare Hybridantriebssysteme. Mit Unterstützung der OEMs werden bei MAGNA entwickelte Hybridkomponenten in die Antriebsstränge von Prototypfahrzeugen integriert, um Optimierungspotentiale hinsichtlich Verbrauch, Dynamik und Emissionen zu untersuchen. Die Steuerung und Vernetzung der neuen Komponenten im Antriebsstrang werden mit dem dSPACE Prototyping-System (MicroAutoBox plus RapidPro) auf Basis einer zentralen Hybrid-Fahrstrategie umgesetzt. MAGNA STEYR sorgte für die Integration in das Hybrid-Demofahrzeug HySUV. Automatik- und Verteilergetriebe eines Mercedes ML350 wurden durch ein automatisiertes Schaltgetriebe und ein E4WD-Modul von MAGNA ersetzt, das aus zwei elektrischen Antrieben und Kupplungen besteht. Auf diese Weise wird ein Vollhybrid-Antriebsstrang mit elektrischem Allradantrieb realisiert. Als Energiespeicher dient ein bei MAGNA STEYR entwickeltes Lithium-Ionen-Batteriesystem.
 

Prototyping-Hardware und Funktionsentwicklung

Die Steuerungssoftware umfasst die Funktionen und Schnittstellen des gesamten Momentenpfads im Antriebsstrang. Ziel war es, alle Komponenten des Hybrid-Antriebsstrangs mit nur einem Prototyping-System zu steuern. Zusätzlich zur MicroAutoBox, ihrer Standardplattform für die Software-Entwicklung, entschied sich MAGNA STEYR für ein RapidPro-System, um das breite Spektrum an Signalkonditionierung und Leistungsendstufen effizient zu realisieren. Die Flexibilität durch software- und hardwarekonfigurierbare Signal-I/O ist insbesondere in frühen Phasen einer Prototypentwicklung von Vorteil, wo Sensorik und Aktorik noch nicht vollständig definiert sind. Nach erfolgreicher Implementierung  der Funktionssoftware und deren Test ging MAGNA STEYR in die Fahrversuchsphase mit dem Ziel weiterer Optimierungen über.

Erfolgsstory
Ohio State University

Siegreiches Hybrid-SUV
Als Teil des Wettbewerbs entwickelten die Studenten ein Hybridfahrzeug, das durch eine Kombination aus Turbolader-Dieselmotor, einem riemengetriebenen Starter-Generator und einer Drehstrom-Induktionsmaschine betrieben wird. In diesem Aufbau sind die Front- und Heckantriebssysteme nicht direkt, sondern nur über die Fahrbahn miteinander „gekoppelt“.

 
Regelimplementierung mit der MicroAutoBox
Vor der eigentlichen Implementierung testete die Universität die Leistung der Regelstrategie mit den in MATLAB®/Simulink® entworfenen Simulationswerkzeugen. Anschließend wurde die Regelstrategie mit Hilfe von Real-Time Interface und dem RTI CAN Blockset von dSPACE auf dem MicroAutoBox-System implementiert. Die MicroAutoBox wird über dSPACE Real-Time Interface und dem RTI CAN Blockset mit dem Steuermodul des Antriebsstrangs verbunden. Die MicroAutoBox ist die primäre Fahrzeugsteuerung für grundlegende Hybrid-Antriebsstrangfunktionen wie Leistungsoptimierung, Batterieladesteuerung, Motorstart und –stopp, Drehzahlsteuerung, elektronische Traktionskontrolle und regeneratives Bremsen. In unserem Fahrzeug kommuniziert die MicroAutoBox mit mehreren Steuermodulen über duale CAN-Busse. Die vielseitige I/O-Schnittstelle vereinfacht die Integration mehrerer analoger und digitaler I/Os in die Regler der zusätzlichen Hybrid-Komponenten. Der schnelle numerische Prozessor der MicroAutoBox ermöglicht die Implementierung rechenintensiver Algorithmen an Bord des Fahrzeugs.

Erfolgsstory Deutz

Entwicklung von Hybridantrieben für mobile Arbeitsmaschinen
In Zusammenarbeit mit dem Radladerspezialisten Atlas-Weyhausen hat Deutz für einen Atlas-Weyhausen Radlader vom Typ AR-65 Super mit Hilfe von dSPACE Werkzeugen ein sogenanntes „Mild“-Hybrid-System entwickelt. Mild bedeutet, dass der Elektromotor starr an den Dieselmotor gekoppelt ist und häufiges Bremsen und Beschleunigen unterstützt.

Die folgenden Werkzeuge kamen für die Entwicklung der Software-Funktionen des Hybrid-System-Steuergerätes zum Einsatz:
  • MicroAutoBox (als Hybridsystem-Steuergerät)
  • Real-Time-Interface (zum Aufsetzen der I/O-Schnittstellen für die MicroAutoBox)
  • RTI CAN MultiMessage Blockset (zum Aufsetzen der CAN-Kommunikation)
  • ControlDesk® (für die Kalibrierung der Hybrid-Funktionen)
 
Die Nutzung des RTI und des RTI CAN MultiMessage Blocksets erlaubte es Deutz, in nur 3 Monaten eine funktionstüchtige System-Software auf der MicroAutoBox zu implementieren. Hierbei erwies sich insbesondere das RTI CAN MultiMessage Blockset als ein sehr komfortabel zu bedienendes Werkzeug, das durch die Möglichkeit CAN-Konfigurationsdateien (DBC-Dateien) zu verlinken, ein sehr schnelles Aufsetzen der CAN-Kommunikation ermöglichte. Im Radlader wurden drei CAN-Kanäle aufgebaut: Motor-CAN, Hybrid-CAN und Fahrzeug-CAN. Durch das direkte Programmieren der System-Software in Simulink konnten die erstellen Software-Funktionen sofort an einem Streckenmodell (MIL) erprobt werden, das die Komponenten Dieselmotor, E-Maschine, Umrichter, Batterie, Arbeits- und Fahrhydraulik enthält. Damit war ein Test der Software-Funktionen bereits möglich, lange bevor die ersten Prototyp-Komponenten verfügbar waren. Dies war wegen der sehr kurzen Entwicklungszeit für dieses Projekt zwingend erforderlich.
Mittels der vorgetesteten Software-Funktionen und der per RTI konfigurierten In- und Outputs (Digital, Analog, PWM, CAN) hat Deutz einen auf der MicroAutoBox lauffähigen Software-Stand erstellt und am Prüfstand erprobt. Die Erprobung und  Applikation der Funktionen wie z.B. der Start/Stopp-Funktion erfolgte mittels ControlDesk.

Anschließend wurde der Radlader mit der MicroAutoBox als übergordnetem Hybrid-System-Steuergerät in Betrieb genommen und die Funktionen Power-Boost, Lastpunktanhebung und Lastpunktverschiebung implementiert.