For a better experience on dSPACE.com, enable JavaScript in your browser. Thank you!

Warum elektrische Antriebe?

Elektrische Antriebe haben zahlreiche Vorteile und einen weit gestreuten Anwendungsbereich, daher hat sich ihre Verwendung in den letzten Jahren vervielfacht. Elektromotoren können sehr klein sein und fast überall verbaut werden. Sie verfügen über eine hohe Dynamik und ermöglichen hohe Drehmomente bei kleiner Drehzahl. Andere Vorteile sind die Energieeinsparungen aufgrund Leistung auf Abruf, besserer Regelmöglichkeiten und vereinfachter Wartung.

All dies in Kombination mit den strengen Abgasnormen für automotive Anwendungen wird den Einsatz von Elektroantrieben weiter vorantreiben.

Anforderungen

Die Vorteile elektrischer Antriebe bringen auch spezifische Anforderungen an den Entwicklungs- und Testprozess mit sich.

Da elektrische Antriebe hochdynamisch sind, müssen das sowohl auch die Prototyping-Systeme sein, die für die Validierung und den Betrieb der Regler in der realen Umgebung notwendig sind, als auch die Testsysteme, die das korrekte Verhalten des finalen Seriensteuergeräts absichern. Daraus ergeben sich Herausforderungen wie kurze Simulationsschrittweiten, die Simulation von Sensoreingängen und die Synchronisierung mit der Pulsweitenmodulation (PWM).

Warum dSPACE?

Durch die jahrelange Erfahrung ist dSPACE mit den speziellen Anforderungen elektrischer Antriebe vertraut und bietet eine umfassende Werkzeugkette für Rapid Control Prototyping (RCP), automatische Seriencode-Generierung und Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulation. Die dSPACE Produkte arbeiten Hand in Hand, um eine komfortable Entwicklungs- und Testumgebung bereitzustellen. Sie profitieren von Hardware wie leistungsstarken Echtzeitprozessoren, benutzerprogrammierbaren FPGAs und umfassenden I/O-Schnittstellen. dSPACE bietet zudem Funktionsbibliotheken für die Datenverarbeitung und für Regler- oder Streckenmodelle. Ausgereifte Software unterstützt den Übergang vom ersten Funktionsmodell in Simulink® bis hin zu umfassenden Echtzeittests. dSPACE Hardware und Software bietet zusammen eine durchgängige Werkzeugkette, deren Einzelkomponenten präzise aufeinander abgestimmt sind.

dSPACE unterstützt Kunden weltweit von der ersten Reglerentwicklung bis zu den letzten Abnahmetests. Während des gesamten Entwicklungsprozesses bietet die dSPACE Engineering Services auch bei anspruchsvollsten Projekten umfassende Unterstützung. All das, um größtmögliche Flexibilität bei maximalem Komfort zu ermöglichen.

Entwicklungsprozess mit Rapid Control Prototyping

Reglerentwurf und Rapid Control Prototyping

Der zunehmende Einsatz elektrischer Motoren bringt größere Aufwände für die Entwicklung, die Validierung und die Implementierung der erforderlichen Regelalgorithmen mit sich. Diese zusätzliche Arbeitslast kann durch den modellbasierten Entwurf zusammen mit Rapid Control Prototyping (RCP) minimiert werden, um die Entwurfsiterationen der Regelalgorithmen auf dem realen Steuergerät zu beschleunigen.

Neue Reglerfunktionen werden typischerweise auf Basis des Modells in MATLAB®/Simulink®/Stateflow® entwickelt.

Die dSPACE RCP-Systeme machen die neuen Regelalgorithmen greifbar. Sie können neue Regelstrategien optimieren und in einer realen Umgebung schnell und ohne Einschränkungen testen. So können Sie Design-Fehler sofort finden und Korrekturen unmittelbar vornehmen.

Schnelle Iterationen – maximale Freiheit

dSPACE bietet ein breites Portfolio an Standard-Software- und -Hardware-Komponenten für den Einsatz im Fahrzeug, zum Beispiel die modulare AutoBox und die kompakte MicroAutoBox II, oder für den Einsatz im Labor oder am Prüfstand, zum Beispiel die modulare Expansion Box und die kompakte MicroLabBox. Da die RCP-Hardware in Bezug auf Rechenleistung und Speicherkapazität deutlich leistungsstärker ist als die eigentlichen Seriensteuergeräte, unterliegt sie nahezu keinerlei Hardware-Einschränkungen. Die RCP-Hardware kann das Steuergerät ersetzen oder ein bestehendes erweitern, zum Beispiel, wenn Sie nur Teile der Steuergeräte-Funktionalität anpassen möchten. Um das RCP-System an bestehende Steuergeräte anzupassen, bietet dSPACE eine umfangreiche Tool-Landschaft für die Steuergeräte-Schnittstellen, zum Beispiel den ECU Interface Manager und das DCI-GSI2.

Mit der Implementierungssoftware dSPACE Real-Time Interface (RTI) lassen sich mit MATLAB®/Simulink®/Stateflow® entworfene Modelle mit einem Klick auf der dSPACE RCP-Hardware implementieren. Eine grafische RTI-Blockbibliothek mit zahlreichen Schnittstellenfunktionen sorgt für die Anbindung von Ein- und Ausgängen an das Modell. Mit der dSPACE Experimentier-Software ControlDesk® können Sie Regelalgorithmen mit grafischen Instrumenten optimieren, indem Sie Variablen zur Laufzeit überwachen und einstellen. Wenn die eigentliche Funktion des Regelalgorithmus während der Tests modifiziert werden muss, können Sie diese solange in Simulink korrigieren und wieder auf die Hardware zurückspielen, bis alle Anforderungen erfüllt sind. Die perfekte Interaktion von dSPACE Hardware und Software ermöglicht eine komfortable Entwicklungs- und Testumgebung.

Der TargetLink-Code ist dabei mindestens so effizient wie menschliche Programmierer hinsichtlich Speicherbedarf und Ausführungszeit – ohne dabei Kompromisse bei der Lesbarkeit einzugehen.

Reglerimplementierung und Seriencode-Generierung

Sobald die neuen Funktionen entwickelt und gründlich getestet sind, müssen sie auf dem Zielsteuergerät implementiert werden. Das heißt, dass Seriencode aus dem MATLAB®/Simulink®/Stateflow®-Modell generiert wird, der spezifische Steuergeräte-Eigenschaften wie Speicher und Rechenleistung berücksichtigt.

Der Seriencode-Generator dSPACE TargetLink® generiert hocheffizienten C-Code direkt aus MATLAB/Simulink/Stateflow und erlaubt die frühe Verifikation durch Integration von Simulation und Test. Das verkürzt die Zeit für die Implementierung deutlich und sorgt für systematische Konsistenz von Spezifikation und Seriencode. Änderungen auf Modellebene werden schnell in Code übertragen.

Hocheffizienter Code – Vielfältig konfigurierbar

TargetLink ist speziell auf die Generierung von serienreifem Code ausgelegt. Der hocheffiziente Code hat zwei wesentliche Vorteile:

  • Wenig Platzanforderungen an den RAM/ROM-Stack-Speicher
  • Statische Analyse der Worst-Case-Ausführungszeiten

TargetLink-Leistungsmerkmale auf einen Blick

Typischer Entwicklungsprozess für Seriencode-Generierung mit TargetLink.

  • Seriencode-Generierung direkt aus Simulink®/Stateflow
  • Hocheffizienter Festkomma- und Fließkomma-Code
  • Umfassende Festkomma-Unterstützung einschließlich automatischer Skalierung
  • Leistungsstarke Funktionen für Software-Entwurf und -Test
  • Direkte Verifikation durch MIL/SIL/PIL-Simulation mit integrierter Datenaufzeichnung und -darstellung
  • Unterstützung modularer, komponentenbasierter Entwicklung
  • Effiziente Datenverwaltung mit dSPACE Data Dictionary
  • Umfassende native AUTOSAR-Unterstützung
  • Zertifiziert für ISO 26262, IEC 61508 und daraus abgeleitete Standards
  • TargetLink Ecosystem – leistungsstarke Werkzeugkette für die modellbasierte Entwicklung erweitert durch Werkzeuge und Services von Drittanbietern

Steuergeräte-Tests und Hardware-in-the-Loop-Simulation

Sind die Steuergeräte-Funktionen auf dem Seriensteuergerät implementiert, müssen sie in realistischen Szenarien getestet werden. Mit der Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulation wird die Steuergeräte-Umgebung simuliert (interagierende Komponenten oder sogar ein ganzes System). So lassen sich alle unterschiedlichen Motorvarianten und deren Steuergeräte abdecken.

Für realistische Reglertetsts für das Batteriemanagement bietet dSPACE das HIL-Simulatorsystem SCALEXIO und spezielle Hardware und Software für die Batteriesimulation, zum Beispiel Echtzeit-Hardware für HIL-Tests mit Hochspannungsgenauigkeit und galvanischer Isolierung oder Simulationsmodelle für Lithium-Ionen-Batterien und Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren. Um elektrische Antriebssysteme in Echtzeit zu simulieren, bietet dSPACE die FPGA-basierte I/O zum Erfassen der Gate-Treibersignale und zur Simulation des Motorstroms. Kombiniert mit den Simulationsmodellen wie der ASM Electric Components Library für die prozessorbasierte Simulation und die XSG Electric Components Library für die FPGA-basierte Simulation können Sie ein leistungsstarkes HIL-Testsystem aufbauen. Mit dem neuen Electrical Power Systems Simulation Package lassen sich die Simulationsmodelle für Prozessoren und FPGAs direkt aus der Schaltkreistopologie generieren. dSPACE Systeme decken Anwendungen ab, angefangen bei Gleich- und Wechselrichtern für die Simulation im geschlossenen Regelkreis mit elektrischer Antriebssteuerung über Gleichstromwandler bis hin zu Wind-/Solarenergiekonvertern.

Die Simulation der Steuergeräte-Umgebung (interagierende Komponenten oder sogar das Gesamtsystem) bietet mehrere Vorteile:

  • Funktionstests sind in einer frühen Entwicklungsphase möglich, sogar bevor alle Teile real vorhanden sind.
  • Labortests reduzieren Zeit und Kosten und finden unter kontrollierten Bedingungen statt.
  • Fehlfunktionen und Steuergeräte-Verhalten in Situationen, die normalerweise gefährlich wären, können ohne Risiko für den Fahrer und die Maschine getestet werden.
  • Die Tests sind reproduzierbar und automatisierbar.

Unterschiedliche Zugriffsarten auf die Steuergeräte des Elektromotors

Der HIL-Simulator kann auf mehreren Ebenen auf ein Steuergerät oder ein anderes System für die Steuerung des Elektromotors zugreifen. Welche Schnittstelle verwendet wird, hängt vom Testzweck und den Projektbedingungen ab:

  • Signalebene: Simulation der Leistungselektronik, des Elektromotors und der mechanischen Umgebung
    • Hochskalierbar, da Parameter ungeachtet der Leistungsebene flexibel eingestellt werden können.
    • Voller Zugriff auf das Modell
    • Der Zugriff auf interne Steuergeräte-Signale muss möglich sein.
  • Elektrische Leistungsebene: Emulation des Elektromotors und Simulation der mechanischen Umgebung
    • Es können Seriensteuergeräte einschließlich Leistungsendstufen eingesetzt werden.
    • Voller Zugriff auf das Modell
    • Motorparameter können innerhalb eines bestimmten Leistungsbereichs flexibel eingestellt werden.
  • Mechanische Ebene: Simulation der mechanischen Umgebung, des Seriensteuergeräts und des realen Motors:
    • Test der mechanischen Teile

Weiterführende Informationen Anwendungsbeispiele