Moderne elektrische Antriebe verbinden hohe Leistung mit perfekter Steuerung, bis auf die Mikrosekunde. Bei der Entwicklung heutiger Antriebe sind die Hersteller auf effiziente Plattformen angewiesen, die diese hohen Leistungen freisetzen und gleichzeitig die Betriebssicherheit gewährleisten. Um dies zu erreichen, nutzt JEE Hardware-in-the-Loop (HIL)-Tests mit leistungsstarker Software-Modellierung und SCALEXIO-Hardware von dSPACE.

Als Chinas führender Anbieter von elektrischen Antriebssystemen treibt JEE Entwicklungen in verschiedenen Bereichen voran. Diese reichen von einzelnen Komponenten bis hin zu hochintegrierten Lösungen, die aus Elektromotor, Umrichter und Untersetzungsgetriebe bestehen. Neben rein batterieelektrischen Systemen für Industriefahrzeuge und Pkws stehen auch E-Antriebssysteme für Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEV) im Fokus. Gemäß der Norm ISO 26262 muss auch die funktionale Sicherheit des Motorsteuerungssystems gewährleistet sein. Um die geforderte Sicherheit zu gewährleisten und die höchstmögliche Effizienz auf der Entwicklungsebene zu erreichen, setzte JEE in frühen Entwicklungsphasen dSPACE HIL-Systeme für Software-Sicherheitstests und die Validierung auf der Ziel-Hardware ein.

Mehrstufige Steuerung

Der typische Aufbau eines Motorsteuerungssystems besteht aus einem Controller und einem Leistungsmodul. Dieses leistungsstarke System berechnet Algorithmen und wandelt Steuersignale in dreiphasige Hochspannung für den Antrieb des Elektromotors um. Das vom Motor erzeugte Drehmoment wird auf den Antriebsstrang übertragen

Validierungssystem und Entwurf

Zur Validierung des Motorsteuergeräts stellte dSPACE JEE ein kundenspezifisches HIL-Simulationssystem zur Verfügung, das für die Simulation auf Signalebene ausgelegt ist. Das bedeutet, dass der eigentliche Regler des Steuergeräts unter Umgehung der Leistungsstufen an den HIL-Simulator angeschlossen wird und nur die relevanten Signale eingespeist werden. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass das Steuergerät vollständig validiert werden kann, ohne dass die realen Ströme und Spannungen unter Laborbedingungen erzeugt werden müssen. Dies senkt nicht nur Kosten und Ressourcenverbrauch, sondern ist auch besonders vorteilhaft für die Arbeitssicherheit, da mögliche Risiken durch potenziell gefährliche Spannungen und Ströme in der Testphase vermieden werden können.

Modelle des HIL-Simulators

In diesem HIL-System stellt sich Modelltopologie wie folgt dar: Das Simulationsmodell umfasst ein Umrichtermodell, ein Motormodell, ein Batteriemodell und ein mechanisches Modell. Die hohe Dynamik sowie die Regeleigenschaften des Umrichter- und Motormodells erfordern hohe Simulations- und Berechnungsgeschwindigkeiten. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, müssen die Simulationsalgorithmen in FPGA-Chips (Field Programmable Gate Array) implementiert werden. Die Struktur der JEE-Simulation ist daher entsprechend aufgeteilt: Der FPGA-Teil enthält Modelle, die eine schnelle Berechnung erfordern – Umrichter, Motoren und Resolver –, während der Hauptprozessorteil die weniger zeitkritischen Modelle enthält, z. B. das Lastmodell.