Mild-Hybrid-Test

Aufgabe

Das Ziel von Mild-Hybrid-Systemen ist es, den Verbrennungsmotor in Betriebspunkten zu unterstützen, in denen dieser vergleichsweise ineffizient ist. Diese Systeme stellen einen Kompromiss zwischen einer Verbesserung der Kraftstoffeffizienz bei minimaler konzeptioneller Änderung der Fahrzeugkarosserie dar, die für Vollhybridantriebe erforderlich wären.

Auf der Basis von 48-V-Systemen entwickeln Automobilzulieferer Elektromotoren, die als integrierte Motor-Starter-Generatoren (MSG) ausgelegt und an den Verbrennungsmotor gekoppelt sind. Diese innovative Antriebskomponente ermöglicht vier zusätzliche Funktionen innerhalb des bestehenden Systems: Bremsenergierückgewinnung, Drehmomentunterstützung beim Anfahren, eine besonders komfortable Start-Stopp-Regelung und energieeffizientes Ausrollen.

Herausforderung

Steuergeräte für Mild-Hybrid-Elektrofahrzeuge erfordern ein innovatives Testsystem zur Validierung dieser komplexen Funktionen.

Die Möglichkeit, Tests mit voller Leistung in einer virtuellen Umgebung durchzuführen, erfordert einen Laboraufbau, der die hochdynamischen Effekte elektrischer Maschinen darstellen kann. Für eine möglichst realistische Emulation müssen auch die PWM-Effekte genau simuliert werden. Dies erfordert extrem kurze Taktzeiten für alle beteiligten Komponenten und Schnittstellen. Um auch die Umwelteinflüsse wie bei Kaltstarts oder extremen Temperaturen zu testen, muss auch die Umgebungskonditionierung gesteuert werden.

Lösung

Der Test von Mild-Hybrid-Antrieben ist eine typische Anwendung für die dSPACE Testsysteme auf Basis der DS5381 Low-Voltage Electronic Load Unit.

Bei der hier beschriebenen Beispielkonfiguration handelt es sich um ein Mild-Hybrid-Testsystem, das für Power-Hardware-in-the-Loop-Tests einer 48-V-Starter-Generator-Einheit mit einem Phasenstrom von 1.200 A ausgelegt ist. In diesem Testsystem werden 12 Low-Voltage Electronic Load Units parallel geschaltet, um die erforderliche Systemleistung zu erreichen. Das Steuergerät befindet sich in einer separaten Klimakammer und ist über einen kundenspezifischen Mapping-Schrank und Kabelbaum mit dem HIL-Testsystem verbunden. Um eine möglichst realistische Motoremulation zu ermöglichen, ist ein frei programmierbares FPGA-Board von dSPACE in den Testaufbau integriert. Dieses FPGA-Board berechnet das Modell des Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM), das in der dSPACE XSG-Electric-Components-Bibliothek enthalten ist. Das Board bietet auch die erforderlichen Schnittstellen mit geringer Latenz zu den Lastmodulen. Mit diesem modellbasierten Ansatz können Sie Motorparameter oder sogar Motortypen während der Laufzeit mit nur wenigen Klicks und ohne jegliche Hardware-Modifikation ändern. Um alle Regelkreise zu schließen, ist das Testsystem auch mit Kommunikationsprotokollen und Positionssensor-Simulationsschnittstellen ausgestattet. Die Klimakammer ermöglicht die Konditionierung des Prüflings entsprechend den Kundenanforderungen.