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フラウンホーファー協会:ステアリングシステムのための仮想テストベンチ

これからのメカトロニクスシステムは、多くの高度な期待に応えられなければなりません。メカトロニクスシステムは、環境と相互作用して自律的に適合を行うだけでなく、予期せぬ状況を処理したり、将来発生する事態を予測したりすることも必要になります。また、使いやすさを維持したままで、複雑性を増したシステム全体にも対応できなければなりません。何よりも、よりスマートな方法でより多くの相互接続を実現できる必要があります。パーダーボルンにある研究機関Zukunftsmeile Fuerstenalleeの一部であるフラウンホーファーメカトロニクスデザイン協会(IEM)では、このような分野を中心として研究を行っています。また、さまざまな企業に対してインダストリ4.0に準拠したインテリジェントなメカトロニクスの開発サポートを提供しています。フラウンホーファーIEMはメカトロニクスシステムの開発における手法やツールに関する幅広い専門知識を有しており、ハインツニクスドルフ研究所およびパーダーボルン大学との学際的な協力を通じてそれらをさらに強化しています。フラウンホーファーIEMは、実験主体の研究を行うヨーロッパ最大の組織であるフラウンホーファー研究機構の一部として、世界的なネットワークを通じ国際的な協業を支援しています。

モデルベースのテストベンチ設計

テストベンチ環境の仮想検証。

パーダーボルンにあるフラウンホーファーIEMは現在、ステアリングシステムの開発およびテストのためのモデルベース設計を研究しています。ここでは、テストベンチを仮想化することにより、セットアップや環境を事前に確認できるようにしています。

ステアリングシステムは車両にとってセーフティクリティカルなシステムであるため、各自動車メーカーは関連する機能や特性に対するテストを集中的に行っています。フラウンホーファーIEMの仮想テストベンチは、主にさまざまなステアリングコンセプトの過渡応答や外乱挙動を分析する際に使用できるよう設計されています。また、この環境を使用して油圧励起装置のさまざまな制御手法をテストおよび最適化することも計画されています。

ワークフロー

まずは、テストベンチ環境の初期コンセプトを開発しながら、テストベンチ環境全体を記述するコヒーレントな部分モデルのシステムを定義します。あらかじめ定義されたシナリオを使用してテストベンチの要件を導出し、後で自動的にチェックできるようにした要件一覧にまとめます。また、開発する環境を操作構造に従ってモデルベースのアプローチで指定し、情報処理に必要な車両モデルを作成することで、開発プロセスの早期の段階でテストベンチコンセプトを検証できるようにします。次に、dSPACEツールチェーンを使用してMiL(Model-in-the-Loop)テストを行います。これらのテストにより、車両モデルを評価すると同時にテストベンチ環境の適切な挙動を仮想的に検証することができます。PCベースのシミュレーションプラットフォームであるdSPACE VEOSでは、ハードウェアがなくても、開発の早期の段階でテストベンチ環境の制御機能を確認、検証、およびテストするためのシミュレーションを実行することができます。つまり、物理的にまだ存在していないテストベンチを完全な形で運用することができます。また、HiLテスト、シナリオ、およびプロセスを準備してPCにフロントローディングすることができます。これにより、必要な制御機能を備え、テストオートメーションも実装済みのテストベンチ環境のモデルを仮想的に検証することができます。

今後の展望

プロジェクトの進行に応じて、定義されたソリューションコンセプトは個別のソリューションエレメントに置き換えられます。これにより、テストベンチ環境をさらに仮想的に指定することができます。後で実際のシステムを設定する場合は、仮想的に作成されたテストベンチコンポーネントを実際のエレメントに置き換えます。テストベンチの制御機能はハードウェア固有のインターフェースで再利用および拡張され、テストベンチ環境に統合できるようになります。

Dipl.-Ing.Alexander Gense氏は、フラウンホーファーメカトロニクスデザイン協会(IEM)の制御エンジニアリング部門のシニアエキスパートです。

Stefan Schütz氏は、フラウンホーファーメカトロニクスデザイン協会(IEM)の制御エンジニアリング部門の研究員です。

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