Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 1 Simulation mechatronischer Systeme im Automobil.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 1 Simulation mechatronischer Systeme im Automobil."—  Präsentation transkript:

1 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 1 Simulation mechatronischer Systeme im Automobil

2 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 2 Forschungsschwerpunkt an der FH Aachen: Mechatronik für Kfz- Anwendungen Lehrgebiet Mikrosystemtechnik, FB Maschinenbau Lehrgebiet Flugzeugelektrik/elektronik, FB Luft und Raumfahrttechnik Lehrgebiet Verbrennungsmotoren, FB Luft und Raumfahrttechnik

3 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 3 (intelligente) Aktorik (intelligente) Sensorik (intelligente) Sensor/Aktor- Systeme Aufbau- und Verbindungstechniken Mikrosystemtechnik Robotik Multi-Domain Simulation HIL Rapid Controller Prototyping Elektrotechnik, Elektronik Informations - technologie Mechanik, Maschinenbau Mechatronik

4 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 4 Entwicklungsprozess ohne Mechatronik Produkt- Definition Mechanik- Entwicklung Elektronik- Entwicklung Optimierung Elektro- mechanisches Produkt Optimierung

5 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 5 Mechatronischer Entwicklungsprozeß Produkt- Definition Mechanisches/ elektronisches Codesign Optimierung Mecha- tronisches Produkt G. Schmitz

6 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 6 Simulationsverfahren Verhaltensbasierte ModelleKomponentenbasierte Modelle d/dt &

7 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 7 Simulationsverfahren FE- Modelle (FE = Finite Elemente)

8 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 8 Beispiele für Mechatronik im Automobil Motorsteuerungssysteme Elektromagnetischer Ventiltrieb Klappen- und Ventilsteuerung (Drall, Tumble, AGR, …) Direkteinspritzung … Sicherheit EHB, ABS, ESP (bekannt durch Elchtest) Reifendruckkontrolle Crash/PreCrash- Protection (Airbag, Gurtstraffer, …) … Komfort Schaltbare oder aktive Motorlagerung Keyless- Entry- Systeme Adaptives Kurvenlicht, automatisch abblendende Spiegel … Beispiele aus Projekten an der FH-Aachen

9 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 9

10 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 10 Beispiel: Elektro- Mechanischer Ventiltrieb (EMV) Problem: Geräuschentwicklung beim Auftreffen des Magnetankers auf die Polflächen Kooperationspartner: FEV Motorentechnik

11 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 11 Lösungsansatz: Optimierung der elektronischen Ansteuerung und des magnetischen Systems Hierzu Entwicklung eines Simulationsmodells

12 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 12 Aktuator in Betrieb

13 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 13 FE- Simulationsmodell Magnetmodell

14 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 14 u_oe, i_oe Ankerweg, v_Anker voltage clipping opening magnet upper spring damping of armature mass of armature valve spring and damping cylinder head mounting mass of valve spring armature position and volocity mass of valve valve seating and valve gap closing magnet coil resistance fine controlled current source eddy current losses armature limitation Mechatronischer Schaltplan des EMV- Aktuators

15 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 15 Simulationsergebnis für Weg- und Geschwindigkeitsverlauf des Ankers

16 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 16 Ergebnis Mit Hilfe des Simulationsmodells der FH- Aachen für das Simualtionssystem Saber ist beim Auftraggeber eine genaue Simulation des EMV-Systems möglich. Das Modell wurde beim Auftraggeber danach weiterentwickelt. Inzwischen kann ein geräuscharmer Betrieb realisiert werden.

17 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 17 Beispiel: Elektro- Hydraulische Bremse (EHB) Problem: Es existierte nur ein unzureichendes Modell für das Magnetventil ohne Simulation der Rückwirkung Kooperationspartner: Continental TEVES

18 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 18 Vorgehen: Analyse des EHB- Ventils Entwicklung von Teilmodellen für Magnetkreis Mechanik Hydraulik

19 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 19 Ergebnis Mit Hilfe des Simulationsmodells der FH- Aachen für das EHB-Ventil wird beim Auftraggeber eine genaue Simulation des EHB-Systems möglich und damit eine realistische Vorhersage und Optimierung des Gesamtfahrzeugverhaltens in kritischen Situationen möglich

20 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 20 Beispiel: schaltbares Motorlager Kooperationspartner: TRELLEBORG Automotive Problem: unzulässige Erwärmung des schaltbaren Lagers, zu hohe Leistungsaufnahme

21 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 21 Vorgehen: Entwicklung Antsteuerschaltung Modifikation Spulenauslegung dabei intensiver Einsatz von Simulation

22 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 22 Erzielte Reduktion des Energieverbrauchs -95% Leistung in Watt für zwei Motorlager

23 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 23 Conclusion Mechatronik im Automobil hat zentrale Bedeutung im Auto von morgen Simulation ist eine Schlüsseltechnik für künftige Entwicklungsprozesse An der FH Aachen besteht bei allen wesentlichen Simulationstechniken umfangreiches Know- How, gerade im Hinblick auf Mechatronik- Simulationen

24 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 24 Leistungsgehäuse für mechatronische Systeme: HIQUAD64 (Quelle: ST-Microelectronics) Leistungsgehäuse für mechatronische Systeme: PSO 36 (Quelle: ST-Microelectronics)

25 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 25 Rapid Controller Prototyping A DA D Zu regelndes System Digitale Inputs Digitale Outputs d/dt & Simulierter Regler

26 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 26 Prinzip HIL (Hardware In The Loop) A DA D ECU (Electronic Control Unit) ECU (Electronic Control Unit) Digitale Inputs Digitale Outputs Simulierte Hardware (= zu regelndes System)

27 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 27 Lumped Element Simulation

28 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 28 Aktuator Feder Schließt Magnet Anker Ventil Feder Ventil Geschlossene Ventilstellung Mittelposition Geöffnete Ventilstellung Öffnet Magnet Aktuatorprinzip des EMV

29 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite Schließen Öffnen T 3 T 2 T 1 T 2 T 3 T 1 Strom Zeit [ms] Ventilweg Funktionsweise des Elektromechanischen Ventilaktuators (EMV)

30 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 30 Simulationsmodell des unteren Magneten für die FE- Simulation Anker Magnet Joch Spulen Luftspalt

31 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 31 Automatische Generierung des FE- Netzes

32 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 32 Magnetflußlinien als Ergebnis der Simulation

33 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 33 Sättigungsanalyse durch Darstellung der magnetischen Feldstärke

34 Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 34 Berechnete Kraftverläufe x/mm Force [N]


Herunterladen ppt "Prof. Dr.- Ing. Günter Schmitz Flugzeug- Elektrik und Elektronik Seite 1 Simulation mechatronischer Systeme im Automobil."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen