Zur Identifikation mechatronischer Stellglieder mit Reibung bei ...

3 SEMI-PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG
Zukunft mit Tests an HiL-Systemen große Teile der Versuche an Fahrzeugprüfständen und
auf Teststrecken ersetzt werden, um bei der Übertragung des entwickelten Systems auf die
Zielumgebung einen kostspieligen Test zu vermeiden.
3.6.2 Entwicklung und Implementierung des Stellgliedsimulators
Um das Hardware-Stellglied in Echtzeit zu simulieren, wird ein Stellgliedsimulator aufge-
baut. Auf diesem Simulator kann das identifizierte Stellgliedmodell implementiert werden.
Der aufgebaute Stellgliedsimulator wird mit dem CARTS-Simulator verbunden und für die
Echtzeitsimulation zum Testen der Funktionalität des Motorsteuergerätes verwendet. Der
Stellgliedsimulator wird direkt mit dem PWM-Signal über eine H-Brücke angesteuert, die
sich in der letzten Stufe des Motorsteuergerätes befindet. Weil das Stellgliedmodell über
das Tastverhältnis angesteuert wird, ist eine PWM-Signalkonditionierung notwendig, um
den Wert des Tastverhältnisses aus dem PWM-Signal zu ermitteln. Der Stellgliedsimula-
tor soll später in den CARTS-HiL-Simulator-Rack gestellt werden. Zur Erzeugung des HiL-
Simulationsmodells mit Messdaten wurde eine komplette Toolkette für die Stellglieder am
Dieselfahrzeug entwickelt. Die Messdatenaufzeichnung erfolgt über LabVIEW TM am Prüf-
stand mit einer Abtastzeit von 0, 01 s. Die aufgezeichneten Messdaten werden im ASCII-
Format abgespeichert und zur Identifikation in Matlab/Simulink TM verwendet. Für die Um-
setzung des Simulink-Modells auf C-Code ist das identifizierte zeitkontinuierliche Simulink-
Modell nicht direkt verwendbar, weil für die HiL-Simulation ein zeitdiskretes Modell erforder-
lich ist. Die Modellstruktur des semi-physikalischen Modells nimmt Bezug auf ingenieurwis-
senschaftliche Gesetze und Gleichgewichtsbedingungen und ergibt ein zeitkontinuierliches
differenzialalgebraisches Gleichungssystem (DAE). Im Allgemeinen ist ein zeitdiskretes Mo-
dell (3.3) für die numerische Auswertung wie z.B. HiL-Echtzeitsimulation erforderlich. Im
Prinzip kann Differenzengleichung durch Zeitdiskretisierung der Differentialgleichung (DGL)
erhalten werden. Dabei werden die erste und zweite Ableitung mit folgenden Differenzen-
quotienten
˙ϕ(kTA) ≈ ϕ(kTA) − ϕ((k − 1)TA)
TA
¨ϕ(kTA) ≈ ϕ(kTA) − 2 · ϕ((k − 1)TA) + ϕ((k − 2)TA)
T 2 A
47
(3.31)
(3.32)