2006/2007 WELS KONKRET - FH Oberösterreich

Verifikation einer einfachen Regelung
für die Simulation eines Motorhochlaufes
Autor: Markus Führlinger
FH-Betreuer: FH-Prof. DI Dr. Michael Steinbatz
Markus Führlinger
Studiengang:
Automatisierungstechnik
Vorbildung:
Lehrabschluss Maschinenschlosser
Engineering Center Steyr GmbH
& CO KG
Steyrerstrasse 32
4300 St. Valentin
FH-Studiengang:
Automatisierungstechnik
Studiengangsleiter:
FH-Prof. Univ.-Doz. Mag. Dr.
Günther Hendorfer
Tel.: 07242/72811-3010
E-Mail: sekr.at@fh-wels.at
www.fh-ooe.at/at
Einführung – Unternehmensprofil
Das Engineering Center Steyr ist ein Tochterunternehmen
von Magna Steyr. Das Technologie Zentrum Steyr
berechnet für Kunden weltweit hauptsächlich Fahrzeug
und Motorkomponenten.
Die Koppelung der nichtlinearen Fähigkeiten der Mehrkörpersimulation
(MKS) mit den Stärken der Finite
Elemente – Berechnung (FE) ist eines der zukunftsweisendsten
Konzepte zur Realisierung des „virtuellen
Prototypen“. Viele Komponenten solcher MKS-FE
Hybridstrukturen (z.B. elastischer Kurbeltrieb) können
sehr genau und aufwendig modelliert werden.
Zur Ermittlung von zeitlich veränderlichen Lastfällen
von Fahrzeugbauteilen wird zunehmend die elastische
Mehrkörpersimulation (MKS) eingesetzt. In einer nachgeschalteten
FE - Berechnung werden daraus zeitabhängige
Spannungsverläufe und daraus wiederum die
Lebensdauer berechnet.
Projektbeschreibung
Für die Beurteilung der Festigkeit von Kurbeltrieben
werden Motorhochläufe von Leerlauf bis zur Maximaldrehzahl
bei Volllast durchgeführt. Dabei wird der
Drehzahlverlauf über der Zeit fi x vorgeben. Dieses Simulationsmodell
sollte nun um einen Regler (entsprechend
dem realen Motorprüfstand) für den gewünschten
Drehzahlverlauf erweitert und dessen Einfl uss auf
die Simulationsergebnisse ermittelt werden.
Aufgabenstellung
Ziel des Praktikums war es, eine optimierte Methode
zu entwickeln, die einen dem realen Motorprüfstand
entsprechenden Motorhochlauf ermöglicht. Weiteres
war die Reglerimplementierung zu automatisieren, um
den Modellierungsaufwand so gering wie möglich zu
gestalten. Zu untersuchen war dabei der Einfl uss auf
das dynamische Verhalten des Kurbeltriebs bis hin zur
Betriebsfestigkeit und Rechenzeit im Vergleich zur derzeitig
angewendeten Methode.
Durchgeführte Arbeiten
Der Abgleich der Regler erfolgte über ein vereinfachtes
Starrkörpermodell, bei dem das Lastmoment des
Kurbeltriebs, das von Audi ermittelt und zur Verfügung
gestellt wurde, als Input diente. Basierend auf diesen
Messdaten wurden die verschiedenen Regelparameter
an die des realen Motorprüfstandes angepasst. Diese
Regelparameter wurden an dem Modell des Audi V8
erfolgreich getestet. Nun wurde ein weiteres Modell mit
einer Regelung ausgestattet. Die Verifi kation wurde mit
einem PID - Regler durchgeführt und mit den Ergebnissen
der bisherigen Modellierung verglichen.
Erzielte Ergebnisse
Die Verläufe der Lagermomente und Lagerlasten zeigen
keine entscheidenden Abweichungen in Bezug auf
die Variante Motion (ohne Regelung). Die minimalen
Sicherheiten gegen Dauerbruch zeigen ebenso keine
wesentlichen Unterschiede. Somit konnte gezeigt
werden, dass die Regelung erfolgreich implementiert
werden konnte und somit eine realistischere Simulation
möglich ist.
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