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The BOSCH-CS Simulation Concept - Simpack.com

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SIMPACK USER-Meeting 2003<br />

SIMPACK as a<br />

MBS-Tool in<br />

the<br />

<strong>BOSCH</strong>-<strong>CS</strong><br />

<strong>Simulation</strong><br />

<strong>Concept</strong><br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

Albert Lutz<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF<br />

Robert Bosch GmbH<br />

© Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 1


Overview<br />

� <strong>Simulation</strong> in the development process of Vehicle Stabilising Systems:<br />

<strong>The</strong> <strong>BOSCH</strong>-<strong>CS</strong> <strong>Simulation</strong> <strong>Concept</strong><br />

� MBS-vehicle model<br />

� Realisation and process<br />

� Next steps<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

© Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 2


<strong>The</strong> <strong>BOSCH</strong>-<strong>CS</strong> <strong>Simulation</strong> <strong>Concept</strong><br />

A Mechatronic System requires various Tools<br />

Sensors: Yawrate, AY<br />

Wheel speed, Steering<br />

angle, Precharge pressure<br />

Tools:<br />

EDYSON, ...<br />

ECUs:<br />

ESP, ABSR, DME<br />

Tools:<br />

SABER, ...<br />

Mechanics:<br />

Chassis with<br />

suspension, steering<br />

system, drivetrain, tyres<br />

Tools:<br />

FASIM, SIMPACK, PKW0<br />

Miscellaneous:<br />

Driver, Environment<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

Application Software:<br />

Control and Safety Algorithm<br />

Tools: MS-Developer Studio, C-<br />

Compiler, Simulink, ASCET-SD<br />

Foundation and Actuation:<br />

MC, Booster, Wheel Brake<br />

Cylinder<br />

Tools: CoBrake<br />

Brakehydraulics:<br />

HU,Brakeline<br />

Tools: AMESIM,<br />

EDYSON, ...<br />

© Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 3


<strong>The</strong> <strong>BOSCH</strong>-<strong>CS</strong> <strong>Simulation</strong> <strong>Concept</strong><br />

Local <strong>Simulation</strong> Activities imbedded into the <strong>Concept</strong><br />

S<br />

t<br />

a<br />

n<br />

d<br />

a<br />

l<br />

o<br />

n<br />

e<br />

S<br />

i<br />

m<br />

u<br />

l<br />

a<br />

t<br />

i<br />

o<br />

n<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

Realtime<br />

Models<br />

Functional<br />

Models<br />

Hydraulics<br />

System Design<br />

Structural<br />

Models<br />

Vehicle Dynamics <strong>Simulation</strong> with Control<br />

Realtime Models<br />

Electronics<br />

Realtime Models<br />

Foundation<br />

Functional Models<br />

Realtime Models<br />

Actuation<br />

Behavioural Models<br />

Structural Models<br />

Realtime Models<br />

Behavioural Models<br />

Structural Models<br />

Behavioural Models<br />

Structural Models<br />

Structural Models<br />

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SIMPACK<br />

<strong>com</strong>plex/<br />

reduced<br />

<strong>The</strong> <strong>BOSCH</strong>-<strong>CS</strong> <strong>Simulation</strong> <strong>Concept</strong><br />

Agreed <strong>Simulation</strong>s <strong>Concept</strong> at <strong>BOSCH</strong>-<strong>CS</strong><br />

Data<br />

�<br />

AMESIM<br />

<strong>com</strong>plex/<br />

reduced<br />

Data<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

Integration Platform MATLAB/SIMULINK<br />

MATLAB/SIMULINK<br />

Models<br />

S-Functions<br />

Co-<strong>Simulation</strong>:<br />

Interface <strong>Concept</strong><br />

and –Definition<br />

(„Steckersammlung“)<br />

SABER<br />

<strong>com</strong>plex/<br />

reduced<br />

Data<br />

Controller<br />

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Data<br />

...<br />

Aspects:<br />

• One integration platform<br />

to set-up the <strong>com</strong>plete<br />

system by agreed interfaces<br />

• Agreed interfaces<br />

enable direct<br />

implementation of the<br />

models or coupling by<br />

<strong>com</strong>munication modules<br />

(Co<strong>Simulation</strong>)<br />

• Tool decision<br />

platform is<br />

MATLAB/SIMULink


<strong>The</strong> <strong>BOSCH</strong>-<strong>CS</strong> <strong>Simulation</strong> <strong>Concept</strong><br />

<strong>Simulation</strong> in the Development Process of Vehicle<br />

Stabilising Systems<br />

� Systems Development<br />

� Design of Control Algorithm<br />

� Systems Application<br />

� Component Development<br />

� Fundamental Research<br />

� Knowledge Management<br />

� Co-operation with Customers<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

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Amplitude<br />

MBS-Vehicle Model<br />

Application Area of Vehicle Models<br />

Functional MBS-<br />

Model<br />

Handling<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

USER<br />

Comfort<br />

Structural<br />

MBS-Model<br />

Frequency<br />

Oscillations<br />

Specialists,<br />

Developer<br />

of Bodies<br />

Structural<br />

MBS-Model<br />

with FEM<br />

Structural<br />

Oscillations<br />

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MBS-Vehicle Model<br />

Mastertitelformat bearbeiten<br />

SIMPACK<br />

SIMPACK:<br />

One Tool<br />

One Basic Dataset<br />

One Modeltyp<br />

Model Development Model Application<br />

SIMPACK<br />

Stand alone<br />

Vehicle Modelling<br />

Fundamental Investi-<br />

gations w.r.t. MBS<br />

SIMPACK<br />

in Co<strong>Simulation</strong> (SIMAT)<br />

- ABS-Development<br />

- MBS-Investigations<br />

- New Actuator <strong>Concept</strong>s<br />

- Wirkketten-Engineering<br />

- Small number of projects,<br />

- SIMPACK know how<br />

Code Export - <strong>CS</strong>_CAR<br />

Plugin to SIMULink<br />

- SW-Development and<br />

Quality Assurance<br />

- System Development<br />

- System-Application<br />

- Big number of projects,<br />

- no SIMPACK know how<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF21.08.2001<br />

© Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.


MBS-Vehicle Model<br />

Specification of <strong>CS</strong>-CAR<br />

� Vehicle with rigid bodies and 15 DOFs<br />

� Suspension kinematics described by kinematics maps<br />

� Interfaces for tyre models of different <strong>com</strong>plexity<br />

� Environment described by files and evaluated by SIMPACK-function<br />

� Interfaces for other vehicle <strong>com</strong>ponents<br />

� Interfaces to <strong>BOSCH</strong> <strong>com</strong>ponents (sensors, actuators, controller, brake, ...)<br />

� Implemented in SIMULink as a plug in using the SIMULink solver<br />

� Modelling based on SIMPACK with Code Export<br />

� Parameterisation capability<br />

� Vehicle data base according to <strong>BOSCH</strong>-<strong>CS</strong> requests<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

© Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 9


Realisation and Process<br />

Structure of <strong>CS</strong>_CAR<br />

Model with<br />

SIMPACK<br />

Algorithm<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

Model Library<br />

owned by <strong>BOSCH</strong> by INTEC<br />

SIMULINK<br />

IF<br />

Routines SIMPACK<br />

Library<br />

Vehicle<br />

Data Library<br />

owned by <strong>BOSCH</strong><br />

Parameters Environ-<br />

mental<br />

Parameter<br />

Initial<br />

Conditions<br />

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Realisation and Process<br />

<strong>CS</strong>_CAR with Components modelled by <strong>BOSCH</strong>-<strong>CS</strong><br />

Brake Hydraulics<br />

Tyre<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

Vehicle <strong>CS</strong>_CAR<br />

Environment<br />

Vereinfacht, zur Bedienung ESP-IF auf Basis CAN11h<br />

Robert Bosch GmbH<br />

K1-Si/ESV2-Lutz<br />

Version: 1.2<br />

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(VR_HL+VR_HR)*<br />

0.5 * iGes<br />

Motordrehzahl<br />

N_MOT [U/min]<br />

Fahrergaspedal<br />

W_FPDK [%]<br />

=f(t)<br />

*<br />

MD_RAT<br />

Schnittstelle zum<br />

Fzg.-Modell<br />

Schnittstelle zum<br />

Regler<br />

ASC_Sollwert_<br />

Luftmasse<br />

MD_ASC_LM<br />

[%] Init=100%<br />

MSR_Sollwert<br />

MD_MSR [%]<br />

Init=0%<br />

Motormodell<br />

Reibmoment<br />

MD_REIB [%]<br />

= const = 10%<br />

Fahrervorgabe<br />

DROSS_WINKEL<br />

[%] = W_FPDK<br />

ASC_Sollwert<br />

MD_ASC [%]<br />

Init=100%<br />

MIN MAX PT1D K TTD K<br />

Motormoment<br />

MMot = f(N_MOT,<br />

W_FPDK)<br />

MIN<br />

IF zu MKS-<br />

Tool<br />

10000.<br />

MIN<br />

MD_RAT<br />

=<br />

MD_MAX<br />

/<br />

MD_NORM<br />

Animation<br />

Max. Motormoment<br />

MD_MAX [Nm]<br />

= 220 Nm<br />

*<br />

MD_RAT<br />

Normmoment<br />

MD_NORM [Nm]<br />

= 600 Nm<br />

Drivetrain<br />

Engine<br />

PT1 Mot TTMot<br />

Motormoment<br />

MD_IND [%]<br />

Motormoment nach<br />

Eingriff<br />

MD_IND_NE [%]<br />

PT1 Mot<br />

TTMot<br />

+<br />

Kurbelwel<br />

lenantriebs<br />

moment<br />

*<br />

-<br />

C<br />

A<br />

N<br />

R<br />

E<br />

G<br />

L<br />

E<br />

R<br />

O<br />

U<br />

T<br />

P<br />

U<br />

C<br />

A<br />

N<br />

R<br />

E<br />

G<br />

L<br />

E<br />

R<br />

I<br />

N<br />

P<br />

U<br />

T


Realisation and Process<br />

Process of Model Set-up<br />

Specification<br />

Modelling in SIMPACK<br />

Customer<br />

Structural<br />

Model<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

Code Export<br />

Only for structural Models<br />

S-Function Generation<br />

Parameterisation<br />

Verification, Validation<br />

Archiving<br />

Customer<br />

Data<br />

<strong>BOSCH</strong><br />

Model<br />

Library<br />

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Realisation and Process<br />

Process of Model Set-up<br />

Using <strong>CS</strong>-CAR for several projects requires<br />

automised conversion of data sets to target tool<br />

� Development of tool specific converters<br />

� Adaptation to different data formats and number of input and output files<br />

� Conversion of characteristic maps and curves for suspension kinematics<br />

� Adaptation to transformation matrix parameters and direction of rotation<br />

� Determination of conversion function concerning spring, damper and anti-roll<br />

bar<br />

� Transformation of spring and damper data fields into global coord. system<br />

� Conversion of tyre maps<br />

� Estimation formalisms for none available parameters<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

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Realisation and Process<br />

Pilot Project with Structure and Interfaces<br />

.<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

Aspects:<br />

• Feasibility Study<br />

• Fundamental questions<br />

• MATLAB/SIMULink<br />

• used as platform<br />

• Models of all <strong>com</strong>ponents<br />

• all <strong>CS</strong>-Business Units engaged<br />

• ESP Controller<br />

implemented to<br />

MATLAB/SIMULink<br />

• using ECU-Code<br />

• <strong>CS</strong>_CAR_1<br />

• specified by <strong>BOSCH</strong><br />

• developed by INTEC<br />

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Next Steps<br />

Function and Projects<br />

� Application in different pilot projects<br />

� Build up of a model library for several projects<br />

� Using elastokinematics<br />

� Using structural axis<br />

SW-Architecture, Environment<br />

� Set up archiving and data base<br />

� Documentation<br />

� GUI<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

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SIMPACK USER-Meeting 2003<br />

• Thank you<br />

for your<br />

Attention<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF 08.04.2003<br />

Albert Lutz<br />

<strong>CS</strong>-AS/ESF<br />

Robert Bosch GmbH<br />

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