Seminaraufgabe SoSe 2022: EHF Gruppe FLD

Symbolbild der Seminaraufgabe

Fahrzeug-Leangsdynamik-FLD

Autoren: Mario Wollschläger und Lukas Honerlage

Dozent: Prof. Dr. Mirek Göbel

→ zum Hauptartikel: Systems Design Engineering - Seminaraufgabe SoSe 2022: Energiehaushalt eines E-Fahrzeugs

Einleitung

Im Rahmen des Studiengangs BSE der Hochschule Hamm-Lippstadt wird im 1. Fachsemester der Kurs Systems-Design-Engeneering angeboten. In diesem Kurs entwickeln Studenten in Zusammenarbeit mit anderen Team ein technisches System nach dem V-Modell. Im Sommersemester 2022 wurde der Energiehaushalt eines Fahrzeuges simuliert.

Gesamtmodell

Bei dem Gesamtmodell handelt es sich um eine Simulation in Simulink, welche den Energiehaushalt eines Fahrzeuges mit Längsdynamik, Wärmehaushalt und Energieinhalt der Fahrzeugbatterie umfasst. Diese drei Komponenten werden von unterschiedlichen Gruppen erstellt. Hierbei werden über Schnittstellen relevante Daten ausgetauscht, sodass sie in Zusammenarbeit die Simulationsaufgabe des Gesamtmodelles darstellen.

Aufgabe der Komponente Fahrzeuglängsdynamik

Die Komponente Fahrzeuglängsdynamik modelliert die Bewegung des Fahrzeuges in der Längsrichtung des Fahrzeuges. Die Komponente regelt dabei die Fahrzeugleistung anhand einer vom Umgebungsmodell vorgegebenen Sollgeschwindigkeit und gibt diese an weitere Komponenten weitert. Von diesen Komponenten werden weitere Daten aufgenommen aus denen dann die Fahrzeugbeschleunigung und Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet werden.

Anforderungsdefinition

In der Anforderungsdefinition werden die Anforderungen an das System festgehalten. Dabei sind lediglich die zu erfüllenden Aufgaben zu definieren und nicht die Art der Umsetzung. Alle Punkte sollten somit möglichst lösungsneutral beschrieben werden. Für die Komponente Fahrzeuglängsdynamik wurden folgende Anforderungen definiert und mit dem Auftraggeber abgestimmt:

ID	Typ (I = Info, A = Anforderung)	Kapitel	Inhalt	Ersteller	Datum	Kommentar Auftragnehmer	Status Auftraggeber	Kommentar Auftraggeber
001	I	1	Ausgänge
002	A		Berechnete Daten werden über einen Bus ausgegeben.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
003	A		Die Simulation muss die Geschwindigkeit des Fahrzeuges berechnen.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
004	A		Die Simulation muss die benötigte Antriebsleistung in Watt ausgeben.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
005	A		Die Simulation muss bei Rekuperation eine Negativeantriebsleistung ausgaben (in Watt)	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
006	I	2	Eingänge
007			Für die Berechnung benötigte Daten werden über einen Bus eingelesen.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
008	A		Die Simulation muss die Sollgeschwindigkeit als Eingangssignal bekommen.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022	Korrigiert	Akzeptiert mit Einschr.	alle zeitveränderlichen Werte sind SIGNALE (siehe Systemtheorie 5. Semester MTR)
009	A		Die Simulation muss die Steigung in Prozent als Eingangsparmeter bekommen.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert mit Einschr.
010	A		Die Simulation muss die Windgeschwindigkeit als Eingangsparmeter bekommen.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert mit Einschr.
011	A		Die Simulation muss Antriebsleistung in Watt bekommen	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
012	I	2.1	Eingänge - Konstanten
013	A		Die Simulation verarbeitet den Paramter Cw Wert.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
014	A		Die Simulation verarbeitet den Paramter Luftdruck.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
015	A		Die Simulation verarbeitet den Paramter Rollwiderstandbeiwert.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
016	A		Die Simulation verarbeitet den Paramter Fahrzeugsmasse.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
017	I	3	Berechnung
018	A		Die Berechungen müssen numerisch druchgeführt werden.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
019	A		Die Schrittweite der Berechnung muss für die Aufgabe hinreichend schnell sein. Sie muss in der Simulation untersucht werden und darf maximal 1/10 von der kleinsten Systemzeitkostanten betragen!	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022	Korrigiert	Akzeptiert mit Einschr.	… muss in der Simulation untersucht werden und darf maximal 1/10 von der kleinsten Systemzeitkostanten betragen!
020	A		Das Programm muss eine Minimierung des Regefehlers von Soll- und Ist- Geschwindigkeit anstreben.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
021	I	4	Unsetzung/Software
022	A		Das Modell wird in einem Simulink-Block umgesetzt	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
023	A		Der Simulink-Block wird in einer Bibiliothek bereitgestellt.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
024	A		Das Modell entspricht den Namenskonventionen für Matlab/Simulink von Prof. Mirek Göbel. (Version 1.1)	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
025	A		Variablen im Signanalflussplan werden beschriftet, entsprechend den Namenskoventionen.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
026	A		Blöcke im Signanalflussplan werden eingefärbt, entsprechend den Namenskoventionen.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
027	I	5	Rahemnbedingungen
028	A		Das Projekt wird nachhaltig im SVN dokumnetiert.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
029	A		Die Produktentwicklung erfolgt nach dem V-Model.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
030	A		Alle Ein- und Ausgangssinale werden in SI-Einheiten angegeben, falls nicht anders defniernt.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022		Akzeptiert
031	A		Prof. Mirek Göbel bewertet das Projekt mit 1.0.	L.Honerlage M. Wollschläger	27.04.2022	Wir arbeit dran.	Akzeptiert mit Einschr.	wenn die Leistung stimmt, gerne ;-)))

Funktionaler Systementwurf

Im Funktionalen Systementwurf wurde das System in mehrere Subkomponenten unterteil, für welche eine Teilaufgabe definiert wurde. In Verbindung erfüllen diese Komponenten die Gesamtaufgabe der Komponente Fahrzeuglängsdynamik.

• Fahrwiderstände: Die Komponente berechnet die Fahrwiderstände, welche auf das Fahrzeug wirken. Im Modell werden dabei Wind- und Rollwiderstand betrachtet.

• Bremsen: Die Komponente berechnet die Bremskraft, welche aufgrund einer zu geringen Rekuperationsleistung benötigt wird.

• Geschwindigkeitsermittlung: Die Komponente berechnet die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch die Integration der Beschleunigung.

• Hangabtriebskraft: Die Komponente berechnet die durch eine Steigung entstehenden Hangabtriebskraft, welche auf das Fahrzeug wirkt.

• Regler: Die Komponente berechnet die Sollleistung des Fahrzeugs. Im Modell wird ein PID-Regler verwendet.

• Umrechnung P zu F: Die Komponente rechnet die Leistung des Antriebs in die Antriebskraft um.

Weitere Informationen zur Interaktion der Einzelnen Komponenten untereinander finden sich im Abschnitt technischer Systementwurf.

Literatur

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