Seminaraufgabe SoSe 2022: EHF Gruppe FLD: Unterschied zwischen den Versionen

Aus HSHL Mechatronik
Zur Navigation springen Zur Suche springen
Zeile 119: Zeile 119:


== Technischer Systementwurf ==
== Technischer Systementwurf ==
=== Fahrwiderstände ===
<div class="mw-collapsible mw-collapsed ">
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Eingänge'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:800px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| FLD_v_ist_f64||Windgeschwindigkeit relativ zur Fahrbahn||m/s
|-
| EHF_v_Wind_f64||Windgeschwindigkeit relativ zur Fahrbahn||m/s
|-
| FLD_F_Normal_f64||Normalkraft auf die Fahrbahn||N
|-
|}
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Ausgänge'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:800px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| FLD_F_Widerstand_f64||Gesamtkraft der Fahrwiderstände||N
|-
|}
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Parameter'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:688px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Wert'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| PAR_FLD_cw_Fzg_f64||Cw-Wert des Fahrzeuges||0,3||-
|-
| PAR_FLD_A_Front_f64||Stirnfläche des Fahrzeuges||3,2||m²
|-
| PAR_FLD_Rollwiderstandsbeiwert_f64||Koeffizient für die Berechnung des Rollwiderstandes||0,013||-
|-
| PAR_FLD_roh_Luft_f64||Dichte der Luft||1,225||kg/m³
|-
| PAR_FLD_m_Fzg_f64||Masse des Fahrzeuges||2000||kg
|-
|}
</div>
=== Bremsen ===
<div class="mw-collapsible mw-collapsed ">
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Eingänge'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:800px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| FLD_P_soll_f64||Sollleistung des Antriebs||W
|-
| FLD_P_ist_f64||Istleisutng des Antiebs||W
|-
| FLD_v_ist_f64||Istgeschwindigkeit des Fahrzeuges||m/s
|-
|}
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Ausgänge'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:800px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| FLD_F_Bremse_f64||Bremskraft des Fahrzeuges||N
|-
|}
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Parameter'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:688px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Wert'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| PAR_F_B_Max_f64||Maximalwert für die Bremskraft||N
|-
|}
</div>
=== Geschwindigkeitsermittlung ===
<div class="mw-collapsible mw-collapsed ">
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Eingänge'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:800px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| PAR_F_B_Max_f64||Maximalwert für die Bremskraft||N
|-
|}
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Ausgänge'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:800px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| FLD_v_ist_f64||Istgeschwindigkeit des Fahzeuges||m/s
|-
|}
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Parameter'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:688px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Wert'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| PAR_FLD_m_Fzg_f64||Masse des Fahrzeuges||2000||kg
|-
| PAR_FLD_J_Rad_f64||Massenträgheitsmoment eines Rades||70||kg m²
|-
| PAR_FLD_r_Rad_f64||Radius eines Rades||0,55||m
|-
|}
</div>
=== Hangabtriebskraft ===
<div class="mw-collapsible mw-collapsed ">
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Eingänge'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:800px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| EHF_Steigung_Prozent_f64||Gibt die Steigung an, in welcher sich das Fahrzeug befindet. Negative Werte geben ein Gefälle an.||Prozent
|}
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Ausgänge'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:800px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| FLD_F_Hang_f64||Resultierende Kraft aus der Steigung in Newton.||N
|-
| FLD_f_Normal_f64||Normalkraft auf die Reifen (wird für Rollwiderstand verwendet)||N
|}
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Parameter'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:688px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Wert'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| PAR_FLD_g_f64||Erdbeschleunigung||9,81||m/s²
|-
| PAR_FLD_m_Fzg_f64||Masse des Fahrzeuges||2000||kg
|}
</div>
=== Regler ===
<div class="mw-collapsible mw-collapsed ">
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Eingänge'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:800px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| EHF_v_soll_f64||Sollgeschwindgikeit des Fahrzeuges||m/s
|-
| EHF_v_ist_f64||Istgeschwindigkeit des Fahrzeuges||m/s
|-
| EHF_P_ist_f64||Istleistung des Fahrzeugs||W
|}
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Ausgänge'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:800px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| FLD_P_Soll_f64||Sollleistung, welche von der Komponente Antrieb angefordert wird||W
|}
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Parameter'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:688px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Wert'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| PAR_FLD_KP_f64||P-Faktor des PID-Reglers||7594,5||-
|-
| PAR_FLD_KI_f64||I-Faktor für den Integrationsanteil des PID-Reglers||45566,7||-
|-
| PAR_FLD_KD_f64||D-Faktor für den Differentialanteil des PID-Reglers||11391,7||-
|}
</div>
=== Umrechnung P zu F ===
<div class="mw-collapsible mw-collapsed ">
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Eingänge'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:800px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| EHF_P_ist_f64||Istleistung, welche durch die Komponente Antieb ermittelt wird||W
|-
| EHF_V_ist_f64||Istgeschwindigkeit des Fahrzeuges||m/s
|}
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Ausgänge'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:800px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| FLD_F_Antrieb_f64||Die Kraft, welche durch den Antrieb auf das Fahrzeug ausgeübt wird||N
|}
{| class="wikitable"
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:200px;"|'''Parameter'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:688px;"|'''Beschreibung'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Wert'''
| align="center" style="background:#f0f0f0; width:100px;"|'''Einheit'''
|-
| PAR_F_Antireb_Max_f64||Maximalkraft, welche durch den Antrieb ausgeübt werden kann||10000||N
|}
{| {{table}}
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''ID'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Kapitel'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Inhalt'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Ersteller'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Datum 1'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Durchsicht von'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Datum 2'''
|-
| ||1||Rahmenbedingungen||Lukas Honerlage||12.05.2022||Mario Wollschläger||18.05.2022
|-
| 010||||Die Berechnung erfolgt in einem Simulink Block||Lukas Honerlage||12.05.2022||Mario Wollschläger||18.05.2022
|-
| 020||||Es gibt keine weiteren Subsysteme||Lukas Honerlage||12.05.2022||Mario Wollschläger||18.05.2022
|-
| 030||||Alle Werte in SI-Einheiten, falls nicht anders angegeben||Lukas Honerlage||12.05.2022||Mario Wollschläger||18.05.2022
|-
| ||2||Umrechnung Leistung zu Newton||Lukas Honerlage||12.05.2022||Mario Wollschläger||18.05.2022
|-
| 040||||||Lukas Honerlage||12.05.2022||Mario Wollschläger||18.05.2022
|-
| ||||F_A = FLD_F_Antrieb_f64||Lukas Honerlage||12.05.2022||Mario Wollschläger||18.05.2022
|-
| ||||P_A =  EHF_V_ist_f64          ||Lukas Honerlage||12.05.2022||Mario Wollschläger||18.05.2022
|-
| ||||v_ist = FLD_F_Antrieb_f64||Lukas Honerlage||12.05.2022||Mario Wollschläger||18.05.2022
|-
| 050||||Die Kraft wird auf einen Maximalwert begrenzt||Mario Wollschläger||18.05.2022||Lukas Honerlage||18.05.2022
|-
|
|}
</div>


== Komponentenspezifikation ==
== Komponentenspezifikation ==

Version vom 4. Juli 2022, 20:53 Uhr

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.

Technischer Systementwurf

Komponentenspezifikation

Fahrwiderstände

| align="center" style="background:#f0f0f0;"|Eingänge | align="center" style="background:#f0f0f0;"|' | align="center" style="background:#f0f0f0;"|' | align="center" style="background:#f0f0f0;"|Einheit |- | FLD_v_ist_f64||Windgeschwindigkeit relativ zur Fahrbahn||||m/s |- | EHF_v_Wind_f64||Windgeschwindigkeit relativ zur Fahrbahn||||m/s |- | FLD_F_Normal_f64||Normalkraft auf die Fahrbahn||||N |- | |}

Bremsen

Geschwindigkeitsermittlung

Hangabtriebskraft

Eingänge ' Einheit
EHF_Steigung_Prozent_f64 Gibt die Steigung an, in welcher sich das Fahrzeug befindet. Negative Werte geben ein Gefälle an. Prozent
Ausgänge ' Einheit
FLD_F_Hang_f64 Resultierende Kraft aus der Steigung in Newton. N
FLD_f_Normal_f64 Normalkraft auf die Reifen (wird für Rollwiderstand verwendet) N
Parameter Beschreibung Wert Einheit
PAR_FLD_g_f64 Erdbeschleunigung 9,81 m/s²
PAR_FLD_m_Fzg_f64 Masse des Fahrzeuges 2000 kg

Regler

Umrechnung P zu F

Eingänge ' ' Einheit
EHF_P_ist_f64 Istleistung, welche durch die Komponente Antieb ermittelt wird W
EHF_V_ist_f64 Istgeschwindigkeit des Fahrzeuges m/s

Programmierung / Modellierung

Komponententest

Integrationstest

Systemtest

Abnahmen

Literatur


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

Abgerufen von „https://wiki-test.hshl.de/wiki/index.php?title=Seminaraufgabe_SoSe_2022:_EHF_Gruppe_FLD&oldid=93058“