Entwicklungstools auf Basis von MATLAB und Simulink für die Prototypenentwicklung von Hybridfahrzeugen

Die Zahl der möglichen Hybridstrukturen ist je nach Anwendungsfall sehr groß. Bei der Entwicklung von Hybridfahrzeugen muss aber auch zwischen Mehrkosten, Mehrwert und Einsparpotenzial abgewogen werden.

In der Entwicklung von Prototypen sind Tools zur Simulation und automatischer Codegenerierung unerlässlich. Die IAV Gesamtfahrzeugsimulation VeLoDyn (Vehicle Longitudinal Dynamics), basierend auf MATLAB^® und Simulink^®, bietet die Möglichkeit einen beliebigen Antriebstrang modular aus seinen einzelnen Komponenten und Steuerungselementen, wie z.B. Fahrzeug, Getriebe, Motor und Controllereinheiten zusammenzusetzen und in einem definierten Fahrprofil zu analysieren. Die Simulationsumgebung übernimmt dabei die Modell- und Datenverwaltung. In dem vorgestelltem Hybridantriebsstrang sind dies die Komponenten Verbrennungsmotor, Lithium- Ion Batterie, Trennkupplung, E-Maschine, Getriebe, Achsgetriebe und Fahrzeug sowie den Steuerungseinheiten Hybridcontroller, Getriebesteuergerät und der E-Maschinensteuerung. Zusätzlich zum Antriebsstrang werden ein Modul zur Definition der Umweltbedingungen und des Fahrprofils sowie ein Fahrermodell benötigt. In den Modulen selbst können abhängig von der Problemstellung beliebig komplexe Simulationsmodelle der jeweiligen Komponente hinterlegt werden. Für thermodynamische Problemstellungen kann die Simulationsumgebung auch mit thermodynamischen Motorsimulationsprogrammen gekoppelt werden.

Für die Auslegung der Hybridkomponenten werden zunächst einfache Standardmodelle der entsprechenden Komponenten verwendet. Aus dem Lastkollektiv können Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit der Antriebskomponenten gezogen werden. Später werden die Modelle mit den Daten und Eigenschaften der realen Komponenten erweitert. Im zweiten Schritt wird die Momentenaufteilung im Hybridcontroller mit Hilfe von Optimierungsalgorithmen bestimmt und über die Kopplung der Simulationsumgebung mit dem Motorprüfstand bezüglich Verbrauch und Emissionen verifiziert. In der weiteren Entwicklung wird die Betriebsstrategie unter der Randbedingung der Fahrbarkeit in steuergerätetaugliche Funktionen umgesetzt. Hierbei können alle momentenbeeinflussenden Funktionen wie z.B. Motorstart/-stopp Anfahrregelung usw. in die Hybridstrategie eingebunden und grundbedatet werden. In der Simulationsumgebung können diese Funktionen und deren Einfluss auf Verbrauch und Emissionen getestet werden. Mithilfe des Simulink Coder™ werden die vorab getesteten Funktionen in Steuergerätecode kompiliert und auf den realen Hybridcontroller, der als Bypass zur Motorsteuerung betrieben wird, geladen. Die Funktionen werden dann im realen Fahrzeug getestet und verifiziert.