Testen mit Hardware-in-the-Loop-Simulation

Vorteile der HIL-Simulation
Nachdem die Steuergeräte-Funktionen entwickelt und auf dem Seriensteuergerät implementiert sind, müssen sie umfassend getestet werden. Mit Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulation lassen sich leicht alle unterschiedlichen Motorvarianten und deren Steuergeräte abdecken.
Zum Beispiel wird die Steuergeräte-Umgebung (interagierende Komponenten oder sogar das Gesamtsystem) simuliert.
Die Vorteile sind offensichtlich:

• Funktionstests sind in einer frühen Entwicklungsphase möglich, sogar bevor alle Teile real vorhanden sind.
• Labortests reduzieren Zeit und Kosten und finden unter kontrollierten Bedingungen statt.
• Fehlfunktionen und Steuergeräte-Verhalten in Situationen, die normalerweise gefährlich wären, können ohne Risiko für den Fahrer und die Maschine getestet werden.
• Die Tests lassen sich reproduzieren und sind automatisierbar.

Herausforderungen beim Test von Steuergeräten für Elektromotoren
Elektromotoren werden in zahlreichen Anwendungsbereichen immer leistungsstärker. Die herkömmlichen Gleichstrommotoren mit Bürsten (BDC) wurden durch bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) ersetzt. Die Steuergeräte von Elektromotoren stellen die Ansteuerleistung direkt zur Verfügung. Nicht wie in anderen Anwendungen, in denen thermodynamische oder hydraulische Leistung durch geringe Zusatzleistung vom Steuergerät geregelt werden.
Oftmals werden Steuergeräte für Elektromotoren dafür in komplexe, verteilte Fahrzeugfunktionen integriert, so dass es wichtig ist, das Zusammenspiel mit anderen Steuergeräten zu testen.

Spezielle Lösungen sind für die Verbindung des Steuergeräts notwendig.

• Hohe Leistungsebene
• Hohe Dynamik
• Spezielle I/O, zum Beispiel für Drehgeber und Resolver

HIL-Schnittstellen
Ein HIL-Simulator kann auf mehreren Ebenen auf ein Steuergerät oder ein anderes System für die Steuerung des Elektromotors zugreifen. Welche Schnittstelle verwendet wird, hängt vom Testzweck und den Projektbedingungen ab.

• Signalebene: Simulation der Leistungselektronik, des Elektromotors und der mechanischen Umgebung
  • Hoch skalierbar, da Parameter ungeachtet der Leistungsebene flexibel einstellbar
  • Voller Zugriff auf das Modell
  • Steuergerät muss geöffnet sein
     
• Elektrische Leistungsebene: Simulation des Elektromotors und der mechanischen Fahrzeugumgebung
  
  • Seriensteuergerät kann eingesetzt werden
  • Voller Zugriff auf das Modell
  • Motorparameter innerhalb eines bestimmten Leistungsbereichs flexibel einstellbar
     
• Mechanische Leistungsebene: Simulation der mechanischen Umgebung
  • Einsatz des realen Motors auf dem Motorlastprüfstand
  • Auswirkungen des realen Motors und zusätzlicher mechanischer Komponenten auf den Regler können berücksichtigt werden.
  • Keine detaillierten Kenntnisse des Motors notwendig
  • Weniger flexibel bei Änderungen der Motorparameter

Batteriesimulation
dSPACE bietet spezielle Hardware und Software für die Batteriesimulation:

• Echtzeithardware für HIL-Tests mit hoher Spannungsgenauigkeit und galvanischer Trennung
• Simulationsmodelle für Lithium-Ionen- und Nickel-Metallhydrid-Batterien für realistische Tests des Batteriemanagements

Simulationsmodelle
Für die Echtzeitsimulation eines elektrischen Systems bietet dSPACE die ASM – Electric Components Library.
Anwendungen reichen von elektrischen Antrieben und Umrichtern für Closed-Loop-Simulationen mit einem elektrischen Antriebsregler bis hin zu kompletten automotiven elektrischen Systemen einschließlich Batterie, Starter, Generator und Lasten. Typische Anwendungsfälle sind die Simulation realistischen Batterieverhaltens während der Starteraktivierung, elektrische Antriebe, integriert in einen Hybridantriebsstrang usw.