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Virtueller Prototypentest Hardware-in-the-Loop-Prüfstand für Lenksystem-Entwicklung

| Autor / Redakteur: Fachhochschule Köln, Fakultät für Fahrzeugsysteme und Produktion / Karl-Ullrich Höltkemeier

Einen Hardware-in-the-Loop-Prüfstand mit Feedback-Lenkrad zum virtuellen Prototypentest von Lenksystemen stellt die Fachhochschule Köln vor.

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HIL-Prüfstand mit Feedback-Lenkrad
HIL-Prüfstand mit Feedback-Lenkrad
( Foto: Labor für Frtigungssysteme )

Steigende Ansprüche an Energieeffizienz, Komfort und Sicherheit sind die treibenden Kräfte bei der Entwicklung mechatronischer Systeme im Kraftfahrzeug. Hohe Ansprüche werden vor allem auch an die Lenksysteme gestellt. Hier setzen sich zunehmend elektromechanische Servolenkungen durch, deren Funktionalität über Software erweitert werden kann und ständig wächst. Das entwickelte Lenksystem muss individuellen haptischen und insbesondere den Sicherheitsanforderungen genügen. Das Lenkmoment darf nicht stören und muss in allen Fahrsituationen gleichmäßig verlaufen.

HIL-Prüfstand mit Feedback-Lenkrad

Um diese Anforderungen zu erfüllen, hat das Cologne Laboratory of Mechatronics (CLM) der Fachhochschule Köln im Rahmen eines Kooperationsprojekts mit der DMecS GmbH & Co. KG einen Hardware-in-the-Loop (HIL) Prüfstand mit Feedback-Lenkrad realisiert. Das ermöglicht die Verlagerung von Prototypen-Tests bei der Entwicklung von Lenksystemen an einen HIL-Prüfstand, der auf einer Fahrdynamiksimulation basiert. Mit dem Feedback-Lenkrad kann auf dem Prüfstand bereits in der Simulationsphase der Entwicklung das erzeugte Lenkgefühl mit Blick auf die Akzeptanz beim Fahrer analysiert und durch Veränderung von Reglerstrukturen, Parametern und Kennlinien optimiert werden.

Die Verlagerung der Entwicklung und Abstimmung von Regelungsalgorithmen in die virtuelle Welt der Simulation verringert den Abstimmungs- und Testaufwand im Fahrversuch. Diese Vorgehensweise kann mit geeigneten HIL-Prüfständen auf weitere Systeme mit haptischer Rückmeldung übertragen werden – beispielsweise auf Bremssysteme oder im Flugzeugbau verwendete Side-stick (die z. B. bei der Firma Airbus die früher üblichen Steuerräder ersetzen) und Pedale.

Mechatronik zur systematischen Entwicklung neuer leistungsfähiger Produkte

Das 1996 an der Fachhochschule Köln gegründete Labor für Mechatronik (Cologne Laboratory of Mechatronics, CLM) unter Leitung von Prof. Dr. Hermann Henrichfreise will den Einsatz der Mechatronik zur systematischen Entwicklung neuer leistungsfähiger Produkte in der Praxis vorantreiben. Dies geschieht durch die Ausbildung eines engagierten und qualifizierten Ingenieurnachwuchses und die enge Zusammenarbeit mit innovativen Partnern aus der Industrie in gemeinsamen Forschungs- und Entwicklungsprojekten. Dieses Konzept trägt gleichermaßen zur Förderung des Ingenieurnachwuchses, zur Weiterqualifikation der beteiligten Mitarbeiter und zum Wissenstransfer im Bereich Methoden und Werkzeuge der Mechatronik in die Industrie bei. 2001 entstand aus dem CLM heraus als erste Inhouse-Gründung an der Fachhochschule Köln die DMecS Development of Mechatronic Systems GmbH & Co. KG. Die DMecS GmbH & Co. KG ergänzt die F&E-orientierte Arbeit des CLM u. a. im Bereich der Dienstleistung und Weiterbildung. Zu den Schwerpunkten der anwendungsorientierten Forschung und in Kooperationsprojekten mit der Industrie zählen die Modellbildung und Simulation mechatronischer Systeme, die Entwicklung optimaler mechatronischer Systeme, Virtual und Rapid Control Prototyping, die Hardware-in-the-Loop Simulation sowie die Entwicklung und Erprobung von Werkzeugen für die mechatronische Produktentwicklung.

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