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E-Fahrzeug Realitätsnahes Prüfen bringt E-Fahrzeuge schneller auf den Markt

Redakteur: Juliana Pfeiffer

E-Fahrzeuge werden heutzutage an mehreren Standorten entwickelt. Um die Komponenten zum Prüfen nicht mehr an einem Ort zusammenführen zu müssen, hat das Fraunhofer LBF eine Methode entwickelt, die mit Cyberphysik ortsunabhängiges Prüfen ermöglicht.

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Im Projekt Tech-Real werden Komponentenprüfstände standort- und partnerübergreifenden vernetzt.
Im Projekt Tech-Real werden Komponentenprüfstände standort- und partnerübergreifenden vernetzt.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Im Projekt Tech-Real hat das Fraunhofer LBF mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft an der Fragestellung gearbeitet, wie sich auf Basis der Digitalisierung und moderner Netzwerktechnologien Komponenten und Prüfstände verteilt und standortübergreifend vernetzen und zu einem Gesamtprüfsystem verbinden lassen. Das Ergebnis ist eine vernetzte Prüfumgebung für einen elektrischen PKW-Antriebsstrang inklusive Traktionsbatterie, die standortübergreifend aufgebaut werden kann.

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Dabei basieren die Verfahren auf einer Erweiterung der Hardware-in-the-Loop (HiL) Technologie und auf einem VPN-gestützten firmenübergreifenden Netzwerk. Das standortübergreifende VPN-Netzwerk verbindet die in ganz Deutschland verteilten unterschiedlichen Prüfstände und Computer miteinander über das Internet. Bei der HiL-Technologie werden ein real vorhandenes Teilsystem und dessen Prüfstand in eine virtuelle Umgebung eingebunden. „Eine realitätsnahe Prüfung kann auf diese Weise erfolgen, da das zu testende Teilsystem unter denselben Bedingungen wie im Gesamtsystem eingebunden ist. Die virtuelle Umgebung simuliert hierbei die restlichen fehlenden Teilsysteme des Gesamtsystems“, erklärt Eva Stelter, die das Verbundprojekt Tech-Real am Fraunhofer LBF betreut und die Konsortialführung innehat.

Mehrere reale Komponenten gleichzeitig in der Prüfung

Im Projekt Tech-Real wird der klassische HiL-Ansatzes erweitert: Es befinden sich nicht nur eine, sondern mehrere reale Komponenten in der Prüfung, und der geschlossene Signalaustausch findet über das Internet statt. Die Prüfung der realen Komponenten, virtuell ergänzt zu einem Gesamtsystem, läuft in Echtzeit gleichzeitig an mehreren partnerübergreifenden Standorten. Dieses cyberphysische System verbindet die elektromechanischen Komponenten mit Software und dem Internet.

Digitaler Zwilling sorgt für kontinuierlichen Datenaustausch

Bedingt durch die Kommunikation über das Internet und der damit verbundenen schwankenden Übertragungsqualität kann es zu Signalverzögerungen kommen. Die Projektergebnisse zeigen, dass diese Latenzzeit typischerweise deutlich länger ist als die Datenaustauschrate, welche die Dynamik des gesamten HiL-Systems benötigt. „Latenzen beeinträchtigen die Ergebnisgüte und können bis zu einem Ausfall der Simulation und Prüfung führen. Zur Lösung dieser Herausforderung haben wir am Fraunhofer LBF eine Methodik entwickelt, die auf digitalen Zwillingen aufsetzt“, erläutert Stelter. Die Methodik besteht aus einem Simulationsmodell des Prüflings und einer Identifikationsstrategie der zugehörigen Modellparameter. Die parallel zur Prüfung ablaufende Simulation des digitalen Zwillings prognostiziert die Austauschsignale zwischen den Komponenten und stellt so einen kontinuierlichen Datenaustausch und Prüfablauf sicher. Um die Qualität der Schätzung sicherzustellen, wird der digitale Zwilling anhand von aktuell gemessenen Signalen an der realen Komponente aktualisiert.

Diese Methodik konnten die Wissenschaftler für den Anwendungsfall der Hochvolt-Batterie im Zusammenhang mit der Prüfung anderer Antriebsstrangkomponenten und der Gesamtfahrzeugsimulation erfolgreich umsetzen und in vernetzten Prüfungen testen. Es wurde das Spannungssignal aus der Batterie ausgewertet, das als Eingangsgröße für die Fahrzeugsimulation an einem anderen Standort dient. Aufgrund der Latenzzeit in der Kommunikation wurden Fehler in Höhe von 15 % gemessen. Mit der neu entwickelten Methodik konnten die LBF-Wissenschaftler den Fehler auf 0,1 % reduzieren.

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