Virtuelle Simulation und reale Erprobung

Am IMS werden mechatronische Systeme in der kompletten Bandbreite der Entwicklungsphasen untersucht und entwickelt. Dabei liegt der Fokus in den frühen Entwicklungsphasen auf der virtuellen Simulation und bei mechatronischen Systemen mit höherem Reifegrad zusätzlich auf der Erprobung im Labor oder in realer Umgebung.

Gegenstand der Forschung sind Systeme mit stark unterschiedlichen Reifegraden, die von der „Beobachtung und Beschreibung des Funktionsprinzips“ (Technology Readiness Level, TRL = 1) bis hin zu „Prototyp im Einsatz“ (TRL = 7) reichen können. Typischerweise kommen für Technologien mit niedrigem Reifegrad verstärkt Simulationstools zum Einsatz. Mit steigendem Reifegrad werden experimentelle Methoden bspw. als Software- oder Hardware-in-the-Loop (SiL und HiL) in die Entwicklung eingebunden. Um das Systemverhalten unter realen Betriebsumgebungen untersuchen zu können, beteiligen wir uns an Projekten mit sehr starkem Praxis- und Marktbezug, wie z.B. Reallabore und Prototypenerprobungen.

Für eine frühe Simulation von technischen Systemen ist eine geeignete Modellbildung unerlässlich. Hier kommen physikalische Modelle zum Einsatz, die meist der Gruppe der White-Box-Modelle zugeordnet werden können. In Anwendungen mit höherem Reifegrad liegen meist schon viele Informationen über das System selbst und angrenzende Systeme vor, die eine vollständige explizite Modellbildung erschweren bzw. sehr aufwendig machen. Hier können Grey- oder Black-Box-Modelle eingesetzt werden, die teilweise oder vollständig ohne physikalische Modellierung auskommen. Großes Potenzial bieten auch Ansätze aus der Künstlichen Intelligenz (KI). Diese Modelle können z. B. in sogenannten „Digitalen Zwillingen“ zum Einsatz kommen.

Potente Ansätze zur weiteren Erprobung von Hard- und Software mit mittlerem Reifegrad stellen HiL-Aufbauten dar. Hierzu müssen nicht alle Systemelemente auf gleichem Reifegrad entwickelt sein, um eine Erprobung zu ermöglichen. So können z.B. neue Fahrzeug-Antriebskonzepte am Car-in-the-Loop-Prüfstand des IMS erprobt werden, ohne eine Implementierung in ein Realfahrzeug durchführen zu müssen.

Viele Herausforderungen von technischen Systemen ergeben sich erst im späteren Betrieb unter realen Einsatzbedingungen. Daher streben wir oftmals eine Erprobung unter realen Bedingungen an. Mit den so gewonnen Daten können z.B. Parameter von Grey- und Blackbox-Modellen identifiziert oder gesamte Simulationsumgebungen abgeglichen werden. Hierbei liegt unser Schwerpunkt auf der Funktionserprobung und weniger der Dauererprobung.

Durch diese breite Ausrichtung von der virtuellen Simulation bis zur realen Erprobung gelingt es am IMS im gesamten Entwicklungszyklus Innovationen zu begleiten und relevante Forschungsergebnisse zu erzielen.

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