Car-in-the-Loop

Der Car-in-the-Loop-Prüfstand ist eine Erweiterung der heutigen Versuchsaufbauten in der Fahrzeugentwicklung. Eine seiner Hauptanwendungen besteht darin, die Funktionen und das Zusammenspiel verschiedener mechatronischer Systeme in Längs-, Quer- und Vertikalfreiheitsgrade auf Fahrzeugebene unter realistischen Fahrsituationen zu testen. Dadurch können Fahrzeugerprobungen bereits in frühen Entwicklungsphasen auf den Prüfstand übertragen und so ein Front-Loading-Ansatz in der Entwicklungsarbeit verfolgt werden.

Mit der ständigen Weiterentwicklung von Fahrerassistenzsystemen, dem Fokus auf autonomes Fahren und den strengeren Regulierung der Fahrzeugemissionen steigt heutzutage die Komplexität mechatronischer Systeme in Fahrzeug erheblich an. Gleichzeitig sieht die Automobilindustrie einen Bedarf an mehr Fahrzeugmodellvielfalt und einer kürzeren Fahrzeugentwicklungszeit. In diesem Zusammenhang ist es notwendig, einen modellbasierten Entwicklungsprozess zu etablieren und die Entwicklungsarbeit auf Fahrzeugebene in frühere Entwicklungsphasen zu verlagern, das sogenannte Front-Loading. Dabei sind Tests mit dem Fahrzeug auf dem Testgelände teuer und der Korrekturaufwand ist hoch. Um die Lücke zwischen den Komponententests und dem Test mit dem Fahrzeug auf dem Testgelände zu schließen, wird ein Prüfstand benötigt, der die Tests der Funktion sowie das Zusammenspiel verschiedener mechatronischer Systeme in Längs-, Quer- und Vertikalfreiheitsgrade auf Gesamtfahrzeugebene ermöglicht. Dies ist die Hauptmotivation für die Entwicklung des sogenannten Car-in-the-Loop-Konzepts.

Der Car-in-the-Loop-Prüfstand ist eine Weiterentwicklung von aktuell verfügbaren Prüfstandsaufbauten. Der wichtigste Teil der Forschung besteht in der realistischen Abbildung sämtlicher Fahrsituationen hinsichtlich der Längs-, Quer- und Vertikaldynamik. Die Funktionalität des Konzepts wird mit einem physischen Prototyp nachgewiesen. Darauf aufbauend sollte eine Methodik entwickelt werden, die eine schnelle Rüstzeit im Sinne von Austausch des Prüflings, Anpassung der Regelungsstrategie und der Übernahme von Projekten aus anderen Entwicklungsphasen ermöglicht. Um dies zu erreichen, sollte der Car-in-the-Loop-Prüfstand modularisiert werden, über die Fähigkeit zur automatischen Systemidentifikation verfügen und mit der Integrationsplattform in einem geschlossenen Regelkreis gekoppelt sein. Die Testautomatisierung und die einfache Integration in vorhandene Prüfstände sind zwei weitere wichtige Merkmale. Damit unterstützt der Car-in-the-Loop-Prüfstand den modellbasierten Entwicklungsprozess und ermöglicht ein Front-Loading der Entwicklungsarbeit. Der Prüfstand bietet insbesondere im Kontext des sog. Simultaneous Engineerings große Potentiale, die Gesamtentwicklungszeit zu verkürzen.

  • Systemmodellierung und Analyse
  • Viertelfahrzeug Prototyp (siehe auch Video unten)
  • Validiertes Fahrzeugsimulationsmodell für Echtzeitanwendung mit Prüfstand
  • Validierter Regelungsstrategie für Längs- und Querdynamik (siehe auch Video unten)
  • Validierung der Regelungsstrategie für die Vertikaldynamik auf einem erweiterten Viertelfahrzeug-Prototyp
  • Closed-Loop Anbindung mit virtuellen Fahrzeugprototyp
  • Entwicklung einer Methodik für eine adaptive Regelungsstrategie basierend auf einer automatisierten Systemidentifikation
  • Software- und Hardwaremodularisierung für einfache Integration
  • Untersuchung der Interaktion zwischen verschiedenen mechatronischen Systemen in verschiedenen Bereichen (Antriebsstrang, Fahrwerk, Lenkung usw.)
  • Front-Loading der Kalibrierung des mechatronischen Systems auf Prüfstand
  • Sicheres Testen innovativer Fahrerassistenzsysteme und selbstfahrender Fahrzeuge
  • Untersuchungen zum Energieverbrauch von Hybrid- oder Elektrofahrzeugen durch Nachbildung verschiedener Strecken unter Berücksichtigung der aktiven Lenkung und des aktiven Fahrwerks
  • Analyse der Fahremission unter Berücksichtigung der Querdynamik

Den aktuellen Entwicklungsstand sollen folgende Videos beschreiben:

Dieses Video zeigt eine sinusförmige Lenkbewegung bei konstanter Geschwindigkeit zur Verdeutlichung der Kinematik der Prüfstandswelle des Demonstrators.

Das Video zeigt eine hochdynamische Testfahrt auf dem Prüfstandsdemonstrator. Für die Echtzeitsimulation des verwendeten Fahrzeugs (Mini Countryman) wurde die Software CarMaker genutzt.