Einheitliche Simulationsumgebung für mechatronische Komplettsysteme Mehr als die Summe der Einzelteile

Die Entwicklung einer Getriebesteuerung beim amerikanischen Automobilzulieferer Delphi zeigt exemplarisch die Herausforderungen bei Projekten in der Mechatronik: Für mechatronische Systeme kommen Komponenten aus den vier Unterbereichen Mechanik, Elektronik, Steuerungssysteme und Software zusammen und sollen ein harmonisches Gesamtsystem bilden. Die jeweils in sich schon komplexen Bereiche müssen zu Komponenten verbunden werden, die insgesamt optimal funktionieren.

Einheitliche Simulationsumgebung für mechatronische Komplettsysteme

Die Entwicklung einer Getriebesteuerung beim amerikanischen Automobilzulieferer Delphi zeigt exemplarisch die Herausforderungen bei Projekten in der Mechatronik: Für mechatronische Systeme kommen Komponenten aus den vier Unterbereichen Mechanik, Elektronik, Steuerungssysteme und Software zusammen und sollen ein harmonisches Gesamtsystem bilden. Die jeweils in sich schon komplexen Bereiche müssen zu Komponenten verbunden werden, die insgesamt optimal funktionieren.

Steve Miller

In dem Projekt von Delphi ging es darum, Steuerungsalgorithmen zu entwickeln, die Mechanik des jeweiligen Antriebsstrangs zu modellieren und die Echtzeit-Funktionen der Steuerung zu verifizieren. Das Unternehmen wurde beauftragt, Getriebesteuerungen für Sechs-, Sieben- und Acht-Gang-Getriebe zu entwickeln. Dafür war es nötig, ein mechanisches Modell des jeweiligen Antriebsstrangs aufzubauen, um auf dieser Basis die Steuerungsalgorithmen anzupassen und zu validieren (Bild 1).

Viele Tools für die Entwicklung mechatronischer Systeme beziehen sich nur auf eine der Komponenten. Entsprechend werden auch in den Entwicklungsprojekten die Komponenten erst dann zusammengefügt, wenn der Prozess bereits weit fortgeschritten ist und vielleicht sogar schon erste Hardware vorliegt. Um jedoch das mechatronische System als Ganzes zu optimieren, sollten die Ingenieure idealerweise alle Teile innerhalb einer Umgebung simulieren und modellieren können. Möglich wird dies durch eine modellbasierte Entwicklungsmethodik. Damit können Probleme früher entdeckt und gelöst werden, Fehler können schneller und kostengünstiger korrigiert und die Systeme besser optimiert werden. Ziel dabei ist es, Fehler bereits zu erkennen, bevor die Ziel-Hardware vorliegt.

Bislang allerdings waren die Werkzeuge auf Bibliotheken von vorgefertigten Blöcken beschränkt, die von MathWorks vorgegeben wurden. Mit der Simscape Language können nun eigene Blöcke innerhalb von Simscape gebaut werden – sowohl in den konventionellen Domänen als auch in Bereichen, die bisher von den Simscape-Produkten nicht abgedeckt wurden (Bild 2). Dazu zählen zum Beispiel Bereiche wie die Pneumatik oder die Elektrochemie für Brennstoffzellen.

Die Simscape Language ist eine Matlab-basierte Sprache für die Definition physikalischer Modellierungsdomänen und für die Entwicklung physikalischer Komponenten. Sie beschreibt Beziehungen zwischen Komponenten und ist als objektorientierte Sprache darauf ausgerichtet, dass der Code wiederverwendet werden kann. Der Entwickler beschreibt die jeweiligen Parameter; die Benutzerschnittstelle und der Simulink-Block werden automatisch erstellt. Für die Beschreibung des Systems sind nur die Gleichungen nötig – es ist egal, mit welchen anderen Komponenten das System zusammenarbeitet.