Einheitliche Simulationsumgebung für mechatronische Komplettsysteme
Mehr als die Summe der Einzelteile
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Mehr als die Summe der Einzelteile
Um dies zu erleichtern, stellt The MathWorks für verschiedene Bereiche Produkte mit vorgefertigten Bauelementen zur Verfügung, darunter Sim-PowerSystems, SimElectronics, Sim-Mechanics, SimDriveline und Sim-Hydraulics. Mit Hilfe dieser Ergänzungs-Tools können die Entwickler nun auch Analysen der Elektronik und Mechanik in großer Detailtiefe durchführen; die Ergänzung durch andere Werkzeuge – und damit auch die Schwierigkeit der Co-Simulation – ist nicht mehr nötig. So können nun zum Beispiel auch nicht-lineare Effekte wie Reibung, Spiel oder leistungselektronisches Schalten, für die bisher andere Software-Umgebungen benötigt wurden, direkt in Simulink abgebildet werden. Der Entwickler kann dabei bestimmen, welchen Mittelweg zwischen Modelltreue und Simulationsgeschwindigkeit er gehen möchte. Mit den Ergänzungs-Tools lassen sich darüber hinaus auch Frequenz-, Steady-State- und andere Analysen durchführen, was die Abhängigkeit von zusätzlichen Software-Werkzeugen weiter reduziert.
Die Entwickler bei Delphi setzen für die Entwicklung der Getriebesteuerung das Produkt SimDriveline ein, um mit Hilfe der enthaltenen Basiskomponenten schnell Modelle zu bauen. Diese Modelle spiegeln die Anordnung der Gänge und der Kupplung sowie die mechanischen Strukturen wider, die Delphi von den OEMs vorgegeben worden waren, und bildeten die Ausgangsbasis für die Entwicklung. Im Gegensatz zum vorherigen Entwicklungsprojekt, bei dem Delphi nur mit Simulink gearbeitet hatte, war das mit SimDriveline gebaute Modell einfacher zu handhaben, da die Gangwechsel und weitere Randbedingungen automatisch vom physikalischen Modell gehandhabt werden.
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Simscape und Simscape Language
Die Basis für SimDriveline bildet Simscape als Plattformprodukt. Basiselemente für mechanische, hydraulische oder elektrische Systeme wie beispielsweise Widerstandselemente, Induktivität, Reibung, Federdämpfung etc. sind darin bereits verfügbar; detailliertere Komponenten sind dann in den darauf ausbauenden Spezialprodukten für die einzelnen Bereiche enthalten. Mit Hilfe der Ergänzungswerkzeuge können die Ingenieure nun innerhalb einer Simulationsumgebung die natürlichen Sprachen für Steuerungsysteme und physikalische Systeme verwenden – und beispielsweise die Steuerung mit Blockdiagrammen modellieren.
Die Verbindungen zwischen den verschiedenen Komponenten repräsentieren dabei Knoten in einem Netzwerk physikalischer Komponenten. Analog zur Analyse elektrischer Netzwerke anhand der Kirchhoffschen Gesetze kann nun dasselbe Prinzip auch auf Netzwerke anderer physikalischer Bereiche angewendet werden. Wenn das Netzwerk aufgebaut ist, analysiert das Simulationswerkzeug das Modell, wendet die nötigen mathematischen Bedingungen auf die Knoten an und bildet dann die Gleichungen für das gesamte Netzwerk, unter Einbeziehung der linearen wie auch der nichtlinearen Effekte. Um den Gleichungssatz zu vereinfachen und die Simulation zu beschleunigen, nutzt die Software Verfahren der symbolischen Manipulation sowie der Indexreduktion.
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