Parallelisierte Simulationsprozesse f£¼r virtuelles ... Parallelisierte...

Click here to load reader

download Parallelisierte Simulationsprozesse f£¼r virtuelles ... Parallelisierte Simulationsprozesse f£¼r virtuelles

of 150

  • date post

    04-Aug-2020
  • Category

    Documents

  • view

    2
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Parallelisierte Simulationsprozesse f£¼r virtuelles ... Parallelisierte...

  • Parallelisierte Simulationsprozesse für

    virtuelles Prototyping in der Automobilindustrie

    Von der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität Carolo – Wilhelmina zu Braunschweig

    zur Erlangung der Würde

    eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)

    genehmigte Dissertation

    von: Mathias Hommel Geburtsname: Müller aus (Geburtsort): Berlin eingereicht am: 16. Januar 2006 mündliche Prüfung am: 7. Juni 2006 Referenten: Professor Dr.-Ing. W. Schumacher, TU Braunschweig

    Professor Dr.-Ing. P. Adamis, TU Clausthal

    2006

  • © Alle Copyrightrechte bei Mathias Hommel

  • Gewidmet allen Mädchen, Frauen und Müttern für die Liebe, Kraft und Hoffnung, die sie uns geben.

  • Parallelisierte Simulationsprozesse für virtuelles Prototyping in der Automobilindustrie S. 5

    Vorwort

    Die vorliegende Arbeit basiert auf der Auswertung von Ergebnissen des Projektes „Ge- samtfahrzeugsimulation hybridischer Antriebstränge“ der Konzernforschung der Volkswa- gen AG in Wolfsburg. Dieses Projekt wurde von mir seitens Volkswagen als Projektleiter allein bearbeitet, definiert und koordiniert. Herrn Professor Dr.-Ing. Walter Schumacher, Leiter des Institutes für Regelungstechnik an der Technischen Universität Braunschweig und Referator, gilt mein besonderer Dank für die intensiven Diskussionen, die stets aufschlußreich und weiterführend waren. Herrn Professor Dr.-Ing. Panagiotis Adamis, Honorarprofessor am Institut für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen der Technischen Universität Clausthal, mein ehemaliger Abteilungsleiter und Koreferator, gilt mein besonderer Dank, für die konstruktiven Diskus- sionen und die Ermutigung, diese Promotion zu schreiben. Bei Herrn Professor em. Dr.-Ing. Dr. h. c. Werner Leonhard, Emeritus des Institutes für Regelungstechnik an der Technischen Universität Braunschweig, bedanke ich mich auf das herzlichste für den Vorsitz. Im Rahmen des mir zur Verfügung stehenden Budgets suchte ich Unterstützung bei Kolle- gen und bediente mich der Dienstleistungen verschiedener Fremdfirmen. Aus diesem Grund möchte ich recht herzlich allen beteiligten Mitarbeitern der Volkswagen AG, der Audi Electronic Venture GmbH in Ingolstadt, der Lineas Automotive GmbH in Wolfs- burg und der Extessy AG in Wolfsburg danken für die sehr gute Zusammenarbeit. Mein besonderer Dank gilt Herrn Borgs und Herrn Bulakhov der Lineas Automotive GmbH für die vielen, tiefgründigen, fachlichen Diskussionen und für die Unterstützung bei der Mo- dellbildung sowie bei der Inbetriebnahme des Clusterrechners. Ein besonderer Dank ist gerichtet an meine Eltern für die sorglose Kindheit und die stetige Förderung meiner Entwicklung sowie an meinen Bruder Michael, der mich für die Mikro- rechentechnik begeisterte. Weiterhin möchte ich meiner Frau Susanne und meinen Kindern Lena und Frieder danken für die Geduld und für die Unterstützung, die sie über die Jahre und insbesondere in der Zeit des Verfassens dieser Arbeit mit mir hatten. Darüber hinaus möchte ich allen meinen Lehrern danken, die mich auf meinem Lebensweg begleitet haben, insbesondere bei Prof. Dr.-Ing. Michael Roth † (TU Ilmenau) und Prof. Dr.-Ing. em. Joachim Holtz (Univ. Wuppertal).

    Mathias Hommel Wolfsburg, 10. Januar 2006

  • Parallelisierte Simulationsprozesse für virtuelles Prototyping in der Automobilindustrie S. 6

    Die Meinungen, Ergebnisse und Schlüsse in dieser Dissertation sind nicht notwendigerweise die der Volkswagen AG.

  • Parallelisierte Simulationsprozesse für virtuelles Prototyping in der Automobilindustrie S. 7

    Inhaltsverzeichnis

    0 Glossar und Abkürzungsverzeichnis ................................................................... 11

    1 Einleitung – Das virtuelle Prototyping................................................................ 19

    2 Einleitung zur Modellierung ............................................................................... 25

    2.1 Modellierungstools für die Regelstreckensimulation...............................................26

    2.2 Simulationstools in der Antriebstrangsimulation .....................................................29

    2.3 Unterschiede in der Modellierung zwischen Regelstrecke und Controller.............31

    2.4 Unterschiede zwischen kausaler und akausaler Modellierung ................................33 2.4.1 kausale (block- oder signalorientierte) Modellierung in Matlab/Simulink ...............................35 2.4.2 akausale (physikalisch orientierte) Modellierung in Modelica.................................................41 2.4.3 Bewertung der beiden Modellierungsansätze .......................................................................44

    2.5 Modellierung in Modelica.........................................................................................45

    2.6 Konzept der Gesamtfahrzeugsimulation ..................................................................47

    3 Modellbildung ..................................................................................................... 53

    3.1 Hybridfahrzeug Volkswagen Bora Hybrid im Projekt SUVA ..................................57

    3.2 Modell der Regelstrecke ...........................................................................................60 3.2.1 Modellierung des Antriebstranges.......................................................................................62 3.2.2 Modellierung des Systems Chassis ......................................................................................69 3.2.3 Modell der Nebenaggregate ...............................................................................................71

    3.3 Modelle der Steuergerätealgorithmen ......................................................................72

    3.4 Gesamtintegration ....................................................................................................77

    4 Aufbau und Handhabung der Clustersimulation ............................................... 81

    4.1 Aufbau des Clusterrechners ......................................................................................82

    4.2 Hardwareseitige Rechnerkopplung..........................................................................86 4.2.1 Kommunikationsprotokolle ...............................................................................................86 4.2.2 Technologien der Rechnerkopplung ...................................................................................91 4.2.3 Bandbreite und Latenzzeiten..............................................................................................93

    4.3 Softwareseitige Simulatorkopplung ..........................................................................96

    4.4 Kommunikationsarten zwischen den Simulatoren.................................................100

    4.5 Aufbau der Kommunikation zwischen den Simulatoren........................................104

    4.6 Reproduzierbarkeit und Synchronisation der Clustersimulationen .......................106

    4.7 Systemtheoretische Betrachtung zu Simulatorkopplungen ...................................112

    5 Validierung der Gesamtfahrzeugsimulation ..................................................... 117

    5.1 Validierung der zeitlichen Abarbeitung der Simulation .........................................118

    5.2 Validierung eines Fahrzeugstarts ...........................................................................119

    5.3 Validierung der Simulation anhand eines NEDC-Rollenprüfstandsversuches .....122

    5.4 Vermessung der Simulationsgeschwindigkeit........................................................127

    6 Zusammenfassung und Schlußfolgerungen ..................................................... 133

  • Parallelisierte Simulationsprozesse für virtuelles Prototyping in der Automobilindustrie S. 8

    7 Ausblick ............................................................................................................. 137

    8 Literaturverzeichnis ........................................................................................... 139

    Anhang A ................................................................................................................. 145

    Anhang B ................................................................................................................. 147

    Anhang C ................................................................................................................. 149

  • Parallelisierte Simulationsprozesse für virtuelles Prototyping in der Automobilindustrie S. 9

    Eingetragene Warenzeichen/Markennamen sind als solche i. allg. nicht besonders kenntlich gemacht. Daraus kann nicht geschlossen werden, daß solche Bezeichnungen freie Warenzeichen/Markennamen sind.

    Diese Dissertationsschrift ist nach denen in [Duden 1980] beschriebenen, im Jahr 2003 gültigen Regeln der deutschen Rechtschreibung verfaßt.

    Bildnachweise: Internet: S.54 (u.), 55

  • Parallelisierte Simulationsprozesse für virtuelles Prototyping in der Automobilindustrie S. 10

  • Parallelisierte Simulationsprozesse für virtuelles Prototyping in der Automobilindustrie S. 11

    0 Glossar und Abkürzungsverzeichnis

    Abtastrat