Rapid Prototyping von Motorsteuerungsfunktionen

Bei der Entwicklung softwareintensiver eingebetteter Systeme in regelungstechnischen Anwendungen, wie z.B. Motorsteuergeräten, treffen zwei Disziplinen aufeinander, die sich in der Vergangenheit weitgehend getrennt von einander entwickelt haben:

• Softwaretechnik
• Regelungstechnik

Das Zusammenwirken der beiden Disziplinen läuft in der Praxis nicht reibungslos: Unterschiedliche Begriffswelten und Perspektiven auf den Entwurfsgegenstand verursachen Missverständnisse. Die fehlende Abstimmung im Entwurfsvorgehen verhindert die durchaus mögliche gegenseitige methodische Ergänzung.

Das Ziel des vom BMBF geförderten Projektes ZAMOMO ist, diese Situation durch eine geeignete Integration von softwaretechnischem und regelungstechnischem Entwurf zu verbessern. Insbesondere sollen die in beiden Disziplinen entstandenen modellbasierten Ansätze (modellbasierter Softwareentwurf und modellbasierter Reglerentwurf) miteinander verzahnt und ergänzt werden. Als exemplarische Anwendungsdomäne werden Motorsteuerungen untersucht, die mit Hilfe der Mehtode des Rapid Control Prototypings erstellt werden sollen.

Neben der Verzahnung der beiden Disziplinen Softwaretechnik und Regelungstechnik bildet die virtuelle Entwicklung von Motorregelungen einen weiteren Schwerpunkt der Arbeiten auf Seiten der Regelungstechnik. Die herkömmliche Funktionsentwicklung von Motorsteuerungen wird großteils am Prüfstand durchgeführt. Der Betrieb eines Motorenprüfstandes ist allerdings sehr zeitaufwendig und kostenintensiv. Daher wird seit langem versucht, die Testzeiten auf ein Minimum zu reduzieren. Neben dem etablierten Einsatz von CAE-Tools bei der mechanischen Entwicklung des Motors, kann die virtuelle Entwicklung bzw. virtuelle Applikation von Reglerkonzepten am PC einen weiteren Beitrag leisten.

Ein Vorteil der virtuellen Regler-Entwicklung ist, dass sie zeitgleich mit der mechanischen Motorentwicklung beginnen kann. Für die Entwicklung der Reglersoftware ist kein realer Motor mehr nötig. Die erforderlichen Daten können mittlerweile mit Hilfe von kommerziellen eindimensionalen Simulationswerkzeugen für den Motorprozess (z.B. Boost oder GT-Power) – mit einer für die Reglerentwicklung ausreichenden Genauigkeit – simuliert werden. Diese Simulationen sind jedoch sehr rechenintensiv, wodurch sie nicht für die Reglerentwicklung in Echtzeit prädestiniert sind.

Aus diesem Grund ist der nächste Schritt in der Entwicklungskette die automatisierte Parametrierung von echtzeitfähigen HIL-Modellen. Diese Modelle werden im Rahmen dieses Projektes auf Basis der objektorientierten Modellierungssprache Modelica erstellt. Die Motormodelle sollen den kompletten Motorprozess kurbelwinkelaufgelöst berechnen. Aufgrund des hohen Rechenbedarfs eines Gesamtmodells und der Forderung nach Echtzeitfähigkeit kann die Modellgüte nicht beliebig gesteigert werden. Eine Lösungsmöglichkeit besteht in der Bildung von Teilmodellen, die auf verschiedenen Echtzeitplatformen verteilt werden, um so die Modellgüte der einzelnen Modelle erhöhen zu können. Die erstellten Modelle werden in einer Motorbibliothek zusammengefasst, um auf diese Weise die Wiederverwendbarkeit der Modelle zu gewährleisten.

Die erstellten HIL-Modelle werden anschließend an die mit dem Prozesssimulationstool ermittelten Daten angepasst. Die Aufgabe der automatisierten Ermittlung der Modellparameter soll mit dem Optimierungstool AVL Cameo durchgeführt werden. Bei diesem Schritt werden die Parameter soweit optimiert, dass die Ergebnisse des HIL-Modells bestmöglich mit den Ergebnissen der eindimensionalen Simulationstools übereinstimmen.