Entwicklung einer Co-Simulationsumgebung für einen Schienenfahrzeug-Fahrwerksprüfstand mit Sensorsimulation

Abstract

In dieser Masterarbeit mit dem Titel: „Entwicklung einer Co-Simulationsumgebung für einen Schienenfahrzeug-Fahrwerksprüfstand mit Sensorsimulation“ wird eine Co-Simulationsumgebung eines Fahrwerk-Integrationsprüfstands für ein Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeug entwickelt. Dies geschieht im Rahmen der Forschungsinfrastruktur NGT-Fahrwerk (NGT-FuN) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt. Die Simulationsumgebung umfasst Mechanik, Automatisierungstechnik, Signalverarbeitung und Sensorik des Prüfstandes. Sie wird für die Softwareentwicklung der Automatisierungstechnik und des Echtzeitsystems vor Verfügbarkeit des realen Prüfstandes genutzt. Die dreidimensionale Prüfstandsmechanik bildet die Mehrkörpersimulation in Simpack ab. Die signalbasierten Modelle sind in Matlab/Simulink modelliert. Die Signalverarbeitung umfasst die Datenübertragung und die Automatisierungstechnik, welche eine Lateralregelung (Spurführung) enthält. Zudem wird eine Messtechnik- und Sensorschnittstelle eingebaut. Sie beinhaltet Modelle der Sensortechnologien, die auch im realen System Verwendung finden. Aufgabe dieser Sensormodelle ist es, ideale physikalische Signale der Mehrkörpersimulation in reale technische Signale mit Störungen und Fehlern umzuwandeln. Die Simulation berücksichtigt somit das dynamische Verhalten der Sensoren und mögliche Fehlerszenarien sind simulierbar. Modelle für Winkel-, Kraft-, Moment- und Abstandssensoren werden erstellt. Ziel ist es anhand der Co-Simulation und der Sensorschnittstelle Simulationsexperimente mit realitätsnahen Sensorsignalen durchführen zu können. Die Sensormodelle bilden mittels Parameter aus Datenplätten die Sensoren ab, welche im realen Prüfstand Verwendung finden. Mit der entwickelten Simulationsumgebung und den Sensormodellen werden realistische Simulationsszenarien verwendet, um die implementierten physikalischen und technischen Stör- und Fehlerphänomene der Sensoren zu verifizieren. Vergleiche der Regelgüte des Lateralreglers unter Verwendung realistischer und idealer Sensorsignale als Eingänge für den Regler, veranschaulichen abschließend die Wirkung der Sensorsimulation auf die Spurführung.