Moderne elektrische Triebfahrzeuge stellen hoch komplexe elektromechanische Systeme dar. Besonders enge Verknüpfungen zwischen Elektrotechnik, Mechanik und Regelungstechnik (Mechatronik) ergeben sich im Antriebsstrang. Hier wird die dem Fahrleitungsnetz entnommene elektrische Energie zunächst in die für die Traktionsmotoren erforderliche Form gebracht und dort in mechanische Energie umgewandelt. Die anschließende Übertragung der Zugkraft auf die Schiene erfolgt über den in der Regel in ein Drehgestell integrierten Antrieb. Eine detaillierte Betrachtung der grundsätzlichen Struktur des Antriebsstrangs zeigt die hohe Komplexität der Teilsysteme. Die an der Entwicklung beteiligen Ingenieure müssen daher über ein hohes Maß an Bereitschaft und Fähigkeit zu systemübergreifendem Denken und Handeln verfügen. Darüber hinaus müssen die eingesetzten Entwicklungswerkzeuge geeignete Schnittstellen aufweisen, um die notwendigen Informationen austauschen zu können. Für die wichtigsten Simulationswerkzeuge SABER, ADAMS und MATLAB werden deren bevorzugte Einsatzgebiete kurz aufgezeigt. Es fehlen jedoch die Strukturen für eine detaillierte Berücksichtigung des Antriebs. Für die drei gebräuchlichsten Bauformen von Antrieben 'nicht abgefederter Antrieb (Tatzlager)', 'teilabgefederter Antrieb (achsreitendes oder Tatzlager)' sowie 'vollabgefederter Antrieb (Hohlwellenantrieb)' wurden daher parametrische Modelle in der Form eines Baukastens erstellt. Dieser erlaubt auch dem weniger geübten Ingenieur, Modelle in hoher Qualität zu erstellen. Beschrieben wird die Linearisierung eines Drehgestell-Modells und der Export nach MATLAB/Simulink. Mit diesem linearisierten Modell können bereits erste Erkenntnisse über das zu erwartende Verhalten des Drehgestells und seine Interaktion im Gesamtsystem gewonnen werden. So erhält man z.B. einen Überblick, welche Eigenfrequenzen sich von der Regelung beeinflussen lassen und welche sich diesem Einfluß entziehen. Die linearen Ersatzmodelle können auch für Simulationen im Zeitbereich eingesetzt werden. Eine der fortgeschrittenste Möglichkeit der Simulation ist die Co-Simulation, bei der unterschiedliche Simulationswerkzeuge zusammenarbeiten und so ihre jeweiligen Stärken voll ausspielen können.
Simulation komplexer mechatronischer Systeme am Beispiel des Antriebes elektrischer Triebfahrzeuge
2001
13 Seiten, 10 Bilder, 5 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
Prozesse zur Simulation komplexer mechatronischer Systeme am Beispiel einer Windenergieanlage
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