Modellbasierte Entwicklung und Rapid-Prototyping-Systeme
Die Entwicklung von Cyber-Physikalischen Systemen (CPS) wie Fahrzeugen oder Industrieanlagen ist geprägt von einer rasant steigenden Komplexität und deren wachsenden internen und externen Vernetzung. Zur Beherrschung der funktionalen Komplexität ist es notwendig, eine Verlagerung der Analyse- und Entwicklungstätigkeiten hin zu geeigneten Simulationen der Produkte vorzunehmen. Hierbei wird im Bereich der Industrie gemeinhin von „digitalen Zwillingen“ gesprochen, während speziell in software-intensiven Systemen der Begriff der „modellbasierten Entwicklung“ geprägt ist. Das IEEM verfolgt über seine verschiedenen Forschungsthemen querschnittlich den Ansatz, mittels Simulationen und Modellierungen innovative Lösungskonzepte zu erarbeiten und diese über Rapid-Prototyping in geeigneten Demonstratoren zur Verfügung zu stellen.
Vom Systemgedanken über Teilsysteme und -implementierungen zum (Rapid)-Prototyp
Das IEEM der Hochschule Karlsruhe bietet eine Expertise und eine Vielzahl von Simulationen und Modellierungen von CPS und deren Teilsystemen aus verschiedenen Sichten heraus an (Fahrzeug, Industrie, Funktionen, Safety und Security, Motoren…) sowie eine hohe Anzahl von Rapid-Prototyping-Systemen (RP). Die „Hardware“ der RP-Systeme umfasst einen Rollenprüfstand, einen Klima- und Höhensimulationsprüfstand für Motoren, einen BMW i3 als Entwicklungsfahrzeug, ein für autonome Fahrfunktionen umgerüstetes Golf-Kart inkl. zugehöriger Sensorik, Hebebühnen, einen „Straßen-Umgebungssimulator“ mit Integration von Fahrzeug- und Fahrradmodellen sowie diverse automotive Diagnosegeräte, RP-Steuergeräte-Boards etc.
Einsatz virtueller Modelle und RP-Systeme
Der Einsatz der virtuellen Modelle und der RP-Systeme erfolgt beispielsweise in den folgenden Themen:
- zur Entwicklung von autonomen und ADAS-Fahrzeugfunktionen verwendet das IEEM Unity-Applikationen zur Umgebungssimulation. Die Anbindung an das Ego-Objekt (Fahrzeug, Fahrrad) erfolgt dabei je nach Anwendung simulativ oder mittels realer Prototypen.
- zur Entwicklung von automotiven Security-Konzepten modelliert das IEEM die Fahrzeug-E/E-Architektur und deren Offboard-Schnittstellen über eine abgestimmte Toolsuite. So werden Modelle von Applikationsfunktionen (ADAS, Powertrain, Body & Comfort…) je nach Beispielkomplexität über modellbasierte Tools und Autocodierung oder in direkter Art und Weise in ein geeignetes Vernetzungsmodell integriert. Genauer gesagt werden die Funktionen auf verschiedene virtuelle (und teils reale) Steuergeräte partitioniert und das Vernetzungsmodell stellt das gesamte Kommunikationsverhalten des Fahrzeugs dar. Die verschiedenen Schnittstellen dieses Systems of Systems erlauben die Analyse von Integration diverser Applikationen und Security-Artefakte auf unterschiedlichen Ebenen.
- zur Entwicklung eines intelligenten Energie- und Reichweitenmanagements für E-Fahrzeuge und Fahrräder modellieren wir sowohl das mechatronische System „Fahrzeug“ inklusive Powertrain und Nebenverbraucher in Tools wie Matlab/Simulink. Ferner werden Schnittstellen für Einflüsse der Routenwahl (Steigung, Wetter, Fahrertyp…) über weitere Tools und definierte Schnittstellen in das Gesamtmodell integriert.
Eckdaten
Karlsruhe
Institut für Energieeffiziente Mobilität (IEEM)
Moltkestr. 30
76133 Karlsruhe
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