Im Projektbereich D werden die in den Projektbereichen A, B undCerarbeiteten Methoden, Werkzeuge und Techniken der Selbstoptimierung dargestellt und an konkreten mechatronischen Systemen umgesetzt, erprobt und weiterentwickelt. Dabei ist die intensive Kooperation mit den anderen Teilprojekten die Grundlage aller Arbeiten. Die bei der Realisierung gemachten Erfahrungen geben umgekehrt Impulse und konkrete Anregungen für die Weiterentwicklung der Theorie, der Werkzeuge und der Methoden selbstoptimierender Systeme.
Ein zentraler Aspekt ist der funktionsorientierte Entwurf, bei dem komplexe Gesamtsysteme in einzelne Funktionsmodule unterteilt und hierarchisch gegliedert und modularisiert werden. Die einzelnen Module können dann weitgehend unabhängig voneinander entwickelt werden und müssen erst im Rahmen der Gesamtsystemintegration wieder gemeinsam betrachtet werden. Im Teilprojekt D1 steht das einzelne Modul als Komponente eines modular-hierarchisch strukturierten Gesamtsystems im Vordergrund, während im Teilprojekt D2 die Selbstoptimierung auf integrierte Gesamtsysteme aus vernetzten Modulen angewendet wird.
Im Teilprojekt D1 liegen die Schwerpunkte in der 3. Förderperiode insbesondere auf der Selbstoptimierung von Antriebssystemen und Aktorgruppen sowie dem Entwurf von selbstoptimierenden Betriebsstrategien für Anwendungen mit stochastischen Verhalten.
Das vorhandene Antriebsmodul wird um eine Energieübertragung im Stand und damit um neue Zielfunktionen erweitert. Über den Kontext des RailCab-Systems hinaus wird außerdem ein örtlich verteiltes OCM auf andere hochdynamische elektrische Antriebssysteme übertragen. Dabei ist auch die dynamische Regler-Rekonfiguration unter Berücksichtigung von Speicher und Rechenkapazität am Beispiel eines mehrsträngigen geschalteten Reluktanzmotors von besonderem Interesse. Hierbei werden die Entwurfstechniken des TP B1 zu den bereits eingeführten flachheitsbasierten Rekonfigurationsverfahren weiter untersucht und validiert.
Im Prüfstand „Luftspaltoptimierung“ sollen unterschiedliche Regelstrategien implementiert und untersucht werden, um das Selbstoptimierungspotential der Spaltverstellung weiter zu erhöhen. Dazu werden Leistungsprofile für die Luftspaltverstellung ermittelt, die von der Strecke, dem Zielsystem und dem jeweils aktiven Regler abhängen. Weiter soll die Simulation des vom Spalt und der Verstellintensität abhängigen Motorwirkungsgrads auf beliebige Streckenprofile übertragen werden.
Beim Energiemanagement für das hybride Energiespeichermodul liegt der Schwerpunkt auf der Weiterentwicklung selbstoptimierender Betriebsstrategien bei nicht vollständig bzw. nur schwer vorhersagbarem Leistungsprofil,welche durch stochastische Kenngrößen charakterisiert werden. Dabei sollen u. a. die im Teilprojekt C3 entwickelten iterativen Lernverfahren und verhaltensbasierten Planungsmethoden aus A2 eingesetzt werden. Als Beispiele dienen Verkehrsanwendungen wie Elektrofahrzeuge und Straßenbahnen mit Energiespeichern.
Um den automatischen und optimalen Wechsel zwischen Betriebszuständen zu ermöglichen, werden spezielle Selbstoptimierungsmethoden entwickelt und an der Aktorik des Feder-Neigeprüfstands erprobt. Diese so genannte Selbstkonfiguration wird insbesondere für die Inbetriebnahme und zur Reaktion auf Aktorausfälle eingesetzt. Ziel ist es, die Wechsel zwischen den Zuständen und die dazu nötigen Maßnahmen automatisiert planen und durchführen zu lassen. Insbesondere im Fehlerfall soll möglichst das nominelle Verhalten beibehalten werden. Die Arbeiten zur Methodenentwicklung werden in enger Zusammenarbeit mit den Teilprojekten A1 und C3 durchgeführt und auf FPGA und Multiprozessorsystemen des Teilprojekts C1 erprobt. Die gesteigerte Komplexität eines selbstkonfigurierenden Systems soll mit Hilfe der Entwurfsmethodik aus dem TP B2 handhabbar gemacht werden. Die im TP B3 entwickelte selbstoptimierende Testumgebung wird helfen, die Funktionalität der OCM zu gewährleisten. Mit Hilfe der Visualisierungsagenten können z. B. Aktorausfälle dargestellt und das komplexe Verhalten bei der Selbstkonfiguration veranschaulicht werden.
Im Teilprojekt D2 stellt die Verkopplung selbstoptimierender Teilsysteme eine zentrale Herausforderung dar. An einem verteilten Fahrzeugprüfstand sowie einem flexiblen Straßenfahrzeug werden Konzepte zur Selbstoptimierung realisiert, die die Vernetzung ausnutzen, um das Gesamtsystemverhalten zu optimieren und seine Verlässlichkeit zu steigern.
Um die Selbstoptimierung auf AMS-Ebene zu realisieren, werden auch wechselseitige Auswirkungen zwischen mehreren Funktionsmodulen berücksichtigt. Dies erfordert die Optimierung eines globalen Zielsystems unter Berücksichtigung der lokalen Ziele der einzelnen Module. Für ein selbstoptimierendes Energiemanagement auf Systemebene wird unter Verwendung der Methoden aus A2 und C3 eine gemeinsame Betriebsstrategie der Funktionsmodule entwickelt, in der diese ihre Aktivität dem Energiehaushalt im Bordnetz und den globalen Zielen des Gesamtsystems anpassen, aber auch ihre lokalen Ziele optimal verfolgen. Dabei werden auch die Stabilität dieses Systems und die Gene rierung externer Zielvorgaben für die unterlagerten Module untersucht. Die Umsetzung der entwickelten Verfahren erfolgt unter Verwendung des in C2 entwickelten Echtzeitkommunikationssystems durch die informationstechnische Verkopplung der vorhandenen Prüfstände des Feder-Neigemoduls, des Antriebsmoduls, der Luftspaltverstellung und des Energiespeichermoduls. Die verteilt ablaufende Selbstoptimierung auf den räumlich getrennten vernetzten Prüfständen und die Interaktion mit dem Energiemanagement auf AMS-Ebene soll mit den Methoden des TP B3 visualisiert und evaluiert werden.
Zur Übertragung und Erweiterung der Selbstoptimierung auf andere Einsatzgebiete wird das vollaktive mechatronische Straßenfahrzeug „Chamäleon“ als neuer Demonstrator in den SFB eingebracht. Dabei bilden die größeren Unsicherheiten bei einer Vorausplanung sowie die höhere Anzahl an Freiheitsgraden gegenüber den bisher verfolgten Konzepten für das RailCab eine Herausforderung, der u. a. mit wahrscheinlichkeitsbasierten Ansätzen begegnet wird. Für die Selbstoptimierung auf Gesamtsystemebene werden Fahrerwunsch, Fahrsicherheit sowie energetische und fahrdynamische Ziele berücksichtigt. Die Entwicklung dieses komplexen Systems geschieht in enger Zusammenarbeit mit dem TP B2.
Durch die Vernetzung der selbstoptimierenden Module und Systeme sowie der Interaktion mit dem Bediener ergeben sich neue Herausforderungen hinsichtlich der Verlässlichkeit. Es werden Methoden untersucht und eingesetzt, die vor allem die Sicherheit des Gesamtsystems gewährleisten können. Darüber hinaus bietet die Vernetzung zusätzliche Potentiale zur verlässlichkeitsorientierten Optimierung des Gesamtsystems. Neben der Sicherheit werden hierfür die Zuverlässigkeit und die Verfügbarkeit als weitere Attribute der Verlässlichkeit betrachtet. Dies geschieht in enger Zusammenarbeit mit dem TP B1. Die Techniken zur Modellierung und Analyse von vernetzten Systemen aus dem TP B1 werden angewandt, um die Verlässlichkeit – insbesondere die Sicherheit – des mechatronischen Fahrzeugs „Chamäleon“ zu gewährleisten.
