Selbstoptimierendes Energiemanagement für ein hybrides Energieversorgungsmodul
Prüfstand des aktiven Federungssystems mit zugehörigen Pareto- mengen
Konvoibildung im Weichenbereich
Ziel des Teilprojekts ist die Anwendung der Selbstoptimierung auf Gesamtsystemebene. Für realitätsnahe Fragestellungen werden Lösungen erarbeitet und an Versuchsständen erprobt. Während bisher hauptsächlich die Selbstoptimierung einzelner Teilsysteme unter Berücksichtigung der Zielvorgaben des Gesamtsystems betrachtet wurde, werden in der 3. Förderperiode verstärkt die Verkopplungen der Teilsysteme berücksichtigt und für die Selbstoptimierung vernetzter Systeme genutzt. Die Ergebnisse geben Impulse für die Projektbereiche A, B und C.
In den ersten beiden Förderperioden wurden die Methoden der Selbstoptimierung insbesondere auf verschiedene Teilfunktionen des NBP-Railcabs wie das Feder-Neigemodul und das Energiespeichermodul sowie auf VMS-Ebene auf die Konvoibildung angewendet. In der 2. Förderperiode wurden weiterhin Umfeldeinflüsse und Einflüsse aus dem betrachteten System auf sich selbst mit in den Selbstoptimierungsprozess eingebunden. Dies erfolgte jedoch noch gerichtet, ohne gegenseitige Rückwirkungen einzubeziehen. Ferner wurden selbstoptimierende Betriebsstrategien auf hybride Fahrzeuge übertragen.
In der 3. Förderperiode werden nun auch multiple Wechselwirkungen der Module berücksichtigt, um die Selbstoptimierung auf AMS-Ebene zu realisieren. Dieses erfordert die Optimierung eines globalen Zielsystems unter Berücksichtigung lokaler Ziele der 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 sind auch die Stabilität dieses Systems und die Generierung externer Zielvorgaben für die unterlagerten Module zu untersuchen. Die Umsetzung der entwickelten Verfahren erfolgt durch die informationstechnische Verkopplung der vorhandenen Prüfstände.
Am neuen Demonstrator „Chamäleon“, einem vollaktiven mechatronischen Straßenfahrzeug, soll die Selbstoptimierung der fahrdynamischen Teilbereiche Vertikal- und Längsdynamik als auch des AMS Gesamtfahrzeug erfolgen. Gegenüber dem Demonstrator RailCab stellen sowohl die größeren Planungsunsicherheiten bzgl. des künftigen Fahrt- und Streckenverlaufs als auch die höhere Zahl an Freiheitsgraden neue Herausforderungen an die zu entwickelnden Konzepte. Für die Selbstoptimierung auf Gesamtsystemebene werden Fahrerwunsch, Fahrsicherheit sowie energetische und fahrdynamische Ziele berücksichtigt. Die im TP C3 entwickelten Verfahren zur Aktorrekonfiguration werden am Fahrwerk erprobt.
Im Kontext der Vernetzung der selbstoptimierenden Module und Systeme sowie der Bedienerinteraktion sind Methoden zu untersuchen, die vor allem die Sicherheit des Gesamtsystems gewährleisten können. Darüber hinaus bietet die Vernetzung zusätzliche Potentiale zur verlässlichkeitsorientierten Optimierung.
Teilprojektkoordinator:
Publikationen (seit 6/2005)
Begutachtete Veröffentlichungen
Burmester, S.; Giese, H.; Henkler, S.; Hirsch, M.; Tichy, M.; Gambuzza, A.; Münch, E.; Vöcking, H.: Tool Support for Developing Advanced Mechatronic Systems: Integrating the Fujaba Real-Time Tool Suite with CAMeL-View. In: Proceedings of the 29th International Conference on Software Engineering (ICSE), May 19-27, 2007, Minneapolis, IEEE Computer Society Press, Minneapolis, 2007, pp. 801-804
Böcker, J.; Schulz, B.; Knoke, T.; Fröhleke, N.: Self-Optimization as a Framework for Advanced Control Systems. 32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON 06), November 7-10, 2006, Paris, 2006
Frank, U.; Giese, H.; Müller, T.; Oberthür, S.; Romaus, C.; Tichy, M.; Vöcking, H.: Potenziale und Risiken der Selbstoptimierung für die Verlässlichkeit mechatronischer Systeme. 5. Paderborner Workshop Entwurf Mechatronischer Systeme, 22.-23. März 2007, Paderborn, HNI-Verlagsschriftenreihe, Band 210, 2007
Gausemeier, J.; Donoth, J; Dumitrescu, R.; Trächtler, A.; Reinold, P.:
Self-Optimization – An Approach for Intelligent Mechatronics Exemplified by an X-by-wire Vehilce.
In: 8th IEEE International Conference on Industrial Informatics, July 13-16 2010, Osaka, 2010Gausemeier, J.; Frank, U.; Low, C.; Henke, C.: From Domain-Spanning Conceptual Design to Domain-Specific Controller. In: Proceedings of the Systems Engineering for Future Capability, February 12-13, 2007, Loughborough, 2007
Gausemeier, J.; Frank, U.; Low, C.; Henke, C.: Synergistic Impact of Domain Spanning Conceptual Design on Control of Self-Optimizing Systems. 1st IEEE Systems Conference, April 9-13, 2007, Honolulu, 2007
Gambuzza, A.; Koert, D.; Münch, E.; Vöcking, H.: Automatische Codegenerierung für verteilte Informationsverarbeitung in mechatronischen Systemen. 4. Paderborner Workshop Entwurf mechatronischer Systeme, 30.-31. März 2006, Paderborn, HNIVerlagsschriftenreihe, Band 189, 2006
Giese, H.; Henkler, S.; Hirsch, M.; Tichy, M.; Vöcking, H.: Modellbasierte Entwicklung vernetzter, mechatronischer Systeme am Beispiel der Konvoifahrt autonom agierdender Schienenfahrzeuge. 4. Paderborner Workshop Entwurf mechatronischer Systeme, 30.-31. März 2006, Paderborn, HNI-Verlagsschriftenreihe, Band 189, 2006, S. 457-473
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Henke, C.; Tichy, M.; Schneider, T.; Böcker, J.; Schäfer, W.: Organization and Control of Autonomous Railway Convoys. 9th International Symposium on Advanced Vehicle Control (AVEC 08), October 6 - 9, 2008, Kobe, Japan, 2008
Henke, C.; Tichy, M.; Schneider, T.; Böcker, J.; Schäfer, W.: System Architecture and Risk Management for Autonomous Railway Convoys. 2nd Annual IEEE Systems Conference, April 7-10, 2008, Montreal, 2008
Henke, C.; Vöcking, H.; Böcker, J.; Fröhleke, N.; Trächtler, A.: Convoy Operation of Linear Motor Driven Railway Vehicles. In: Proceedings of the Fifth International Symposium on Linear Drives for Industry Applications, September 25-28, 2005, Kobe, Japan, 2005
Knoke, T.; Böcker, J.: Optimal Power Train Design of a Hybrid Refuse Collector Vehicle. IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, September 9-12, 2007, Arlington, Texas, 2007
Knoke, T.; Böcker, J.: Potenziale eines hybriden Fahrzeugantriebs in einem Abfallsammelfahrzeug. 9. Internationales VDI Forum Nutzfahrzeuge, 14.-15. Juni 2007, München, 2007
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Verlässlichkeitsanalyse des Degradationsverhaltens mechatronischer Systeme mit mehreren Betriebsstrategien. In: 25. Tagung Technische Zuverlässigkeit (TTZ 2011) - Entwicklung und Betrieb zuverlässiger Produkte, Leonberg, 2011
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Sondermann-Wölke, C.; Sextro, W.; Geisler, J.; Trächtler, A.: Experimentelle Untersuchung der Selbstoptimierung innerhalb des RailCab-Spurführungsmoduls. In: Gausemeier, J.; Rammig, F.; Schäfer, W.; Trächtler, A.: 7. Paderborner Workshop Entwurf mechatronischer Systeme, HNI-Verlagsschriftenreihe, Band 272, Paderborn, 2010, S.411-420
Sondermann-Wölke, C.; Sextro, W.; Reinold, P.; Trächtler. A.: Zuverlässigkeitsorientierte Mehrzieloptimierung zur aktorrekonfiguration eines X-by-wire-Fahrzeugs. In: 25. Fachtagung Technische Zuverlässigkeit 2011- Entwicklung und Betrieb zuverlässiger Produkte, VDI-Berichte, Band 2146, Leonberg, 2011
Trächtler, A.; Münch, E.; Vöcking, H.: Iterative Learning and Self-Optimization Techniques for the Innovative RailCab-System. In: Proceedings of the 32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON 06), November 07-10, 2006, Paris, 2006, pp. 4683-4688
Vöcking, H.; Trächtler, A.: Self-optimization of an Active Suspension System Regarding Energy Requirements. International Conference on Control, Automation and Systems 2008 (ICCAS 2008), October 14-17, 2008, Seoul, 2008
Dissertationen
Hestermeyer, T.: Strukturierte Entwicklung der Informationsverarbeitung für die aktive Federung eines Schienenfahrzeugs. Dissertation, Fakultät für Maschinenbau, Universität Paderborn, 2006
Pottharst, A.: Energieversorgung und Leittechnik einer Anlage mit Linearmotor getriebenen Bahnfahrzeugen. Dissertation, Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik, Universität Paderborn, Shaker Verlag, Aachen, 2006
