Neben den zahlreichen aktuellen Projekten, die wir am Institut erforschen, können wir auf eine Menge erfolgreich abgeschlossener Projekte zurückblicken.
Eine Auswahl an aktuellen und abgeschlossenen Projekten haben wir aufbereitet, um Ihnen einen Einblick in die Forschungsarbeit von Prof. Dr.-Ing. Rolf Roskam zu ermöglichen.
Prof. Dr.-Ing. R. Roskam
Projektpartner: Aventics GmbH, ID Microelektronik und Messtechnik GmbH
Einleitung:
In zahlreichen Anwendungen der Mobilität werden Sensoren zur Ermittlung der Position und der Bewe-gung benötigt. Da die Sensorwerte alleine häufig ungenau sind, werden sie mit Sensorfusions-algorithmen verrechnet und damit eine höhere Genauigkeit erzielt.
Neben der Verarbeitung der Sensordaten müssen in der Regel auch Bewegungs- oder Positionieraufgaben gesteuert oder geregelt werden.
Zielsetzung:
Zielsetzung dieses Projektes ist die Entwicklung einer kostengünstigen, universellen Steuerung,
die zahl-reiche Sensoren bereits integriert.
Als Entwicklungsumgebung soll das kostenlose Open Source Programm Scilab genutzt werden. Mit
dieser Entwicklungsumgebung können zukünftig innovative Lösungen in der Mobilitätswirtschaft
realisiert werden.
Exemplarisch soll die Steuerung am Beispiel eines Schiffes mit Doppelmotor und Bugstrahlruder eingesetzt werden, um das Schiff in der Funktion „Virtueller Anker“ positionieren zu können.
Prof. Dr.-Ing. R. Roskam
In vielen technischen Bereichen werden heutzutage Systeme, welche früher mechanisch mit dem dazugehörigem Bedienelement gekoppelt waren, für eine Bauraum und Gewichtsreduzierung entkoppelt und elektronisch angesteuert. Diese X-by-wire Mentalität führt dazu, dass Systemzustände nicht mehr direkt an den Nutzer über den taktilen Sinn übertragen werden können. Der so entstehende Verlust von haptischen Informationen, kann ohne Kompensation dazu beitragen, dass der Benutzer eines Systems Zustände falsch interpretiert und falsche Entscheidungen trifft.
Um den direkten Informationsfluss der Systemzustände zum Bediener wieder herzustellen, kommen immer häufiger aktive Bedienelemente zum Einsatz (Bild 1). Momentan nur im höherwertigen Schiff- und Luftfahrtbereich, aber auch in der Automobilindustrie ist langsam ein solcher Trend erkennbar. Neben den bisherigen Rast- und Bremsfunktionen können weitere haptische Rückmeldungen implementiert werden. Z.B. kann eine einstellbare Stopp- oder eine Shaker-Funktion (Vibration) dargestellt werden.
Bild 1: Aktives rotatorisches (Jaguar) und translatorisches Bedienelement (Bosch Rexroth)
Während rein passive Systeme mechanisch realisiert werden können, ist bei aktiven Systemen der Einsatz von Sensoren, eines Stellmotors und eines Reglers erforderlich. Aus diesem Grund können Bedienelemente mit aktiver haptischer Rückmeldung auch als mechatronische Bedienelemente beschrieben werden (Bild 2 unten).
Technisch beschrieben wird eine Raste über einen Kraft-/Drehmomentenverlauf in Abhängig-keit über den Drehwinkel des Bedienelements. Während dieser Verlauf bei mechanischen Systemen durch die Geometrie, Reibung und Federsteifigkeit fest vorgegeben ist (Bild 2 rechts oben), ergibt sich der Verlauf bei mechatronischen Lösungen durch das Zusammenspiel aus Regler, Bediener und System (Bild 2 rechts unten). Hierdurch ergeben sich Abweichungen vom vorgegebenen Sollwertverlauf (MSoll). Der Bediener stellt quasi die Störgröße in diesem Regelkreis dar. Je nach Art des Bedieners (große/kleine Hand, muskulös oder weniger muskulös, dynamische oder zaghafte Bedienung) werden sich folglich unterschiedliche Regelabweichungen vom vorgegebenen Idealverlauf einstellen. Der Bediener fühlt quasi das Resultat der Regelung (MIst,) wobei er selbst den größten Störeinfluss auf die Regelung darstellt.
Bild 2: Probleme bei der Entwicklung mechanischer und mechatronischer Bedienelemente
Bisher konnte lediglich empirisch ermittelt werden, wie eine hochwertige Raste bzw. Bremse geregelt werden muss. Es existiert bislang keine systematische Vorgehensweise zur Realisierung hochwertiger haptischer Rückmeldungen, welche diesen Einfluss des Menschen und sein Empfinden berücksichtigen.
Gerade angesichts des zunehmenden Einsatzes mechatronischer Bedienelemente ist es Ziel dieses Vorhabens ein Werkzeug zu realisieren, mit dem die Entwicklung mechatronischer Bedienelemente systematisch durchgeführt werden kann. Systematisch bedeutet hierbei, dass die Vorgabe von Sollwertverläufen und die Parametrierung von Reglern nicht empirisch erfolgt, sondern mit Hilfe von Modellen analytisch unterstützt werden.
Erreicht werden soll dies über die Aufteilung des Projekts in einen ingenieurswissenschaftlichen und einen psychophysikalischen Teil (Bild 3). Die Ingenieurswissenschaft untersucht primär den Einfluss des Bedieners auf das mechatronische Bedienelement und die Regelung. Die psychophysikalische Bewertung der vom mechatronischen Bedienelement erzeugten haptischen Rückmeldung übernimmt ein Psychologe.
Bild 3: Ingenieurwissenschaftliche und psychophysikalische Zielsetzung des Vorhabens
Projektpartner in diesem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt sind die Bosch Rexroth AG (Bereich Schiffstechnik), das Deutsche Zentrum für Luft‐ und Raumfahrttechnik e.V. (DLR), die Lemförder Electronic GmbH, die TU Braunschweig (Institut für Psychologie) und die Vehico GmbH (Bild 4).
Bild 4: Projektpartner
Prof. Dr.-Ing. Rolf Roskam
Entwicklungsumgebung für Systeme der Hydraulik, d.h. Zielsetzung dieses Projektes ist die
Entwicklung eines kostengünstigen, universellen Hydraulikcontrollers, der gleichzeitig als
RCP-System eingesetzt werden kann.
In den letzten 20 Jahren wurden neue Entwicklungswerkzeuge zur Auslegung und Inbetriebnahme von Regelsystemen im Bereich der Mechatronik entwickelt. Man bedient sich hierbei der Simulation sowie des Rapid Control Prototypings (RCP). Für die Hydraulik fehlt es bislang an kostengünstigen RCP-Systemen.
Zielsetzung dieses Projektes ist die Entwicklung eines kostengünstigen, universellen Hydraulikcontrollers, der gleichzeitig als RCP-System eingesetzt werden kann. Als RCP-System soll hierbei das kostenlose Open Source Programm Scilab genutzt werden. Mit dieser Entwicklungsumgebung sollen zukünftig innovative Lösungen in der Hydraulik einfach und kostengünstig realisiert werden können. Exemplarisch soll dies am Beispiel eines komplexen hydraulischen Systems, der elektrohydraulischen Parallelhaltung eines Frontladers erprobt werden.
Prof. Dr.-Ing. Rolf Roskam
Elektrisch betriebenes Kart-Fahrzeug
Elektromobilität ist eines der zentralen Innovationsthemen in der Fahrzeugindustrie. Um
Studierenden die Möglichkeit zu bieten, an diesem aktuellen Thema Projektarbeiten, Studien- und
Abschlussarbeiten anfertigen zu können, wurde ein Versuchsfahrzeug auf Basis eines KARTs aufgebaut.
Dieses Fahrzeug verfügt über sämtliche Komponenten, die in der Elektromobilität relevant sind:
Batterie mit Monitoring, Steuerungsrechner, CAN-Bus, Lenkwinkel-, Gas-/Brems-pedal-, Gierraten- und
GPS-Sensorik, Motorsteuerungen und doppelter Synchronmotorantrieb.
Darüber hinaus steht die komplette Entwicklunsumgebung von der Simulation, des Rapid-Control-Proto-typing, Mikrocontroller bis hin zum Hardware-In-The-Loop-Testaufbau zur Verfügung.
Zielsetzung ist die kontinuierliche Weiterentwicklung des EKARTs, so dass an internationalen Wettbewerben einer der ersten Plätze belegt wird. Auch ist ein Wettbewerb gegen KARTs mit Verbrennermotor geplant.
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