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Antriebsstrangsimulation

Bei der Entwicklung von modernen Antriebssträngen für Schienenfahrzeuge gibt es eine große Zahl von Freiheitsgraden. Es bestehen Wechselwirkungen zwischen den Komponenten, Wechselrichter, Elektromotor und Getriebe. Veränderungen an einer Komponente können somit Auswirkungen auf den gesamten Antriebsstrang haben. Die Leistungen und Drehzahlbereiche der einzelnen Antriebsmaschinen müssen bestimmt werden. Außerdem haben die Betriebsstrategie und das Verhalten des Fahrers einen großen Einfluss auf das Antriebssystem. Um ein Antriebssystem optimal an das jeweilige Einsatzprofil im Bahnsystem anzupassen, kann die Systemsimulation verwendet werden. Eine Gesamtsystemsimulation ermöglicht es das Antriebssystem auf verschieden Parameter zu optimieren, zum Beispiel Energieeffizienz oder Masse.
Es wird eine Modellbibliothek in der Modellierungssprache Modelica aufgebaut, die verschiedene Komponenten enthält, die variabel kombinierbar sind. Die Komponenten werden zu angreifender Größen wie Drehzahl und Drehmoment abstrahiert. Die Komponenten lassen sich in den Modellen über physikalische Gleichungen oder durch gemessene Kennfelder beschreiben und können Größen verschiedener Disziplinen enthalten. Damit lassen sich sehr gut multiphysikalische Systeme mit beispielsweise mechanischen, elektrischen und hydraulischen Komponenten aufbauen.

In der Modellbibliothek sind bereits die Komponenten für einen hybriden Zug enthalten.
Momentan wird die Modellbibliothek mit Modellen für hochdrehende Motoren und die dazugehörigen Wechselrichter und Getriebe erweitert.
 

Die Komponentenmodelle der Bibliothek werden am institutseigenen Antriebssystemprüfstand oder in Kooperation mit den Industriepartnern validiert und lassen sich einfach zu Modellen von Antriebssystemen zusammenstellen.

Die Infrastruktur des Antriebssystemprüfstands eignet sich auch für Hardware in the loop Versuche, bei denen Teile eines Antriebssystems in einer simulierten Umgebung erprobt werden. Die simulierte Umgebung kann ebenfalls aus den Simulationsmodellen der Modellbibliothek aufgebaut werden.

In der Zukunft wird die Modellbibliothek weiter ausgebaut: Mit neuen und verbesserten Modellen beispielsweise von Elektromotoren für hohe Drehzahlen und batterieelektrischen Antrieben werden neue Anwendungsfelder erschlossen. Ebenso ist eine Erweiterung des Prüfstands für höhere Leistungen und freien Zugriff auf die Regelung der Leistungselektronik vorgesehen.