ARI - Advanced Ride by Wire

Herzlich willkommen auf unserer Projektseite. Hier erfahren Sie alles über unsere innovative Entwicklungsumgebung und unser Antriebskonzept.

Kurzbeschreibung

ARI fungiert als Entwicklungsumgebung, um ein neuartiges Antriebskonzept für E-Bikes zu untersuchen und weiterzuentwickeln. Während bei herkömmlichen Elektrofahrrädern Tretpedale und Hinterrad über eine Kette mechanisch gekoppelt sind, verfolgt ARI das Ziel, diese mechanische Verbindung vollständig zu ersetzen, ohne jedoch das vertraute Tretgefühl eines klassischen Fahrrads zu verändern. Stattdessen werden Tretimpulse und Straßenbedingungen in eine elektronische Regelschleife überführt. Drehzahlen und Drehmomente am Tretlager sowie am Antriebsrad werden erfasst und in Echtzeit interdependent geregelt, um ein natürliches und dynamisches Fahrverhalten sicherzustellen.

Unser Projekt wird bearbeitet und erstellt an der HTL Mössingerstraße

Details

Entwicklungsumgebung

Heimtrainer als Entwicklungsumgebung

Zur praxisnahen Simulierung unseres entwickelten Antriebskonzept dient ein modifizierter Heimtrainer als unser Vorzeigemodell. Dabei wird ein vorhandener Heimtrainer insofern umgebaut, sodass die Regelung mittels ARI in einem kontrollierten Umfeld präsentiert werden kann.

Die Funktionsweise lautet wie folgt:
Das Treten in die Pedale treibt einen Generator an. Währendessen werden konstant Parameter der Synchronmachine (wie beispielsweise die Drehzahl) an die SPS übermittelt. Anhand der programmierten Regelung wird dementsprechend der Motor angetrieben, welcher ebenfalls Daten übermittelt. Mittels einer Bremse kann nun die Last am Motor variiert werden (Im Gegensatz dazu würden sich in der Realität die Straßenbedingungen ändern, wie z.B. die Steigung). Durch diese Veränderung ändert sich das Moment am Generator. Das Resultat? Es wird schwerer oder leichter, in die Pedale zu treten.

Demnach funktioniert das System vom Prinzip her genau so wie ein Fahhrad, nur ohne irgendeiner mechanischen Verbindung. Der Vorteil in der SPS ist aber, dass diese Regelung individuell programmierbar ist. Somit ist die einzige Beschränkung möglicher Funktionen einzig und allein die eigene Vorstellungskraft.

Antriebstechnik

Elektrischer Motor & Leistungselektronik

Als Motor und Generator werden zwei SIMOTICS S-1FK7 von Siemens verwendet, welche mittels abgestimmter Leistungsmodule versorgt werden. Hierfür kommen die SINAMICS S120 Double Motor Module, SINAMICS S120 Smart Line Module und SINAMICS Control Unit CU320-2 PN zum Einsatz.
Die Verbindung all dieser Komponenten erfolgt mittels der SIMATIC S7-1500 CPU, dem Herzstück der gesamten Regelung.

Die Control Unit wirkt dabei wie das Hirn der Synchronmaschinen. Sie erfasst über das Doppelmotormodul alle Parameter der Antriebe, wertet diese aus und übergibt ihre Daten dann weiter an die SPS.
Das Smart Line Module spielt als Frequenzumrichter bei der Versorgung der SIMOTICS Maschinen eine entscheidene Rolle. Dieses regelt die Ein- und Rückspeisung und ermöglicht somit im Verbund mit einer Netzdrossel eine saubere Versorgung.

Regelung & Kommuniaktion

Regelung über speicherprogrammierbare Steuerung

Die gesamte Kommuniaktion und Regelung erfolgt über eine SIMATIC S7-1500 CPU von Siemens. Innerhalb der firmeneigenen Software TIA Portal V18 wird die gesamte Programmierung des Systems vorgenommen.
Das bedeutet: Hardwarekonfiguration, Parametererfassung, Regelung beider Synchronmaschinen, Bedienung sowie Visualisierung.

Der Datenaustausch und die Kommunikation erfolgt über den Profinet-Standard.

Human Machine Interface

Visualisierung und Bedienung über HMI

Die Dartellung sowie auch die Bedienung erfolgt über die Sinamitc HMI KTP 700 Basic von Siemens. Auf der HMI können somit zum einen Meldungen und Parameter für den Benutzer angezeigt werdern und zum anderen durch Eingabgemöglichkeiten Prozesse der SPS gesteuert werden.