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Motorprozess-Simulation in Echtzeit – Grundlagen und Anwendungsmöglichkeiten
Dipl.-Ing. Ingo Friedrich Technische Universität Berlin Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Helmut Pucher Zusammenfassung der Dissertation Sowohl die Motorprozess-Simulation als auch die Prozessanalyse haben sich in der Entwicklung schnell laufender Otto- und Dieselmotoren für den PKW- und Nutzfahrzeugeinsatz fest etabliert, um Unterstützung bei verschiedenen Fragestellungen zu leisten, beginnend mit grundsätzlichen Untersuchungen in der Konzeptphase, über die Bauteilauslegung, bis hin zur Applikationsunterstützung. Für spezielle Anwendungsgebiete der Simulation spielt die Rechengeschwindigkeit eine entscheidende Rolle. Hohe Anforderungen an die Rechengeschwindigkeit stellen Simulationsanwendungen im Rahmen der modellbasierten Entwicklung und Validierung von Steuergerätefunktionen in einer "Software in the Loop" (SiL)- oder "Hardware in the Loop" (HiL)- Umgebung. Speziell beim letzten Punkt ist die Echtzeitfähigkeit der Streckenmodelle auf der spezifisch verwendeten Hardware-Plattform obligatorisch. Typischerweise werden auf diesem Gebiet Kennfeldmodelle zur Abbildung des Verbrennungsmotors bzw. langsam rechnende Simulationstools für Offline-Anwendungen verwendet. Im Gegensatz dazu werden in dieser Dissertation die thermodynamischen und physikalischen Grundlagen der Motorprozess-Simulation und der Druckverlaufsanalyse erarbeitet und so umgesetzt, dass erstmals eine echtzeitfähige Ausführung ermöglicht wird. Die Umsetzung mündet in einem modularen auf Matlab®/Simulink basierendem Simulationswerkzeug THEMOS®, welches universell für verschiedene Problemstellungen einsetzbar ist. Die dabei völlig neu entstehenden Anwendungsmöglichkeiten werden an mehreren Beispielen aufgezeigt. Konkret wird in der Arbeit der Einsatz von THEMOS® bei der Entwicklung eines Aufladekonzeptes für einen Dieselmotor demonstriert. Anschließend wird dargelegt, wie mit Hilfe des schon erstellten Streckenmodells die zur Aufladegruppe gehörige Regelstrategie konzipiert, entworfen und auf einem HiL Prüfstand in Echtzeit getestet wird. In der Wahl dieses Beispiels soll die Bedeutung der Durchgängigkeit eines Simulationsansatzes für den kompletten Entwicklungsprozess dargestellt werden, wobei hier Echtzeitfähigkeit obligatorisch ist. Weiterhin wird in dieser Arbeit aufgezeigt, wie einzelne Fragestellungen im Verlaufe des Entwicklungsprozesses mit Hilfe der thermodynamischen Gesamtprozessanalyse gelöst werden können. Dabei wird gezeigt, dass unter Verwendung von ohnehin am Prüfstand gemessenen Werten die thermodynamische Analyse Informationen über Größen liefert, die zu einer zielgerichteteren Vorgehensweise bei der Kalibrierung führt. Abschließend berichtet die Dissertation über einen möglichen Einsatz echtzeitfähiger physikalischer Modelle als Software auf Steuergeräten. Es wird gezeigt, dass sich die Echtzeit-Druckverlaufsanalyse prinzipiell eignet, um komplexe, innovative Brennverfahren, mit vielen Freiheitsgraden, zu regeln. Dabei wird dargelegt, dass ein Regelkonzept auf Basis des gemessenen Zylinderdruckverlaufs Vorteile in Hinsicht auf Schadstoff- und CO2- Emissionen bietet. < zurück |
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