Modellbasierte Methoden zur transienten Optimierung von Antriebssystemen

Durch die Einführung des Konzepts der $\textit{Real driving emissions}$ (RDE) entstehen für die Motorenentwicklung neue Herausforderungen und damit auch für die etablierten Methoden der modellbasierten Kalibrierung. RDE-Ersatzzyklen weisen eine dynamische Charakteristik auf, die im Vergleich zum $\textit{Worldwide harmonized light duty vehicle test cycle}$ (WLTC) eine wesentliche Erhöhung der Emissionen nach sich zieht. Ist die Motorenkalibrierung des Betriebszustands mittels modellbasierter Kalibrierung in der Vergangenheit bevorzugt stationär erfolgt, steigt durch RDE die Bedeutung danymischer Fahrmanöver. ... mehrEine stationäre Optimierung des Motorsteuergerätes reicht zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte nicht mehr aus. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer modellbasierten Applikationsstrategie zur Optimierung von Antriebssystemen, um im dynamischen Motorbetrieb optimale Verbrauchs- und Emissionsgrößen zu erhalten.

Bei der Kalibrierung von Motorsteuergeräten werden die Sollwerte in Kennlinien und Kennfelder abhängig vom Betriebspunkt parametriert. Beispielsweise wird im Steuergerät der Kalibrierparameter Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung in einem Kennfeld definiert. Das Kennfeld ist über den beiden Führungsgrößen Drehzahl und Last aufgespannt. Anstelle der von diesen beiden Führungsgrößen abhängigen Steuergerätefunktion wird ein dreidimensionaler Kennraum für die modellbasierte Optimierung von transienten Emissionen eines Antriebssystems vorgeschlagen. Dabei wird die bestehende Definition des Betriebspunktes von einem zweidimensionalen Wertepaar auf ein dreidimensionales Wertetripel überführt. Unter Beibehaltung der bereits bestehenden Führungsgrößen wird als geeignete dritte Führungsgröße der Lastgradient identifiziert, der einen bedeutenden Einfluss auf die Höhe der Emissionen hat. Mittels statistischer Methoden erfolgen Voruntersuchungen, um den Versuchsaufwand zu reduzieren und die Wahl der Parameter für die Untersuchung vorab zu selektieren. Durch den dynamischen Charakter von RDE-Ersatzzyklen im Vergleich zu quasistationären Labortests steigen die nichtlinearen statistischen Zusammenhänge zwischen Motor- und Emissionssignalen. Da Emissionsmassenströme mittels Multiplikation der gemessenen Gaskonzentrationen mit dem Abgasmassenstrom berechnet werden, liefert die Arbeit zudem einen Beitrag zur Ermittlung von Gaslaufzeiten.

The introduction of the Real driving emissions (RDE) presents new challenges in the area of model-based calibration for engine development. RDE cycles have a transient characteristic that results in a significant increase in emissions compared to the worldwide harmonized light duty vehicle test cycle (WLTC). While the engine calibration of the operating state by means of model-based calibration was preferably carried out stationary in the past, the significance of transient driving maneuvers increases due to RDE. A stationary optimization of the engine control unit is no longer sufficient to comply with the emission limit values. ... mehrThe aim of this work is the development of a model-based application strategy for the optimization of drive systems in order to obtain optimal consumption and emission values in dynamic engine operation.

When calibrating engine control units, the target values are parameterized in characteristic curves and maps depending on the operating point. For example, the calibration parameter injection time of the main injection is defined in a map in the control unit. The map value is depending on the two reference variables speed and load. Instead of the control unit function determined by the two reference variables speed and load, a three-dimensional characteristic space is proposed for the model-based optimization of transient emissions of a drive system. The existing definition of the operating point is transferred from a two-dimensional value pair to a three-dimensional value triple and examined on the test bench. The load gradient, which has a significant influence on the level of emissions, is identified as a suitable third reference variable. Using statistical methods, preliminary examinations are carried out in order to reduce the experimental effort and to select the input main variables for the examination. Due to the transient characteristics of RDE cycles compared to laboratory tests, the non-linear statistical correlation between engine and emission signals increase. Since emission signals are calculated by multiplying the measured gas concentrations and the exhaust gas mass flow, this work also makes a contribution to the treatment of gas transport delay.