Motorprüfstand als eingebettetes System innerhalb einer Fahrzeugsimulation

  • Motor test bench as embedded system within a vehicle simulation

Klein, Serge; Andert, Jakob Lukas (Thesis advisor); Abel, Dirk (Thesis advisor)

Aachen (2020, 2021)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Kurzfassung

Steigende Kundenanforderungen und striktere gesetzliche Normen erfordern schnellere und effizientere Entwicklungsphasen im Mobilitätssektor. Die Vorverlagerung von Entwicklungsschritten mithilfe von Komponentenprüfständen, die in Fahrzeugsimulationen eingebettet sind, kann einen Beitrag zur Aufwandsreduktion leisten. Sowohl die Qualität der Ergebnisse als auch die Aufwandsreduktion sind entscheidend mit der Fahrzeugsimulation und der Integration des Prüfstandes verbunden. Diese Arbeit untersucht ein gesamteinheitliches Konzept zur Integration eines Verbrennungsmotorprüfstandes in eine Fahrzeug-Co-Simulation. Entscheidend für die späteren Ergebnisse ist die Fahrzeugsimulation. Hierzu wird zunächst ein Verfahren der verteilten Modellbildung (Co-Simulation) erläutert und die Fahrzeug-Co-Simulation bestehend aus den Einzelkomponenten Verbrennungsmotor, Antriebsstrang, virtuelle Steuergeräte und Fahrzeugdynamik beschrieben. Im nächsten Schritt erfolgen eine Einordnung relevanter Prüfstandsregelungsverfahren und eine Diskussion über die Besonderheiten eingebetteter bzw. gekoppelter Prüfstände. Der eingebettete unterscheidet sich vom konservativen Prüfstand in der bidirektionalen Beeinflussung von Co-Simulation und Prüfstand. Die Unterschiede werden theoretisch und simulativ untersucht. Es zeigt sich, dass die Art des in die Simulation zurückgeführten Drehmomentes bzw. die Rückführung der Drehzahl die Ergebnisse entscheidend verändert. Weiterführend beeinflussen der Prüfstandsregler und seine Regelgüte die Ergebnisse und den Integrationsaufwand signifikant. Daher wird eine echtzeitfähige Modellprädiktive Regelung zur Verbesserung der Regelgüte vorgestellt. Ein Merkmal des Reglers ist die einfache Wiederverwendbarkeit und Integration in der verwendeten Echtzeithardware. Simulative und experimentelle Ergebnisse an einem realen Prüfstand zeigen eine erhebliche Verbesserung der Regelgüte.

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