Die Hardware-in-the-Loop(HiL)-Simulation ist ein etabliertes Werkzeug für die Entwicklung von Motorsteuergeräten. Dabei werden HiL-Testsysteme heute vorwiegend in der Funktionsentwicklung sowie für die Inbetriebnahme und Absicherung von Programmständen verwendet. Ziel dieser Arbeit ist die Ausweitung der Einsatzbereiche der HiL-Simulation auf die Applikation. Am Beispiel der Motor-Energiebordnetz-Koordination wird gezeigt, dass eine modellbasierte Applikation grundsätzlich möglich ist. Allerdings bestehen hierfür hohe Anforderungen an die dynamische Modellqualität und die Modellierungstiefe der eingesetzten Simulationsmodelle für den Verbrennungsmotor und die Komponenten des Energiebordnetzes. Der Schwerpunkt der Arbeit besteht in der Entwicklung eines physikalisch/thermodynamisch basierten Kreisprozessmodells zur Simulation der motorischen Verbrennung. Die Implementierung geeigneter Ansätze für die Berechnung des Hochdruckteils aus der Literatur in ein echtzeitfähiges Simulationsmodell stellt hier nur den ersten Schritt der Modellentwicklung dar. Um die Berechnung des Kreisprozesses auch bei großen, zeitlich konstanten Rechenschrittweiten stabil und mit hoher Genauigkeit gewährleisten zu können, werden die numerischen Berechnungsverfahren in geeigneter Art und Weise angepasst. Der Prozessabschnitt des Ladungswechsels wird durch einen geeigneten Formfunktionsansatz abgebildet. Nach der Parametrierung wird durch eine abschließende stationäre und dynamische Validierung des Motormodells nachgewiesen. dass die entwickelten Ansätze den Ansprüchen an eine modellbasierte Applikation genügen. Dabei wird auch auf die Durchführung geeigneter Messungen und die Auswertung der erfassten Daten sowohl für die Parametrierung als auch die Validierung umfassend eingegangen. Das entwickelte Modell des elektrischen Energiebordnetzes kann die dynamische Momentenwirkung auf die Kurbelwelle des Motors, die durch die Aufschaltung gemessener Laststromverläufe verursacht wird, im Bereich der Streuung von Messungen am realen System Motor-Energiebordnetz wiedergeben. Hierbei wird im Rahmen dieser Arbeit ein kennfeldbasiertes Generatormodell entwickelt und durch bekannte Systemparameter und geeignete Messdaten parametriert. Die dynamische Validierung des kompletten Bordnetzmodells zeigt auch hier, dass das Simulationsmodell das reale Verhalten der signifikanten Größen mit der notwendigen Genauigkeit für eine modellbasierte Applikation wiedergeben kann. Ist letzten Teil der Arbeit werden schließlich die entwickelten Teilmodelle zu einem Gesamtmodell gekoppelt und der Modellverbund anhand eines geeigneten Szenarios validiert. Das dynamisch korrekte Verhalten des Modellverbunds wird dabei für unterschiedliche Varianten der Applikation für die Motor-Energiebordnetz-Koordination quantitativ nachgewiesen. Somit wird der Nachweis erbracht, dass der Verbund aus Motor- und Bordnetzmodell für eine virtuelle Applikation der betreffenden Funktionen in der Motorsteuerung geeignet und anwendbar ist.

    Hardware-in-the-Loop(HiL) simulation is an established engineering tool that is widely-used throughout the development process of electronic control units (ECU) of modern internal combustion engines. Nowadays HiL, test systems are mainly used for software development of specific ECU functions as well as for the initial operation and safeguarding of different ECU software versions. Model-based controller calibration is introduced as a new application for HiL systems within this thesis. The coordination between the engine and the vehicle power system serves to illustrate this extension of HiL applications. For a model-based controller calibration of the affected software functions highly accurate and sophisticated dynamic simulation models of the internal combustion engine and the components of the power systems are compulsory. The main focus of this thesis is on the development of a physically/thermodynamically based engine model performing the computation of the thermodynamic engine cycle in real-time to simulate the engine torque generation. Adequate approaches for the computation of the internal combustion process announced in different literary references are transferred into a real-time simulation model. To achieve a stable and highly accurate computation of the engine cycle at relatively long, constant time-steps the numeric calculation-algorithms have to he adapted in an appropriate manner. The gas-exchange as a part of the engine cycle is represented through a quite simple approach using suitable form-functions. After describing the parameterization process, a static and dynamic validation of the simulation-model is performed. Thus it can be proved that the developed model can satisfy the requirements for a model-based ECU calibration. Besides adequate measurements, necessary for the parame-terization and validation of the simulation model, are conducted. The methods used during the analysis of the recorded measurement data are described in detail. The developed model of the vehicle electrical system is able to compute the torque affecting the engine crankshaft with very high dynamic accuracy. The simulated alternators driving torque caused by a characteristic electrical load sequence is within the range of measurements conducted at the real interconnected system of engine and vehicle power system at the engine test bench. In this thesis an alternator model is developed which is based on several look-up tables and some specific parameters of the particular alternator. The dynamic validation of the complete model of the vehicle power system shows that the presented simulation model meets the requirements for a model-based ECU calibration. Finally the submodels of the internal combustion engine and the vehicle power system arc combined on the HiL system and connected to the real engine ECU. The combined model is validated using an appropriate validation sequence. The dynamically correct behaviour of the simulation model is quantitatively proved with different calibration-data for the ECU-functions that affect the interactions between engine and electrical system. Hence it can be stated that the developed models are qualified for the model based calibration of the relevant software functions of the engine control unit.


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    Title :

    Hardware-in-the-Loop Simulation für die virtuelle Applikation von Steuerungsfunktionen zur Motor-Energiebordnetz-Koordination


    Additional title:

    Hardware-in-the-loop simulation applied to the virtual application of control functions to coordinate the engine-power network relation


    Contributors:


    Publication date :

    2010


    Size :

    159 Seiten, Bilder, Tabellen, 105 Quellen



    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German