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HiL-Simulation: Hochdynamische Regelung des Zylinderdruckverlaufs

Das thermodynamische Model "enDYNA Themos" der Tesis DYNAware unterstützt die Entwicklung der aktuellsten Steuergerätegeneration mit zylinderdruckbasierten Regelalgorithmen für Dieselmotoren. Dabei soll durch Variation der Einspritzung der gewünschte Druckverlauf eingestellt und so Einfluss auf das Drehmoment sowie auf die Abgaswerte genommen werden. "Das Modell reagiert zeitsynchron auf das Motorsteuergerät und ermöglicht so die modellbasierte Entwicklung und den Test derartiger Steuergerätefunktionen", erklärt das Münchner Unternehmen.

Laut Tesis stellt der Test eines Steuergeräts mit Zylinderdruckregelung auf dem HiL-Prüfstand erhöhte Anforderungen an die verwendete Hardware: "Während die üblicherweise verwendete Simulationsschrittweite von einer Millisekunde für die meisten HiL-Prüfstände ausreichend ist, sind hierbei deutlich kürzere Antwortzeiten erforderlich." Die Computerhardware, das IO-System, das Motormodell und das zu prüfende Steuergerät bilden ein hochdynamisches System, wobei die Verarbeitung von Einspritzsignalen und die Antwort des Zylinderdrucks die kritischen Aspekte hinsichtlich der Zeitskalen bei Rechenzeit und I/O-Kommunikation sind.

Damit die die Einspritzsignale am HiL-Prüfstand nicht zeitverzögert an das Motormodell kommuniziert werden, setzt der Simulationsexperte auf eine möglichst hohe Abtastrate, die die prinzipbedingte Totzeit minimieren und gleichzeitig die vom Steuergerät benötigte hohe Auflösung für die Zylinderdrucküberwachung ermöglichen soll. Der Kompromiss zwischen dem Detailgrad des Simulationsmodells, der verfügbaren Rechenleistung und der Kommunikationsgeschwindigkeit des I/O-Systems bestimme die kleinste mögliche Simulationsschrittweite.

So analysieren die Testingenieure in einem ersten Schritt das Modell, um die Modellgenauigkeit zu erhöhen und zugleich die Rechenlast zu verringern. Diese Analyse zeige, dass verschiedene Modellteile unterschiedliche Zeitskalen benötigen, abhängig von der involvierten Physik. Daher wird das Modell in verschiedene Subsysteme unterteilt, die als eigene Tasks mit jeweils optimaler Abtastrate berechnet werden. Abhängig von Randbedingungen wie verfügbare Rechenleistung wird so eine Auflösung erreicht, die einen sinnvollen Betrieb von Motorsteuergeräten mit zylinderdruckbasierten Regelalgorithmen am HiL-Prüfstand ermöglicht.
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