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01.11.2017 | Gastkommentar | Ausgabe 11/2017

MTZ - Motortechnische Zeitschrift 11/2017

Komplexität beherrschen und nutzen

Zeitschrift:
MTZ - Motortechnische Zeitschrift > Ausgabe 11/2017
Autor:
Christian Lensch-Franzen
Vernetzung und Digitalisierung sind derzeit nicht nur im Mobilitätssektor im positiven Sinne komplexitätstreibende, häufig genannte Begriffe. Diese gehen bei konsequenter Interpretation weit über den Datentransfer zwischen informationsgesteuerten Fahrzeug- und Triebstrangkomponenten hinaus: Das In- und Miteinander sämtlicher Funktionsgruppen eines Antriebs ist ein permanenter Austausch von Eingangs- und Ausgangsgrößen, der sich bei Weitem nicht auf das bewusste Senden elektronischer Signale für geregelte Parameter beschränkt. Er schließt vielmehr alle chemisch-physikalischen Prozesse vom tribologischen Einfluss im Materialgefüge über die Interaktion von Kohlenwasserstoff- und Additivmolekülen aus Kraftstoff und Öl im Brennraum bis hin zur Wechselwirkung von Li-Ionen mit dem Anodenmaterial des Akkumulators mit ein. Die volle Komplexität eines Antriebs kann als Potenzial nur durch genaues Verständnis dieser Systemzusammenhänge und darauf aufbauend deren physikalische Beschreibung in einer dem Mooreschen Gesetz gehorchenden Rechner- und Steuergeräteumgebung genutzt werden. Am beliebigen Beispiel des Carnot-Prozesses liegt der Schlüssel in den vielfältigen Einschränkungen durch den Betrieb in der realen Welt wie Verluste, Werkstoffgrenzen und -eigenschaften, nicht ideale Kohlenwasserstoffe, Dynamikverhalten, Umweltrandbedingungen, etc. Im weitesten Sinne bezieht sich dies auf die Arbeitsprozesssteuerung, aber auch Bauteilverschleiß, -drift und Alterungsverhalten mit direktem oder indirektem Einfluss auf Gemischbildungsgüte, Abgasnachbehandlung und nachgelagert das Emissionsverhalten. Unabhängig ob rein verbrennungsmotorischer, hybrider oder elektrischer Antrieb, ist eine fehlende oder nicht korrekte Beschreibung solcher Zusammenhänge in der Steuerung von variablen Antriebsparametern entscheidend. Physikalisch und chemisch zu isolieren und zu verstehen sind diese Vorgänge nur durch konsequente und frühzeitige Einbettung – sprich Vernetzung – einzelner Komponenten und Funktionsgruppen in ein zunächst simuliertes Gesamtsystem. Durch gezielte Parameteränderung bei Konstanthalten weiterer Einflussfaktoren wird der Einfluss einer Eingangsgröße auf eine Vielzahl von Ausgangsgrößen ermittelt. Die betrachtete "Signalkette" ist mitunter sehr lang. Beobachtbare Ausgangsgrößen stehen nicht immer in einem unmittelbaren und mathematisch einfach beschreibbaren Verhältnis zur Eingangsgröße. Ganz zu schweigen von sich einstellenden, teils unerwünschten Sekundäreffekten. Bei der APL werden daher in einer reproduzierbaren, echtzeitfähigen Powertrain-in-the-Loop(XiL)-Testumgebung Simulationsmodelle in Kopplung mit hochfrequenten Onlinemessmethoden für die Analyse des funktionalen Verhaltens von Antriebskomponenten und resultierenden Emissionen eingesetzt. Die Entwicklungsmethode hilft, zeitlich aufgelöste Systemantworten zu interpretieren und die benötigten physikalisch-mathematischen Zusammenhänge für die Steuergerätefunktionen darzustellen. Diese Eingangsdaten sind die notwendige Voraussetzung, um eine modellbasierte Bedatung von Brennverfahren, Abgasnachbehandlung, Schalt- und Hybridstrategie unter Realfahrtbedingungen in der XiL-Umgebung sinnvoll umzusetzen und die Potenziale der Komplexitätssteigerung voll auszuschöpfen. Konsequent angewendet ergibt sich aufgrund der Skalierbarkeit eine deutliche Aufwandsreduzierung und auch technische Durchgängigkeit bei folgenden Derivateentwicklungen oder der Integration weiterer Parameter in die Antriebssteuerung. ...

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