Wie sich große Verbrennungsmotoren in Echtzeit simulieren lassen

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Professionelle Software für die Simulation von Verbrennungsmotoren

Zur Simulation der Dieselmotoren bei MAN auf der NovaSim-HiL-Plattform kommt die Software „enDYNA Themos“ der TESIS DYNAware GmbH zum Einsatz. Dabei handelt es sich um ein professionelles Software-Paket zur Simulation von Verbrennungsmotoren. Der thermodynamische Modellansatz ermöglicht die detaillierte Abbildung physikalischer Abhängigkeiten im Motor. enDYNA Themos stellt eine hochwertige Basis für die Entwicklung und den Test von Diesel- und Ottomotor-Steuergeräten dar.

Aufgrund der Performance dieser Modelle sind sie für den Echtzeitbetrieb auf der NovaSim-Plattform hervorragend geeignet. Die hohe Genauigkeit des enDYNA-Themos-Motormodells erlaubt es ECU-Entwicklern, genaue und zuverlässige Aussagen für das Verhalten von Motoren und der zugehörigen Steuergeräte zu machen. Damit ist sogar eine weitgehende Vorkalibrierung der ECU’s am HiL möglich. Die Simulationsmodelle werden unter anderem eingesetzt für:

• Hardware-in-the-Loop-Tests von Steuergeräten mit Überwachung des Zylinderdruckverlaufs,
• Konzept- und Reglerentwurf für z.B. zweistufige Turboaufladung, vollvariable Ventilsteuerung und Abgasrückführung,
• Test und Entwicklung von Funktionen zur Abgasnachbehandlung und Onboard-Diagnose.

enDYNA Themos berechnet den zeitlich aufgelösten Druckverlauf im Zylinder, basierend auf einem nulldimensionalen Verbrennungsmodell, Wandwärmeverlust über die Zylinder und der Kolben-Kinematik.

Durch den physikalischen Modellansatz sind gekoppelte Effekte wie die Auswirkung der Ladungsverdünnung durch Abgasrückführung auf Drehmomententwicklung und Abgas naturgemäß abgebildet. Der hohe Detailgrad der Modelle bei gleichzeitiger Echtzeitanforderung erfordert eine leistungsstarke Hardware und eine HiL-Software, die eine Parallelisierung des Berechnungsvorgangs ermöglicht. Diese Komponenten stehen für NovaSim in Form einer Quadcore-CPU und leistungsstarken Simulink-Blocksets zur Verfügung.

Die NovaSim-Hardware im Detail

In dem 12-Zylinder-Diesel-HiL in Bild 3 sind von oben nach unten die folgenden Komponenten untergebracht:

• Fehleraufschaltung für 160 Pins. Die Injektoren besitzen eine separate Fehleraufschaltung.
• Break-Out-Boxes für 360 I/O-Pins
• Simulierte Lasten für 16 Hochdruck-Magnet-Injektoren mit Strommessung. Für die Injektoren sind LEDs zur Anzeige der Ansteuerung der Injektoren vorhanden.
• ECU-Anschaltung mit weiteren simulierten Lasten
• 4-Prozessor-QuadCore-CPU mit 2,4 GHz Taktfrequenz
• PXI-Rack mit I/O-Karten und Signalkonditionierung
• Not-Aus-Einheit
• Netzteil

Für den Aufbau des HiL-Simulators wurde auf den bewährten NovaSim-HiL-Baukasten zurückgegriffen. Komponenten, z.B. die Simulation von Lambda-Sonden, sind darin bereits enthalten. Die Dimensionierung der Simulation der verwendeten Hochdruck-Magnet-Injektoren (Bild 4) wurde an die physikalischen Gegebenheiten im Lkw angepasst.

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