Mobilität bewegt Menschen und ist ein wesentlicher Treiber von Wachstum und Wohlstand. Ein entscheidender Faktor ist dabei das heutige Verfügbarkeitsniveau von individueller Mobilität auf Basis von Antrieben mit einem Verbrennungsmotor. Heute und in Zukunft gilt es jedoch, schädliche Auswirkungen dieses letztlich offenen Verbrennungsprozesses entsprechend den technischen Möglichkeiten weitestgehend zu Minimieren. Die vorliegende Arbeit beschreibt dahingehend einen methodischen Ansatz zur Bewertung der RDE-Kritikalität von verbrennungsmotorischen Antrieben in Kraftfahrzeugen, welcher sich aus verschiedenen Modulen zusammensetzt. Neben einer detaillierten Prozessbeschreibung und -validierung anhand von beispielhaften Anwendungsfällen umfasst diese Arbeit ein daran anknüpfendes Beispiel für die integrierte Ableitung einer emissionsminimierenden Betriebsstrategie für Hybridfahrzeuge. Die erzielten Ergebnisse verdeutlichen die Potenziale des Ansatzes zur schnellen, strukturierten Identifikation konzeptspezifischer Schwachstellen infolge der gezielten Anregung derartiger Zustände und davon ausgehend die Ableitung emissionskritischster Most-Relevant-Tests. Darüber hinaus gelingt durch Verknüpfung der Methode mit einem ebenfalls entwickelten Ansatz einer Hybridstrategie, welche hohe Schadstoffemissionen als Kostenfunktion auf Basis von Deep Learning Modellen abschätzt, eine integrierte Betriebsstrategieentwicklung ohne explizite Implementierung emissionsmindernder Funktionen.
Aktualisiert: 2023-02-02
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Zusätzlich zu Prüfstandsmessungen mit gesetzlichen Fahrzyklen erfolgt die Überprüfung der Real Driving Emissions (RDE) im tatsächlichen Fahrbetrieb. Dazu werden Fahrzeuge mit Emissionsmessgeräten ausgestattet und im öffentlichen Verkehr bewegt. Die notwendige Absicherung der Fahrzeugantriebe auf der Straße ist zeit- und kostenintensiv.
In dieser Arbeit wird ein Werkzeug entwickelt, welches das Erzeugen RDE-konformer Geschwindigkeitsprofile sowie Steigungsprofile ermöglicht. Diese Fahrzyklen halten die gesetzlichen RDE-Kriterien ein und können in Simulationen oder an Prüfständen bei der Antriebsstrangentwicklung zum Einsatz kommen, was Zeit und Kosten für Tests im Straßenverkehr einspart.
Die Methodik nutzt Micro-Trips aus Fahrzeugmessungen, welche gezielt zu neuen Fahrzyklen zusammengesetzt werden. Dabei erfolgt das systematische Einbeziehen der gesetzlichen RDE-Kriterien. Mit Hilfe von künstlichen neuronalen Netzen wird die Fahrdynamik der Micro-Trips bewertet, was das Erstellen von RDE-konformen Zyklen mit gewünschter Zieldynamik ermöglicht.
Aus Messungen erfolgt der Aufbau von Statistiken, mit denen repräsentative Steigungsverläufe erzeugt werden, wobei die RDE-Kriterien über Gewichtungsfunktionen eingehen. Die so erstellten Steigungsprofilen, bilden die reale Fahrumgebung repräsentativ ab und erfüllen die gesetzlichen Vorgaben für RDE-Fahrten.
An exemplarischen RDE-konformen Zyklen werden simulativ Verbrauchsuntersuchungen durchgeführt. Dabei stehen der Einfluss der dynamischen Kritikalität und der Steigung, die Unterschiede zu gesetzlichen Zyklen und zum Kundenbetrieb sowie das Potential durch Elektrifizierung im Fokus. Mit Blick auf den Kundenbetrieb wird abschließend eine Handlungsempfehlung zum Umgang mit den derzeitigen RDE-Kriterien abgeleitet.
Aktualisiert: 2022-12-08
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Mit der Einführung der Real Driving Emissions (RDE) Gesetzgebung in der Europäischen Union haben sich zusätzlich zum fortlaufenden Anwachsen der Entwicklungsumfänge durch die Vergrößerung der Fahrzeugportfolios neue Herausforderungen für die Emissionierung von modernen Verbrennungsmotoren und Fahrzeugantrieben ergeben: Die Messung der Emissionen von Stickoxiden und Partikeln findet während einer bewusst nur grob spezifizierten Straßenfahrt ergänzend zum zyklusbasierten Rollentest statt. Die während der Emissionierung abzusichernden Betriebszustände des Antriebs gehen dabei weit über den bisherigen Rahmen des Zyklustests hinaus. Zudem steht mit dem Straßenversuch keine kontrollierbare und reproduzierbare Entwicklungsumgebung zur Verfügung, was die Applikationsarbeit weiter erschwert.
Diese Arbeit leistet Beiträge zu mehreren die RDE-Emissionierung betreffenden Aspekten: Durch gezieltes Auslegen dynamischer Fahrzyklen hinsichtlich möglichst hoher Emissionsbeiträge unter Berücksichtigung der antriebsspezifischen Eigenschaften wird ein Werkzeug zur Erhöhung des Belastbarkeit der Emissionierungsabsicherung geschaffen. Die Methodik beruht auf am Antriebsprüfstand gewonnenen Messergebnissen, auf deren Basis mittels eines Reinforcementlearningansatzes und einer Markov-Kette Fahrzyklen erzeugt werden. Weiterhin wird eine Methode vorgestellt, mit der eine Bewertung der aktuell im Prüffeld verwendeten Systeme und Methoden auf ihre Eignung für die RDE-Emissionierung durchgeführt wird. Ausgehend von diesen Ergebnissen werden die Themen fahrzeugrealistische Ladeluftkonditionierung, Datengewinnung für realistische Streckensimulation und simulative Abbildung eines Plug-In-Hybridantriebs am konventionellen Motorprüfstand zur detaillierten Bearbeitung ausgewählt.
Aktualisiert: 2022-10-06
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Nachhaltigkeit, Klimaneutralität und Umweltneutralität sind drei wesentliche Zielgrößen für die Erforschung und Entwicklung neuer Technologien. Der Verkehrssektor besitzt das Potential, alle genannten Zielgrößen zu adressieren. Die Energieträger für den Verkehrssektor haben einen zentralen Einfluss auf die resultierenden Schadstoff- und CO2-Emissionen des gesamten Sektors. Aufgrund der hohen Relevanz von verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen wird der synthetisch hergestellte, potentiell CO2-neutrale PtL-Kraftstoff Oxymethylenether, kurz OME, untersucht. Mit diesem Kraftstoff werden unter Berücksichtigung verschiedener Einführungspfade die motorischen Potentiale erforscht.
Mischungen (Blends) aus konventionellem Dieselkraftstoff und OME werden in einem ausgewählten Versuchsfahrzeug analysiert. Dabei wird der Einfluss des Kraftstoffblends hinsichtlich der Bewertungskriterien Fahrdynamik, Schadstoffemissionen und Klimabilanz bewertet.
Für die Nutzung von OME als Reinkraftstoff werden neuartige Betriebsstrategien definiert und konkretisiert. Dabei werden insbesondere der Aufbruch des Zielkonflikts zwischen gleichzeitig niedrigen Stickoxid- und Partikelemissionen mit OME sowie der stöchiometrische Motorbetrieb berücksichtigt. Darauf aufbauend wird eine neuartige Betriebsstrategie mit dem Ziel möglichst geringer Stickoxidemissionen (Strategie „Low NOx“ mit Drei-Wege-Katalysator als Abgasnachbehandlungssystem) ausgearbeitet und in Form von zwei (Last-) Regelungskonzepten konkretisiert. Die grundsätzliche Funktionsfähigkeit der Betriebsstrategie mit den dazugehörigen Regelungskonzepten und dem ausgewählten Abgasnachbehandlungssystem wird an einem Einzylinderforschungsmotor am Motorenprüfstand unter anderem mit minimalen Stickoxidkonzentrationen im Abgas bestätigt.
Aktualisiert: 2020-08-31
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Aktualisiert: 2023-04-01
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