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A2_T17

Simulation und Optimierung des Thermomanagment-Systems im Gesamtfahrzeug

Projektabschluss: 2008

Projektziel

    • Die Evaluierung von verschiedenen thermischen Teilsystemen, z.B. Wärmeabgabe vom Motor, Kühlkreislauf, Ölkreislauf, Luftkreislauf etc. zu verschiedenen Motorbetriebspunkten
    • Integration der Teilsysteme in ein globales thermisches Managementsystems des Gesamtfahrzeuges
    • Entwicklung von Regelungsstrategien zur Optimierung des Aufwärmverhaltens auf Basis des abgestimmten Simulationsmodell des Gesamtfahrzeug
    • Versuchstechnische Verifikation der simulationstechnisch ermittelten Regelstrategien am Fahrzeugrollenprüfstand
    • Aufbau einer Datenbank zur Bereitstellung der erforderlichen Eingabeparameter für die simulationstechnische Vorausberechnung von thermischen Fahrzeugmodellen

Projektbeschreibung

    Thermisches Management gewinnt in der heutigen Fahrzeugentwicklung immer mehr an Bedeutung. Die ansteigende Leistungsdichte von aktuellen und zukünftig geplanten Motoren, die Anforderungen dieser Motoren, Komfortfragen und die Platzlimitierung erfordern bereits äußerst komplexe Strategien zur sicheren Auslegung und Abbildung des thermischen Managements im Gesamtfahrzeug. Dies geht weit über die Definition des Kühlsystems hinaus. Vielmehr müssen sämtliche anfallende Wärme- und Energieströme effizient im Fahrzeug verteilt werden, um eine optimale Ausnutzung der Primärenergie zu erreichen. Neben dem Aspekt des Verbrauchs ist im Speziellen auch die Reduktion der Fahrzeugemissionen eng mit der Optimierung des thermischen Managements verbunden. Die Erfüllung von den in Zukunft geltenden, restriktiven Abgasgrenzwerten setzt alternative Motoren- und Abgasnachbehandlungskonzepte voraus, welche wiederum eine Steigerung der Wärmeabfuhr mit sich bringen (z.B.: Hochlast-Abgasrückführung, zweistufige Aufladung mit Ladeluftkühlung, etc.).

    Hier wird der Ansatz der Co-Simulationstechnik verfolgt, wo das thermische Gesamtsystem Fahrzeug durch eine Kopplung von verschiedensten Software-Tools realisiert wird, welche auf die Abbildung von Teilsystemen (Kühlung, Motorprozessrechnung, etc.) spezialisiert sind. Diese Methodik erlaubt es, eine möglichst exakte und ausreichend detaillierte thermische Analyse des Motors, des Kühlsystems, des Antriebsstranges, sowie der Fahrzeugklimatisierung unter stationären und instationären Fahrzuständen wiederzugeben. Mit Hilfe einer konsequenten Anwendung dieser Gesamtsimulationsmethodik soll das Potential alternativer Konzepte nicht nur qualitativ sondern auch quantitativ abgeschätzt werden. Darüber hinaus sollen Regel- und Kontrollstrategien zur Optimierung und Wirkungsgradsteigerung des Gesamtsystems untersucht und entwickelt werden.

    Um diese überaus komplexen Zusammenhänge simulationstechnisch abbilden zu können, ist eine Verbesserung und Weiterentwicklung der vorhandenen Simulationsmethodik erforderlich. Durch die Verfügbarkeit von Eingabedaten und Randbedingungen wird die Genauigkeit der simulationstechnischen Abbildung des thermischen Systems maßgeblich bestimmt. Die Anwendungsmethodik soll unter diesem Gesichtspunkt derart weiterentwickelt werden, dass auch bei nicht verfügbaren oder unvollständigen Eingabedaten Berechnungsergebnisse sichergestellt werden können. Letztere müssen betreffend Umfang und Detaillierungsgrad auf die Erfordernisse der entsprechenden Phase im Entwicklungsprozess abgestimmt sein. Als Beispiel ist hier die Bereiststellung von Wärmeeintrag und Wärmeabfuhr für das Motormodell zu nennen. Aus 3D CFD Berechnungen von Gemischbildung und Verbrennung bzw. der Wasserkühlung für die thermische Simulation von Zylinderköpfen liegt hier umfangreiches Material vor. Dieses soll durch geeignete Aufbereitung für Vorausberechnungen in der oben genannten Form nutzbar gemacht werden.

    Begleitend zur Berechnung dieser Regel- und Kontrollstrategien sollen umfassende experimentelle Messungen am Rollen- und Komponentenprüfstand durchgeführt werden, um eine Validierung und Absicherung der Simulationsergebnisse sicherstellen zu können. Um möglichst viele Synergieeffekte zu den bereits abgewickelten Projekten zu nutzen, sollte es möglich sein, auf das dem Kompetenzzentrum zur Verfügung stehende und bereits mit Messtechnik ausgestattete Versuchsfahrzeug zurückgreifen zu können.

     

     

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