Bachelorarbeit - Abschlusspräsentation
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- Hermann Maurer
- vor 5 Jahren
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1 Bachelorarbeit - Abschlusspräsentation Institute for Design and Control of Mechatronical Systems Implementierung verschiedener Fahrzeugregelungsalgorithmen am HIL Prüfstand Michael Kobler Betreuung: Thomas Schwarzgruber, Thomas Stanger 1
2 Aufgabenstellung Ziel: Regelung des Fahrverhaltens mit möglichst geringen Kraftstoffverbrauch Recherche und Auswahl von Regelstrategien Implementierung mittels IPG Carmaker von: aussagekräftigen g Testfällen ausgewählten Regelstrategien Vergleich der Regelung in Simulation am Hardwareprüfstand Institute for Design and Control of Mechatronical Systems Präsentation Bachelorarbeit 2
3 Auswahl der Testfälle Vorbedingungen Kurvenfahrt und Querdynamik irrelevant für Kraftstoffverbrauch Tauglich für Prüfstandsmotor (max. 120km/h, Handschaltung) Fahrt mit Abstandsregelungssystem Beschleunigung vom Stand Geschwindigkeitsvariation durch vorrausfahrendes KFZ Zielgeschwindigkeiten von: km/h km/h Institute for Design and Control of Mechatronical Systems Präsentation Bachelorarbeit 3
4 Auswahl der Testfälle 2 Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit Beschleunigung vom Stand Längen von: 2000m (bis 60 km/h) 3000m (bis 90 km/h) 4500m (bis 120 km/h) Steigungen von -2% bis 5% als Lastsimulation 4
5 Auswahl der Regelstrategien PI-Regler mit Antiwindup, Beschränkungen als Referenzimplementierung Pulse and Glide (PaG) Regler Idee der Lastpunktverschiebung Abwechselnd Last und Rollphasen Variation mit und ohne Segeln Segeln durch Leerlauf des Motors Institute for Design and Control of Mechatronical Systems Präsentation Bachelorarbeit 5
6 Pulse and Glide - Regelprinzip Ges schwindigke eit [m/s] Pulse and Glide - Regelprinzip Refenzgeschwindigkeit obere Schranke untere Schranke Reglerausgang 45 Pulse Glide Zeit [s] 6
7 Auswertung Simulation (1/5) h [l/100km] PI PaG PaG Segel Verbrauch 0% Steigung ttsverbrauc 7 6 Durchschni Geschwindigkeit [km/h] 7
8 Auswertung Simulation (2/5) ttsverbrauch [l/100km] Verbrauch 2-5% Steigung PI PaG PaG Segel Durchschnit Geschwindigkeit [km/h] 8
9 Auswertung Simulation (3/5) h [l/100km] PI PaG PaG Segel Verbrauch 2% Gefälle ttsverbrauc 4 Durchschni Geschwindigkeit [km/h] 9
10 Auswertung Simulation (4/5) Geschwindigkeit ACC Test 1 v: ca km/h v: +/- 0.1% hwindigkeit [m/s] Gesc PaG 14.1 m/s PaG Segel m/s PI m/s Verbrauch: PI: 5.91 l/100km PaG: 5.91 l/100km PaGS: 5.15 l/100km Verbrauch: 0.76 l/100km 12.8 % Ersparnis Die esel [l] Zeit [s] Verbrauch Absolut PaG 5.91 l/100km PaG Segel 5.15 l/100km PI 5.91 l/100km Zeit [s] Institute for Design and Control of Mechatronical Systems Präsentation Bachelorarbeit 10
11 Auswertung Simulation (5/5) Geschwindigkeit ACC Test 2 v: ca km/h v: +/- 0.5% Geschw windigkeit [m/s] PaG m/s PaG Segel m/s PI m/s 14 Verbrauch: PI: 7.25 l/100km PaG: 7.16 l/100km PaGS: 6.48 l/100km Verbrauch: 0.77 l/100km 10.6 % Ersparnis Dies sel [l] Zeit [s] PaG 7.16 l/100km PaG Segel 6.48 l/100km PI 7.25 l/100km Verbrauch Absolut Zeit [s] 11
12 Auswertung Prüfstand (1/5) h [l/100km] PI PaG PaG Segel Verbrauch 0% Steigung ttsverbrauc 6 Durchschni Geschwindigkeit [km/h] 12
13 Auswertung Prüfstand (2/5) h [l/100km] Verbrauch 2-5% Steigung PI PaG PaG Segel ttsverbrauc Durchschni Geschwindigkeit [km/h] 13
14 Auswertung Prüfstand (3/5) h [l/100km] PI PaG PaG Segel Verbrauch 2% Gefälle ittsverbrauc 3 Durchschni Geschwindigkeit [km/h] 14
15 Auswertung Prüfstand (4/5) ACC Test PaG m/s PaG Segel m/s PI m/s Geschwindigkeit v: ca km/h v: +/- 0.1% windigkeit [m/s] Gesch Verbrauch: PI: 5.27 l/100km PaG: 5.77 l/100km PaGS: 4.82 l/100km Verbrauch: 0.45 l/100km 8.7 % Ersparnis Dies sel [l] Zeit [s] PaG 5.77 l/100km PaG Segel 4.82 l/100km PI 5.27 l/100km Verbrauch Absolut Zeit [s] 15
16 Auswertung Prüfstand (5/5) Geschwindigkeit ACC Test 2 v: ca km/h v: +/- 0.5% Geschw windigkeit [m/s] PaG m/s PaG Segel 18.8 m/s PI m/s 14 Verbrauch: PI: 6.71 l/100km PaG: 6.89 l/100km PaGS: 6.24 l/100km Verbrauch: 0.47 l/100km 7 % Ersparnis Dies sel [l] Zeit [s] PaG 6.89 l/100km PaG Segel 6.24 l/100km PI 6.71 l/100km Verbrauch Absolut Zeit [s] 16
17 Detailauswertung (1/3) Absolutverbrau uch [l] km/h % Steigung 1.41 l/100km vs l/100km 9.6 % Ersparnis v: +/- 0.4% NOx (ppm) um 140% erhöht NOx [Vol. ppm m] [m/s] Geschwindigkeit PI (1.55 l/100km) Verbrauch Absolut bei 60 km/h und -2% Steigung PaG Segel (1.4 l/100km) Weg [m] Geschwindigkeit bei 60 km/h und -2% Steigung PI (16.67 m/s) PaG Segel ( m/s) Weg [m] NOx bei 60 km/h und -2% Steigung PI (100 %) PaG Segel ( %) Weg [m] 17
18 Detailauswertung (2/3) Verbrauch Absolut bei 120 km/h Absolutverbra auch [l] km/h % Steigung 7.83 l/100km vs l/100km t [m/s] % 34 Messtoleranz 32 v: +/- 0.45% Nox (ppm) um 119% erhöht NOx [Vol. ppm m] Geschwindigkeit Institute for Design and Control of Mechatronical Systems 0 PI (7.92 l/100km) PaG Segel (7.83 l/100km) Weg [m] Geschwindigkeit bei 120 km/h PI (33.33 m/s) PaG Segel (33.18 m/s) Weg [m] PI (100 %) PaG Segel ( %) NOx bei 120 km/h Weg [m] Präsentation Bachelorarbeit 18
19 Detailauswertung (3/3) Turboladerverzug: s Ideales Drehmoment bei 120 km/h: ca. 90% des Pulses bei 60 km/h: weniger als 25% des Pulses Drehmomentverlauf bei 120 km/h Gaspedal [%] Drehmoment [Nm] Zit[] Zeit [s] Drehmomentverlauf bei 60 km/h und -2% Gaspedal [%] Drehmoment [Nm] Zeit [s] 19
20 Variation der Pulsebreiten ittsverbrauc ch [l/100km] Durchschni Variation der Pulsebreiten Stadt Variation der Pulsebreiten Überland 7 +/- 20% Pulsebreite +/- 30% Pulsebreite 6.9 +/- 40% Pulsebreite 6.8 +/- 50% Pulsebreite 6.7 ittsverbrauc ch [l/100km] Durchschni /- 30% Pulsebreite +/- 40% Pulsebreite +/- 50% Pulsebreite 5 1 Geschwindigkeit [km/h] 6 2 Geschwindigkeit [km/h] Institute for Design and Control of Mechatronical Systems Präsentation Bachelorarbeit 20
21 Zusammenfassung Pulse and Glide funktioniert gut in der Simulation Ideal im mittleren Geschwindigkeitsbereich Ideal bei wenig Last (Gefälle) Suboptimal bei hohen Geschindigkeiten und hoher Last Pulse and Glide ist am Prüfstand generell schlechter als in Simulation PI-Regler ist am Prüfstand besser bei konst. Geschwindigkeit Möglicher Grund: Reaktionszeiten Turbolader ACC: trotzdem noch 7-8 % Vorteil NOx Belastung steigt durch Lastwechsel Institute for Design and Control of Mechatronical Systems Präsentation Bachelorarbeit 21
22 Ausblick Mögliche weitere Aspekte: Implementierung einer Start-Stop Funktion fürs Segeln Zusammenschaltung von PI und PaG Implementierung eines PI-Reglers mit Segelfunktion evt. Vergleich mit MPC Regler in Simulation 22
23 Ende Fragen? 23
24 Ende Danke für Ihre Aufmerksamkeit! 24
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