Paradigmenwechsel in der Kalibrierung Vom virtuellen Prüfstand in die Serie

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1 Paradigmenwechsel in der Kalibrierung Vom virtuellen Prüfstand in die Serie 1

2 Paradigmenwechsel in der Kalibrierung Vom virtuellen Prüfstand in die Serie Agenda Herausforderungen in der Antriebsstrangentwicklung Entwicklungsprozess Notwendige und erreichbare Modellgenauigkeit Applikationsumgebung Der virtuelle Prüfstand Anwendung Mit dem virtuelle Prüfstand zur Serienkalibrierung Zusammenfassung 2

3 Paradigmenwechsel in der Kalibrierung Vom virtuellen Prüfstand in die Serie Agenda Herausforderungen in der Antriebsstrangentwicklung Entwicklungsprozess Notwendige und erreichbare Modellgenauigkeit Applikationsumgebung Der virtuelle Prüfstand Anwendung Mit dem virtuelle Prüfstand zur Serienkalibrierung Zusammenfassung 3

4 Herausforderungen in der Antriebsstrangentwicklung AVLs Lösungsansatz Modellbasierte Entwicklung CO2 / Kraftstoffverbrauch AVL Lösungen Real Driving Emissions Reduktion der Entwicklungskosten Steigende System- Komplexität (EAS, OBD, Hybridisierung) 1 Einhaltung von Qualitätsstandards Reduktion der Entwicklungszeit Variantenvielfalt Clustering von Varianten und Entwicklungsaktivitäten Multi-Varianten Simulation bei gleicher Motorfamilie (RDE, OBD, EAS) Reduktion von Tests durch Front-Loading 1 Erhöhte Qualität und Robustheit durch zusätzliche virtuelle Validierung Unabhängigkeit von saisonalen Umgebungsbedingungen sowie Fahrzeugverfügbarkeit Modellbasierte Entwicklung 4

5 Paradigmenwechsel in der Kalibrierung: Innovative Wege zur Steigerung der Qualität bei gleichem Entwicklungsaufwand! Agenda Herausforderungen in der Antriebsstrangentwicklung Entwicklungsprozess Notwendige und erreichbare Modellgenauigkeit Applikationsumgebung Der virtuelle Prüfstand Anwendung Mit dem virtuelle Prüfstand zur Serienkalibrierung Zusammenfassung 5

6 Antriebsstrangentwicklungsprozess - Durchgängige Unterstützung durch echtzeitfähige Gesamtsystemsimulation Konzept / Layout Komponenten und Systementwicklung Mechanische Entwicklung Kalibrierung / Validierung Konsequenter Einsatz von echtzeitfähiger Gesamtsystemsimulation Produktionsstart SOP AVL Datenbank, Charakterisierung von Einzelkomponenten Prüfstands-Messdaten Fahrzeug-Messdaten Modellqualität 6

7 Paradigmenwechsel in der Kalibrierung Vom virtuellen Prüfstand in die Serie Agenda Herausforderungen in der Antriebsstrangentwicklung Entwicklungsprozess Notwendige und erreichbare Modellgenauigkeit Applikationsumgebung Der virtuelle Prüfstand Anwendung Mit dem virtuelle Prüfstand zur Serienkalibrierung Zusammenfassung 7

8 Notwendige und erreichbare Modellgenauigkeit Hohe Modellgenauigkeit als Basis für modellbasierte Kalibrierung Drehzahl [%] Luftmassenstrom [%] Opazität [%] Messung Simulation Zeit [s] Drehmoment [%] NOx Konzentration [ppm] Temp. vor Turbine [ C] Zyklusergebnisse im Non-Road Transient Test (NRTC) Typische Abweichungen im Zyklusergebnis von Emissionen und Kraftstoffverbrauch sowie erreichbare Temperaturgenauigkeiten vor AGN: Kraftstoffverbrauch < 3% NOx Emissionen < 5% unlöslich NOx Emissionen Partikel Emissionen Kraftstoffverbrauch unlösliche Partikel Emissionen < 10% Temperaturen Einlassseite < 10 C Temperaturen Auslassseite < 20 C Messung Simulation 8

9 Paradigmenwechsel in der Kalibrierung Vom virtuellen Prüfstand in die Serie Agenda Herausforderungen in der Antriebsstrangentwicklung Entwicklungsprozess Notwendige und erreichbare Modellgenauigkeit Applikationsumgebung Der virtuelle Prüfstand Anwendung Mit dem virtuelle Prüfstand zur Serienkalibrierung Zusammenfassung 9

10 Applikationsumgebung Als Voraussetzung um modellbasierte Kalibriermethoden in einem bestehen Applikationsteam zu etablieren Applikationsingenieure benötigen andere Arbeitsumgebungen als Simulationsingenieure Applikationsarbeit und Post-Processing mit gewohnten Werkzeugen Möglichkeit zur reibungslosen Übergabe von Datenständen zwischen realen und virtuellen Testeinrichtungen Je nach Aufgabenstellen kommen leistungsstarke Model-in-the-Loop- (MiL) oder Hardware-in-the-Loop (HiL) Prüfstände zum Einsatz Model-in-the-Loop AVL fox Hardware-in-the-Loop 10

11 Paradigmenwechsel in der Kalibrierung Vom virtuellen Prüfstand in die Serie Agenda Herausforderungen in der Antriebsstrangentwicklung Entwicklungsprozess Notwendige und erreichbare Modellgenauigkeit Applikationsumgebung Der virtuelle Prüfstand Anwendung Mit dem virtuelle Prüfstand zur Serienkalibrierung Zusammenfassung 11

12 Mit dem virtuelle Prüfstand zur Serienkalibrierung Virtuelle Prüfstande als Erweiterung der realen Testeinrichtungen Kalibrierung Lastprofile Umgebungsbedingungen Bauteiltoleranzen Alterungseffekte Prüfstand virtueller Prüfstand Fahrzeugvalidierung 12

13 Mit dem virtuelle Prüfstand zur Serienkalibrierung Transfer von Arbeitspaketen vom realen auf den Virtuellen Prüfstand Anwendung in Entwicklung und Serienkalibrierung Konzeptstudien mit Berücksichtigung aller Systeminteraktionen durch Simulation des transient Verhaltens Vorkalibrierung und Unterstützung in der Basisentwicklung Multi-Variantenkalibrierung und Variantenclustering Vorkalibrierung der Korrektur- und Schutzfunktionen unter nicht-standard Umgebungsbedingungen Bewertung und Validierung von Emissionen im realen Fahrbetrieb um die gesetzlichen Anforderungen der In-Use Test zu erfüllen Bewertung von Kraftstoff- und Adblueverbrauch im realen Fahrbetrieb On-Board Diagnose Test, Sensor und Aktuator Überprüfung Toleranzuntersuchungen Systemfehler Simulation Software und Datenstandvalidierung 13

14 Mit dem virtuelle Prüfstand zur Serienkalibrierung Erfolgreiche Validierung von Korrektur und Schutzfunktionen Reine Datenstandvalidierung Keine Limitverletzungen Abweichung [%] Keine zu frühe Leistungsreduktion Sehr kurze Erprobungsdauer 10% 8% 6% 4% 2% 0% -2% -4% U/min Turboladerdrehzahl Niederdruckstufe 7202 U/min Turboladerdrehzahl Hochdruckstufe 8 C Verdichter Austrittstemperatur Niederdruckstufe 1 C Verdichter Austrittstemperatur Hochdruckstufe 20 C 22 C Abgastemperatur vor Hochdruckturbine Bank 1 Abgastemperatur vor Hochdruckturbine Bank 2 14

15 Paradigmenwechsel in der Kalibrierung Vom virtuellen Prüfstand in die Serie Agenda Herausforderungen in der Antriebsstrangentwicklung Entwicklungsprozess Notwendige und erreichbare Modellgenauigkeit Applikationsumgebung Der virtuelle Prüfstand Anwendung Mit dem virtuelle Prüfstand zur Serienkalibrierung Zusammenfassung 15

16 Zusammenfassung - Virtuelle Prüfstande als notwendige Erweiterung der realen Testumgebungen Verschieben von Entwicklungsaufgaben in frühere Projektphasen und fundierte Konzeptentscheidungen Reduktion der Durchlaufzeit aufgrund zusätzlicher virtueller Testeinrichtungen Unabhängigkeit von herrschenden Umgebungsbedingungen Unabhängigkeit von Fahrzeugverfügbarkeit Erhöhte Effizienz realer Tests Hohe Datenstandqualität durch gutes Monitoring und solide Validierung Datenstands - Qualität Prüfstandsentwicklung Fahrzeugentwicklung Flottenvalidierung Modellbasiert Konzept Prüfstandsentwicklung Fahrzeugentwicklung Flottenvalidierung Konzept Prüfstandsentwicklung Fahrzeugentwicklung Flottenvalidierung 16

17 AVL LIST GMBH Your Independent Engineering Partner Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 17