Motorluftsystem in Simulink und Modelica/Dymola

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1 Warum hysikalische Modellbildung? Motorluftsystem in Simulink und Modelica/Dymola 40 Steuergeräte ro Fahrzeuge Parameter ro Fahrzeug müssen Kalibriert werden Phänomenologische Modellbildung (Kennfeldbasiert) + Virtueller Test und Kalibrierung von Steuergeräten möglich, Modell in The Loo Physikalische Modellbildung ggf. in Kombination mit Kennfeldbasierter Modellierung Cloos / Faustmann / Pelz Ggf. Reduktion der Zahl der Variablen + Größere Zuverlässigkeit insbesondere bei Betriebszuständen außerhalb des Kalibrationsbereiches Seite 2 Modellierung in Modelica/Dymola Modellierung in Matlab Seite 3 Seite 4

2 Motorluftsystem Annahmen für die Modellbildung 0,T 0 dm HFM Niederdruck TL 42 Wastegate (LPT-WG) kalorisch und thermisch ideales Gas Trägheitsverluste, keine Reibungsverluste (1) Motor 21,T 21 Hochdruck TL Byass (HPC-BP) 22,T 22 S TVA T 3 dm Exh 41,T 41 Byass (HPT-BP), S BP Hochdruckteil rot: Sensorgrößen gelb: modellierte Größen (z.b. aus ASMod) grün: Steller mit Wegrückmeldung blau: Steller ohne Wegrückmeldung Thermodynamischer Zustand an der Stelle (1) ist bekannt Byass s = Ω Hochdruckturbine Seite 5 Seite 6 Modellbildung Gleichungen zur Beschreibung der Zustände Unterteilung des Luftsystems in Kessel Motor Kesselmodell Byass s = Ω Hochdruckturbine 1. Energiegleichung 2. Kontinuitätsgleichung 3. Imulsbilanz im Kessel (Hydrostatik) 4. Zustandsgleichung idealer Gase m& a (a) 5. Ausflussfunktion zur Berechnung des Massenstroms e = a P f (e) m& e Seite 7 Seite 8

3 Gleichungen zur Beschreibung der Zustände Trägheitsverluste an Blenden, Schnittstelle zwischen Einzelkessel m& 12 = αae 2 1ρ1ψ ( 2 / 1) ψ 2 / ) ( 1 m& & = & a, 1 = me,2 m12 (2) (e) (a) (1) (e) m& e,1 Modellierung in Modelica/Dymola b 2 / 1 (a) m& a,2 Seite 9 Seite 10 Simulinkmodell des Hochdruckteils Exemlarische Betrachtung der Verzweigung Seite 11 Seite 12

4 Exemlarische Betrachtung der Verzweigung Exemlarische Betrachtung der Berechnung von Psi Seite 13 Seite 14 Berechnung von Psi Ψ 2 1 = γ γ 1 2 γ + 1 γ γ Modellierung in Modelica/Dymola Seite 15 Seite 16

5 Simulation in Modelica/Dymola Simulation in Modelica/Dymola Gesamtmodell in Modelica/Dymola Exemlarische Betrachtung der Verzweigung Seite 17 Seite 18 Simulation in Modelica/Dymola Simulation in Modelica/Dymola Variablendefinition Verzweigung Gleichungen Verzweigung Seite 19 Seite 20

6 Simulation in Modelica/Dymola Variablenübergabe Verzweigung Modellierung in Modelica/Dymola Seite 21 Seite 22 Gegenüberstellung von Simulink und Modelica/Dymola Gegenüberstellung von Simulink und Modelica/Dymola Vergleich der Berechnung von Psi Simulink: Modelica/ Dymola: Seite 23 Seite 24

7 Zusammenfassung Die Vorteile von Simulink und Modelica/Dymola in unserem Modell Vorteile Simulink Vorteile Modelica/Dymola Übersichtlicher Signalfluss durch Pfeildarstellung Komlexe Gleichungen können direkt eingegeben werden Modellierung in Modelica/Dymola Logische Darstellung durch Blockschaltbilder Übersichtlichkeit auch komlexer Systeme Gute Visualisierung der Simulationsergebnisse Die Nachteile von Simulink und Modelica/Dymola in unserem Modell Nachteile Simulink Nachteile Modelica/Dymola Komlexe Gleichungen erfordern aufwendige Blockschaltbilder Modellrogrammierung erfordert übersichtliche Texteingabe Seite 25 Größere Modelle werden schnell unübersichtlich Signalrichtung nicht ohne weiteres erkennbar Seite 26

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