Modellierung thermischer Systeme für eine Gesamtfahrzeugsimulation in Dymola

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Lioba Weiner
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1 Modellierung thermischer Systeme für eine Gesamtfahrzeugsimulation in Dymola Informationstag zu Dymola und Modelica 23. April 2008 Christian Haupt Lehrstuhl für

2 Möglichkeiten und Ziele einer Gesamtfahrzeugsimulation Komfort Kraftstoffverbrauch Emission 2

3 Möglichkeiten und Ziele einer Gesamtfahrzeugsimulation Fachgebiet Energiewandlungstechnik BMW Group Forschung und Technik Lehrstuhl für Informationstechnik im Maschinenwesen Energiehaushalt analysieren Wechselwirkungen betrachten Komfort Kraftstoffverbrauch Emission Einsparpotenzial bewerten Gesamtfahrzeugsimulation alternative Konzepte entwickeln Lehrstuhl für Produktentwicklung Lehrstuhl für Lehrstuhl für Regelungstechnik 3

4 Thermische Modelle der Gesamtfahrzeugsimulation in Dymola / Modelica 4

thermischen Motorzustand Drehzahl Fahrpedalwinkel Motorsteuerung Thermik Verbrauch

5 Das Motormodell Anforderungen und Aufbau Drehmomentcharakteristik Lastregelung Kraftstoffverbrauch Wärmeeintrag in Struktur, Motoröl und Kühlmittel Reibmoment abhängig von thermischen Motorzustand Drehzahl Fahrpedalwinkel Motorsteuerung Thermik Verbrauch Antriebsmoment Reibmoment T Umgebung T Öl T Kühlmittel, ein m Kühlmittel Mechanik Reibung T Kühlmittel, aus Abgasenthalpie 5

6 Das Motormodell - Thermik und Reibung Aufteilung der Motorstruktur in 22 thermische Massen + Wärmewiderstände Darstellung der Kühlkanäle durch 7 Rohrelemente Berechnung des Reibmoments in 4 Reibgruppen als f(t, ω, p mi ) Ölkreislauf mit 4 Teilkreisen, Pumpenmoment 6

7 Das Motormodell - Thermik und Reibung 7

8 Das Modell Kühlsystem Aufbau und Merkmale Massenstromverteilung über Drosselquerschnitte Öffnungsverhalten der Thermostaten über Temp.-Hub-Kurven Kennfeldbeheizung des Thermostats Wärmetauschermodelle: Betriebscharakteristika aus Messdaten elektr. Motorlüfter: Kühlluftstrom; elektr. Leistungsaufnahme 8

9 Das Modell Heizung / Klimaanlage - Schnittstellen Motor Klimaanlage Energie- / Medienfluss mech. Energie Luft Kühlmittel Kühlsystem Heizung Innenraum Systemgrenze Heiz-/Klimasystem 9

Das Modell Heizung / Klimaanlage - Aufbau T innen Klimaanlage LOLIMOT-Modelle M d Steuergerät Heizung Kühlsystem T soll T außen ω v Fzg p aus m Zusatz- Wasserpumpe Duoventil Heizungswärmetauscher

10 Das Modell Heizung / Klimaanlage - Aufbau T innen Klimaanlage LOLIMOT-Modelle M d Steuergerät Heizung Kühlsystem T soll T außen ω v Fzg p aus m Zusatz- Wasserpumpe Duoventil Heizungswärmetauscher Innenraum T Luft, nach Verd = const. Luft Gebläse Klimaanlage auf Verhalten des Verdichters reduziert neuronale Netze Heizungswärmetauscher als 8-Segmente-Modell im Kreuzstrom WÜ-Koeffizient abhängig von Temperaturen u. Strömung Wassermassenstrom über Taktventil für rechts/links getrennt geregelt Zusatzpumpe und Gebläse an elektr. Bordnetz angeschlossen 10

-übergängen Wärmeübergang durch Strahlung, Konvektion und Wärmeleitung

11 Das Modell Abgasanlage Aufbau und Merkmale Hauptzielgröße: Abgastemperatur am Segment-Austritt Segmentmodelle aus Wärmekapazitäten, -leitungen und -übergängen Wärmeübergang durch Strahlung, Konvektion und Wärmeleitung luftseitiger Wärmeübergang mit CFD Strömungsfeld Abgasenthalpie am Krümmereintritt aus Motormodell 11

12 Das Modell Abgasanlage Katalysator 12

13 Zusammenfassung ganzheitliche Betrachtung des Energiehaushalts (mechanisch, thermisch, elektrisch) Referenzmodell mit Messungen im BMW 745i validiert erweiterbare Modellbibliothek skalierbare Modelle Betrachtung alternativer Antriebskonzepte und Betriebsstrategien Bewertung von Fahrzeugkonzepten mit hybriden Antrieben möglich verteiltes Arbeiten an der Modellbibliothek möglich 13

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