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Mai 2014
Marco Decker
Körperschallbasiertes Motormanagement für PKW-Dieselmotoren
Beim Verbrennungsmotor gilt der Zylinderdruckverlauf allgemein als eine zentrale Größe zur Beschreibung innermotorischer Vorgänge. Durch Integration in ein zylinderdruckbasiertes Motormanagement wird eine zylinderselektive Regelung der Verbrennung möglich. Zylinderdrucksensoren stellen für den Serieneinsatz einen erhöhten Kostenfaktor dar. Weiterhin ist besonders im niedrigen Drehzahl- und Lastbereich ein dominierendes Verbrennungsgeräusch bei Dieselmotoren vorhanden. Aus diesem Grund wird im Rahmen der Arbeit untersucht, wie die für ein zylinderdruckbasiertes Motormanagement benötigten Verbrennungsgrößen alternativ aus Körperschallsignalen bereitgestellt und das Geräuschverhalten des Dieselnagelgeräusches in die Regelstruktur eingebunden werden kann. Es wird ein körperschallbasiertes Motormanagement entwickelt, welches über virtuelle Sensoren die Verbrennungsgrößen des Zylinderdrucks und einen objektiven Kennwert des Dieselnagelgeräusches bereitstellen.
Zur Entwicklung des virtuellen Zylinderdrucksensors werden im ersten Schritt geeignete Körperschallpositionen mithilfe der Kohärenzanalyse bestimmt und anschließend im Zeit- und Frequenzbereich mit der Smoothed-Pseudo-Wigner- Ville-Verteilung untersucht. Dabei zeigen sich Signalkomponenten der Verbrennung und der Einspritzung im Körperschallsignal. Diese werden im nächsten Schritt extrahiert und bilden die Grundlage für den virtuellen Sensor. In Verbindung mit Steuergerätegrößen schätzen Modelle die benötigten Verbrennungsgrößen. Anhand eines stationären Betriebspunktes und eines Lasthochlaufs wird der Funktionsnachweis für den virtuellen Zylinderdrucksensor geführt.
Zur Beurteilung des Motorgeräuschs werden objektive Kennwerte, die auf subjektiven Bewertungen beruhen, genutzt. Hierbei wird das Dieselnagelgeräusch im Teillastbereich mit der Dieselnote beurteilt. Die Berechnung der Dieselnote erfolgt mithilfe der Lautheit und des Modulationsspektrums aus dem Luftschallsignal. Die direkte Erfassung des Luftschalls im Fahrzeug ist nicht praktikabel. Stattdessen wird der Ansatz verfolgt Lautheit und Modulation direkt aus dem Körperschallsignal zu berechnen. Die berechneten Größen aus dem Körperschall bilden die Grundlage für den virtuellen Geräuschsensor. In Kombination mit Steuergerätegrößen werden Modelle erstellt, welche in der Lage sind, die Dieselnote des Luftschallsignals mit guten Ergebnissen zu berechnen.
Abschließend wird das körperschallbasierte Motormanagement anhand eines ausgewählten Betriebspunktes mithilfe einer Verbrennungsschwerpunktlagenregelung und der parallel bestimmten Dieselnote in Betrieb genommen. Der Vergleich zwischen zylinderdruck- und körperschallgeführtem Motorbetrieb zeigt keine signifikanten Unterschiede auf.
Zur Entwicklung des virtuellen Zylinderdrucksensors werden im ersten Schritt geeignete Körperschallpositionen mithilfe der Kohärenzanalyse bestimmt und anschließend im Zeit- und Frequenzbereich mit der Smoothed-Pseudo-Wigner- Ville-Verteilung untersucht. Dabei zeigen sich Signalkomponenten der Verbrennung und der Einspritzung im Körperschallsignal. Diese werden im nächsten Schritt extrahiert und bilden die Grundlage für den virtuellen Sensor. In Verbindung mit Steuergerätegrößen schätzen Modelle die benötigten Verbrennungsgrößen. Anhand eines stationären Betriebspunktes und eines Lasthochlaufs wird der Funktionsnachweis für den virtuellen Zylinderdrucksensor geführt.
Zur Beurteilung des Motorgeräuschs werden objektive Kennwerte, die auf subjektiven Bewertungen beruhen, genutzt. Hierbei wird das Dieselnagelgeräusch im Teillastbereich mit der Dieselnote beurteilt. Die Berechnung der Dieselnote erfolgt mithilfe der Lautheit und des Modulationsspektrums aus dem Luftschallsignal. Die direkte Erfassung des Luftschalls im Fahrzeug ist nicht praktikabel. Stattdessen wird der Ansatz verfolgt Lautheit und Modulation direkt aus dem Körperschallsignal zu berechnen. Die berechneten Größen aus dem Körperschall bilden die Grundlage für den virtuellen Geräuschsensor. In Kombination mit Steuergerätegrößen werden Modelle erstellt, welche in der Lage sind, die Dieselnote des Luftschallsignals mit guten Ergebnissen zu berechnen.
Abschließend wird das körperschallbasierte Motormanagement anhand eines ausgewählten Betriebspunktes mithilfe einer Verbrennungsschwerpunktlagenregelung und der parallel bestimmten Dieselnote in Betrieb genommen. Der Vergleich zwischen zylinderdruck- und körperschallgeführtem Motorbetrieb zeigt keine signifikanten Unterschiede auf.
Schlagwörter: Dieselmotor; Körperschall; Verbrennung
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