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Marcel Stöcker
Modellbasiertes Thermomanagement mit Navigationsdaten zur Energieeffizienzsteigerung der Fahrzeugkühlung
Diese Arbeit beschreibt einen neuartigen Ansatz der Fahrzeugkühlung mit Hilfe von vorausschauenden Optimierungsalgorithmen, um eine effizientere und bedarfsgerechtere Ansteuerung der Wärmemanagementaktuatoren zu ermöglichen. Des Weiteren wird durch eine durchgängige Modellbildung des gesamten Kühlkreislaufs eine energieeffiziente Regelstrategie ermöglicht, die bei Anwendungsfällen ohne Prädiktion zur Optimierung der Kühlung eingesetzt werden kann.
Zur Prädiktion der thermischen Zustände erfolgt eine Modellierung der Fahrzeugkühlkreisläufe. Des Weiteren wird ein Fahrer-Fahrzeugmodell entwickelt, um die Vorhersage der Betriebszustände des Fahrzeugs für die vorausschauende Berechnung der thermischen Zustände zu ermöglichen. Damit kann z.B. der Verlauf der Kühlwassertemperatur am Motorausgang in jedem Rechenzyklus des Fahrzeugsteuergerätes für mehrere Minuten prädiziert werden. Parallel zur Temperaturberechnung wird die Ansteuerung der Aktuatoren wie z.B. der elektrischen Wasserpumpe mehrmals in diesem Steuergerätetakt für den Vorausschau- Horizont optimiert, um eine energieeffiziente Kühlung zu gewährleisten.
Ohne Kenntnis des Wärmeeintrags in naher Zukunft zeigte sich, dass bei einem konventionellen System stärker gekühlt wird als nötig wäre. Mit der vorausschauenden Kühlungsstrategie wird im Voraus berechnet, wie stark und wie lange die frühzeitige Ansteuerung der Aktuatoren erfolgen muss, um die vorgegebenen Solltemperaturen im Kühlkreislauf energieeffizient zu erreichen bzw. zu halten. Durch den geringeren und vorzeitigen Einfluss auf die Kühlungsaktuatoren wird weniger Energie für deren Betrieb benötigt. Fahrzeugmessungen anhand von kundenrelevanten Verbrauchsrunden haben gezeigt, dass sich Einsparungen von bis zu 4 g CO2 pro km im Kundenbetrieb erreichen lassen.
Zur Prädiktion der thermischen Zustände erfolgt eine Modellierung der Fahrzeugkühlkreisläufe. Des Weiteren wird ein Fahrer-Fahrzeugmodell entwickelt, um die Vorhersage der Betriebszustände des Fahrzeugs für die vorausschauende Berechnung der thermischen Zustände zu ermöglichen. Damit kann z.B. der Verlauf der Kühlwassertemperatur am Motorausgang in jedem Rechenzyklus des Fahrzeugsteuergerätes für mehrere Minuten prädiziert werden. Parallel zur Temperaturberechnung wird die Ansteuerung der Aktuatoren wie z.B. der elektrischen Wasserpumpe mehrmals in diesem Steuergerätetakt für den Vorausschau- Horizont optimiert, um eine energieeffiziente Kühlung zu gewährleisten.
Ohne Kenntnis des Wärmeeintrags in naher Zukunft zeigte sich, dass bei einem konventionellen System stärker gekühlt wird als nötig wäre. Mit der vorausschauenden Kühlungsstrategie wird im Voraus berechnet, wie stark und wie lange die frühzeitige Ansteuerung der Aktuatoren erfolgen muss, um die vorgegebenen Solltemperaturen im Kühlkreislauf energieeffizient zu erreichen bzw. zu halten. Durch den geringeren und vorzeitigen Einfluss auf die Kühlungsaktuatoren wird weniger Energie für deren Betrieb benötigt. Fahrzeugmessungen anhand von kundenrelevanten Verbrauchsrunden haben gezeigt, dass sich Einsparungen von bis zu 4 g CO2 pro km im Kundenbetrieb erreichen lassen.
Schlagwörter: Thermomanagement; Prädiktion; Modellbildung; Optimierung
Forschungsberichte Mechatronische Systeme im Maschinenbau
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Stephan Rinderknecht, Darmstadt
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