Der aktuell in der Forschung untersuchte Ansatz zur Regelung der Niedertemperaturverbrennung (NTV) ist die zyklusbasierte Regelung. Diese Regelung erlaubt eine Stabilisierung der NTV allerdings nur in einem sehr eingeschränkten Kennfeldbereich. Mit einer zyklusbasierten Regelung können nur zyklusintegrale Systemdynamiken und Störgrößen kontrolliert werden. Die für die Stabilität und Emissionsentstehung der NTV relevanten chemisch, physikalischen Prozesse, die auf innerzyklischen Zeitskalen ablaufen, können nicht beeinflusst werden. Aus diesem Grund untersucht das TP1 die Multiskalenregelung, um auch die kleineren Zeitskalen berücksichtigen zu können. Es wird erwartet, dass mit erfolgreicher Regelung auf diesen kritischen Zeitskalen der Kennfeldbereich deutlich ausgeweitet, der Wirkungsgrad verbessert und die Schadstoffemissionen reduziert werden können. Die Multiskalenregelung stellt für die Lösung dieses Problems Neuland dar. Hierbei werden die motorischen NTV-Prozesse PCCI und GCAI betrachtet. In TP1 wird die Reglerarchitektur für die Multiskalenregelung bestehend aus der Kombination von Zyklus-zu-Zyklus Regelung und einem In-Zyklus-Regler entwickelt. Um der komplexen nichtlinearen Mehrgrößen-Systemdynamik Rechnung zu tragen, sollen auf einem Modell des Prozesses beruhende optimierungsbasierte Verfahren angewendet werden. Hierfür werden die in TP2 für zyklische Prozesse entwickelten numerischen Methoden zur iterativ lernenden nichtlinearen modellbasierten prädiktiven Regelung (IL-NMPC) als Grundlage verwendet. Prozessspezifisch erfolgt eine Analyse und Bewertung möglicher Stell- und Regelgrößen sowie die Aufteilung dieser Größen auf die verschiedenen Zeitskalen. Darüber hinaus werden auch geeignete Formulierungen der Optimierungsaufgabe untersucht. Die reglerinternen Modelle werden in TP1 in Zusammenarbeit mit TP3 für den GCAI- und mit TP4 für den PCCI-Prozess erarbeitet. Während sich diese beiden Teilprojekte auf die physikalische Modellierung und die quantitative Beschreibung des Prozesses konzentrieren, liegt der Fokus von TP1 darauf, die dort erarbeiteten Beschreibungsformen in eine regelungstechnisch effektiv verwendbare Struktur zu bringen. Hierfür sollen physikalisch motivierte Grey-Box-Modelle entstehen. Zudem werden Störgrößenmodelle entwickelt, die vor dem Hintergrund physikalischer und systemtheoretischer Überlegungen aufgestellt werden sollen. Abschließend werden die entwickelten Regelalgorithmen gemeinsam mit TP3 und TP4 an den jeweiligen Motorenprüfständen validiert. Entscheidende Kriterien stellen dabei der abdeckbare Kennfeldbereich, in dem ein stabiler Betrieb und transiente Lastprofile realisiert werden können, sowie das Potential zur Emissionsreduktion und Wirkungsgradsteigerung dar.
GCAI stellt einen vielversprechenden Ansatz zur gleichzeitigen Minimierung von Verbrauch und Emissionsausstoß in Verbrennungsmotoren dar. Die aus der Verbrennungseinleitung über die Reaktionskinetik resultierende Zyklenkopplung führt jedoch zu zwei maßgeblichen ungelösten Herausforderungen, an deren Lösung aktuell stark geforscht wird: Die starke Abhängigkeit der Verbrennungsstabilität von den Randbedingungen sowie die Einschränkung des Kennfeldbereiches. Die Entwicklung innovativer zylinderdruckgeführter Regelungen wird hier als Lösungsansatz angesehen. In TP3 wird die Hypothese verfolgt, dass durch die Kombination von zwei neuartigen Ansätzen die Verbrennungsstabilität maßgeblich verbessert werden kann und somit die bestehenden Herausforderungen adressiert werden können. Durch den Regeleingriff innerhalb eines Verbrennungszyklus wird in Zusammenarbeit mit TP1 eine In-Zyklus-Regelung realisiert. Weiterhin wird in Zusammenarbeit mit TP5 der Einfluss von direkt eingespritztem Wasser als innerzyklische Stellgröße für GCAI untersucht und bewertet. Eine der Kernaufgaben ist die Erstellung eines echtzeitfähigen Verbrennungsmodells für GCAI, welches sowohl die Korrelationen zwischen einzelnen Größen innerhalb eines Zyklus als auch die Effekte von zugesetztem Wasser berücksichtigt. Bestehende Modelle, welche auf stationären Messungen basieren, sollen zur Abbildung der hochdynamischen Effekte innerhalb eines Zyklus und der Wassereinspritzung erweitert werden. Um die benötigte Datenbasis zu schaffen, werden transiente Untersuchungen durch das gezielte Einprägen von Ausreißerzyklen mittels zyklusindividueller Variation der Stellgrößen durchgeführt. Hierfür steht ein Forschungsmotor mit einem vollvariablen Ventiltrieb und einer frei programmierbaren Motorsteuerung zu Verfügung. Die in TP5 untersuchten Grundlagen bezüglich der Zugabe von Wasser und CO2 werden mit den transienten Motorversuchen abgeglichen und zur Erstellung des physikalisch-chemischen Anteils eines Grey-Box-Modells genutzt. Diese Zusammenhänge werden thermodynamisch analysiert, durch den Vergleich mit 1D Ladungswechsel und 3D CFD-Simulationen plausibilisiert und in echtzeitfähige Modelle überführt. Durch die Implementierung des Reglers in der Echtzeithardware können die Potentiale der Stabilisierung von GCAI durch In-Zyklus Eingriffe realisiert werden. In Zusammenarbeit mit TP1 wird der Multiskalenregler entwickelt, welcher mit TP2 auf die Restriktionen der Echtzeitplattform optimiert wird. Dabei ist eine bedarfsgerechte Aufteilung auf die Ressourcen Mikrocontroller und FPGA nötig. Es erfolgt eine funktionale Absicherung durch MiL-Tests und eine Co-Simulation des Reglers mit den zuvor entwickelten Modellen basierend auf einer 1D-Ladungswechselsimulation. Die Verifikation der Echtzeitfunktionalität wird mit einem HiL-Prüfstandsaufbau umgesetzt. Abschließend erfolgt die Überprüfung des Reglers durch Messungen am Motorprüfstand im transienten Betrieb sowie am Kennfeldrand.
Das Gesamtziel der Forschergruppe ist die Entwicklung von optimierungsbasierten Regelungen für Niedertemperatur-Verbrennungsmotoren. Die untersuchte Anwendung stellt einen schnellen, zyklischen und stark nichtlinearen Prozess dar. In TP2 werden für schnelle nichtlineare zyklische Prozesse die grundlegenden Methoden erarbeitet, die es erlauben, die auftretenden Optimalsteuerungsprobleme effizient zu formulieren und in Echtzeit, was für schnelle Prozesse innerhalb weniger Millisekunden bedeutet, auf eingebetteter Regelungshardware numerisch zu lösen. Als Basisregelstrategie soll die Methode der iterativ lernenden Regelung (ILC) mit der Methode der nichtlinearen modellbasierten prädiktiven Regelung (NMPC) kombiniert werden. Das Ergebnis soll ein Echtzeititerationsschema für iterativ lernende NMPC (IL-NMPC) sein, das als Zustands- und Parameterschätzer einen Moving Horizon Beobachter (MHE) nutzt. Um die Herausforderung der Echtzeitfähigkeit zu lösen, sollen die in den IL-NMPC-Optimierungsproblemen vorkommenden Strukturen gezielt in der Numerik genutzt werden. Dies betrifft unter anderem die Ausnutzung der Periodizität in der linearen Algebra der MHE- und NMPC-Probleme und die Entwicklung neuer impliziter Integrationsmethoden, die sich durch eine Verzahnung der Ableitungsgenerierung und den IL-NMPC-Optimierungsiterationen auszeichnen. Zunächst soll die IL-NMPC auf Zyklus-zu-Zyklus Basis arbeiten, also mit einer Abtastzeit von 10-60 ms, die der Zyklusdauer entspricht. Hierbei ist entscheidend, dass die Verzögerung des Stelleingriffs wesentlich kürzer als ein Zyklus sein muss, was durch ein Echtzeititerationsschema mit Aufteilen der Rechenzeit in Vorbereitungs- und Feedbackphase ermöglicht wird. In einem zweiten Schritt soll die IL-NMPC um die Fähigkeit des Stelleingriffs auf verschiedenen Zeitskalen erweitert werden. Dies bedeutet, dass nun auch innerhalb des Zyklus Stelleingriffe durchgeführt werden. Zu diesem Zweck sollen Konzepte unterschiedlicher Komplexität erarbeitet werden. Diese reichen bis hin zu der Entwicklung von maßgeschneiderten Multi-Level-Echtzeititerationsschemata, die eine optimierungsbasierte Regelung im kHz-Bereich ermöglichen sollen. Die in dem Teilprojekt entstehenden numerischen Methoden werden für die Anwendung in Verbrennungsmotoren optimiert, sind aber auch applikationsübergreifend für andere zyklische Prozesse einsetzbar. Daher sollen sie im Rahmen eines Tools zur automatischen Codegenerierung der Allgemeinheit zur Verfügung gestellt werden.
Das Ziel des Vorhabens UNICARagil ist die Konzeption, Realisierung und Absicherung einer disruptiven modularen sowie skalierbaren Fahrzeugarchitektur und Fahrzeugplattform, die den Ausgangspunkt für eine effiziente nutzerorientierte Darstellung vielfältiger automatisierter Fahrzeugkonzepte darstellt. Kernelemente der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind ein modularer, mechatronischer Baukasten, eine vollständig diensteorientierte und damit update-fähige Software-Architektur, eine leistungsfähige, funktional sichere E/E-Architektur sowie zuverlässige Sensormodule mit integrierter Qualitätsbewertung. Zudem wird das Potential elektrischer Antriebsmodule hinsichtlich der funktionalen Gestaltung in Form sehr wendiger und agiler Fahrzeuge systematisch dargestellt. Auf dieser Grundlage werden die vier elementaren Anwendungen AUTOtaxi, AUTOelfe, AUTOliefer und AUTOshuttle realisiert und erforscht.
Ziel ist es einen zukunftsfähigen, skalenflexiblen und prozessmodularen Fertigungs-, Montage- und Prüfbaukasten für mechatronische Antriebssysteme zu erforschen. Die Ergebnisse werden an Demonstratoren gezeigt. Im Fokus stehen das Erforschen eines Fertigungskonzeptes für den getriebeintegrierten E-Motor und insbesondere die zur Herstellung benötigten Fertigungs-, Montage- und Prüfprozesse. Zukunftsszenarien im Bereich elektrischer Antriebe werden erarbeitet und die Prozessschritte sowie der Aufbau einer integrierten Prozesskette für die Produktion und das Prüfen elektrischer Antriebe analysiert. Fertigungs-, Montage- und Prüfmodule inklusive der Integrationsschnittstellen werden erforscht. Teilaspekte von Fertigungs- und Montagelinien inkl. EoL Prüfung sind in Demonstratoren exemplarisch auszubauen. Eine Methode zur frühzeitigen Kostenkalkulation von Innovationen im Bereich hochintegrierte mechatronischer Antriebssysteme für die Elektromobilität ist zu erforschen.
Chinas Entwicklung steht im Bereich der Berufsbildung vor drei zentralen Aufgaben: den wachsenden Fachkräftemangel, die unzureichend auf die tatsächlichen praxisbezogenen beruflichen Anforderungen ausgerichtete berufliche Ausbildung und die Notwendigkeit zur Entwicklung von Konzeptionen im Bereich der Berufsbildung für nachhaltige Entwicklung als Beitrag zur Lösung der sich verschärfenden ökologischen, wirtschaftlichen und sozialen Problemstellungen. Hierfür hat die Chinesische Regierung den - Innovativen Aktionsplan zur Reformierung der Berufsbildung (2010-2012) - beschlossen. Ebenso deuten die Vorarbeiten zum 12. Fünfjahresplan, der 2011 verabschiedet wird, auf diese Zielrichtungen hin. Der Berufsbildung und gerade der wissenschaftlichen Forschung kommt in beiden Programmen eine bedeutende Rolle zu. Das Projekt soll genau an diesen Punkten anknüpfen und geeignete Konzeptionen unter Berücksichtigung der oben genannten Aufgabenstellungen für höhere Berufsschulen in China entwickeln. Im Zentrum soll die Entwicklung und Umsetzung von Konzeptionen in zwei Ebenen stehen: in der technischen Ausbildung von Mechatronikern und in der Ausbildung im Bereich des betrieblichen Managements.
Der Betrieb von kleinen und mittleren dezentralen Biomasse-Kraftwerken (Heizwerke und Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen) ist aufgrund des starken Wettbewerbs bei den Anlagenbau-Unternehmen und unzureichenden Ausschreibungen in Hinblick auf Anlageneffizienz, Wir-kungsgrade und zulässigen Brennstoffbandbreiten durch einen niedrigen Automatisierungs-grad, hohe Verluste bei der Verbrennung von Biomasse und ineffizienten Betrieb der Fern-wärmenetze gekennzeichnet. Kleine und mittlere Energieversorgungsanlagen werden meist mit stark vereinfachen Regelkonzepten vom Anlagenlieferanten ausgerüstet. Das macht zwar die Anschaffung und die Errichtung der Anlagen kostengünstiger, den laufenden Be-trieb jedoch teuer und ineffizient. Den Betreibern fehlt es meist an Know-how zur durchgän-gigen ökonomischen, ökologischen und regelungstechnischen Optimierung von Kraftwerk und Energieverteilungsnetzen. BioNetControl-System ist ein Set an voll-integrierbaren Tools zur Optimierung der Energie-Effizienz, der Regelperformance und der Intelligenz von dezentralen Fernwärme-Netzen an Biomassekraftwerken. Aus den Prozessdaten zweier Pilotanlagen eines österreichischen Energieversorgungsunternehmens wird ein universell einsetzbarer Baukasten zur dynami-schen Modellierung, Regelung und Optimierung von Fernwärmenetzen und Biomassekraft-werken entwickelt. Das Ziel der möglichst breiten Einsetzbarkeit dieser Tools wird durch ei-nen modularen Aufbau und strukturierte Gestaltung der dynamischen Modelle und Regel-konzepte erreicht. Damit können sowohl bestehende Anlagen nachgerüstet werden und Neuanlagen bereits in der Planungsphase entsprechend optimal ausgelegt und regelungs-technisch ausgerüstet werden. Durch die Arbeit mit zwei Pilotanlagen in unterschiedlichen Regionen mit unterschiedlichem Verbraucher- bzw. Lastprofilen und Anlagengrößen wird die Allgemeingültigkeit des Systems überprüft und sicher gestellt. Durch die interdisziplinäre Zusammensetzung des Konsortiums-Know-hows aus Verfahrens-technik, Systemintegration (Leittechnik) und theoretischer Systemanalyse sowie Prozessre-geltechnik können äußerst praxis-relevante Ergebnisse und Erkenntnisse erzielt werden. Die Erkenntnisse aus der Systemintegration der Optimierungs- und Regelalgorithmen in die Au-tomatisierung der Anlagen erlauben eine deutliche Steigerung der Effizienz von Fernwärme-netzen an Biomasseanlagen bei unterschiedlichen Verbraucher-Lastprofilen. Der Know-How Transfer von der TU-Wien zu einem innovativen, österreichischem Kleinun-ternehmen mit besten internationalen Kundenkontakten zur vielen Biomasseanlagenbetrei-bern und zu den größten industriellen Energieverbrauchern aus Papier- und Holzindustrie si-chert zahlreiche Umsetzungschancen mit massiven Auswirkungen auf die Effizienz von Energieerzeugungs- und Verteilungssystemen.
Bezüglich Fahrstabilität und Fahrsicherheit bietet die Elektrifizierung des Antriebsstrangs gegenüber konventionellen Antrieben deutliche Vorteile. Das schnellere Ansprechverhalten sowie die genauere Momentenumsetzung des Elektromotors ermöglichen neue Möglichkeiten in der Entwicklung und Optimierung von Fahrdynamiksystemen. In diesem Forschungsvorhaben soll ein verbessertes Konzept der bekannten Antriebs-Schlupf-Regelung (ASR) entworfen werden, welches durch konsequentes Ausnutzen der Vorteile des elektrifizierten Antriebsstrangs eine deutliche Steigerung der Fahrsicherheit verspricht. Im Gegensatz zur konventionellen ASR erfolgt der Eingriff nicht hauptsächlich durch die Bremsen des Fahrzeugs sondern durch den Antrieb selbst. Auf Basis von Antriebsstrang- und Reibmodellen erfolgt die Regelung der Antriebsräder im optimalen Schlupf-Bereich, so dass die Fahrstabilität erhöht sowie die Energieeffizienz der Antriebsregelung gesteigert werden. Da keine zusätzliche Hardware erforderlich ist, sind die Verfahren auch an bestehenden Fahrzeugen direkt anwendbar. Das Vorhaben ist in sieben Arbeitspunkte (AP) unterteilt. In AP1 wird ein modularer Baukasten zur Abbildung verschiedener Antriebsstrangkonzepte entwickelt. Auf Basis der in AP 1 entwickelten Modelle werden in AP 2 und AP 3 Online-Beobachter veränderlicher Parameter und eine Antriebsstrangregelung mit aktiver Ruckeldämpfung entwickelt. Dabei wird das Modell durch die Online-Schätzung robust gegen Parameterschwankung. Im darauffolgenden Arbeitspaket werden die Modelle um detaillierte Abbildungen des Reifen-Fahrbahn-Kontakts erweitert und in Beobachterstrukturen genutzt, um eine Aussage über den Reibwert des Reifen-Fahrbahn-Kontakts zu erhalten. Die beschriebenen Methoden aus AP 2-5 werden durch parallele Erprobungsfahrten in AP 7 validiert. Abschließend wird in AP 6 aufbauend auf den zuvor beschriebenen Arbeitspaketen eine reibwertadaptive Antriebs-Schlupf-Regelung entwickelt.
Das Ziel des Teilvorhabens ist es, Konzepte fahrzeugintegrierter, bidirektionaler Ladegeräte aufzuzeigen, deren Aufwand mit dem unidirektionaler, kommerzieller Varianten vergleichbar ist. Es soll ein innovatives, bidirektionales Ladegerät erforscht werden, dass sich sowohl durch ein kompaktes Design mit speziellem Luft-Kühlungskonzept als auch einem hohem Wirkungsgrad auszeichnet. Durch den Einsatz von Wide-Bandgap-Halbleiterschaltern sollen hohe Schaltfrequenzen realisiert werden. Verschiedene Effekte in den passiven Komponenten, die insbesondere beim Betrieb mit hohen Frequenzen zum Tragen kommen, stehen den oft prognostizierten Bauraumvorteilen entgegen. Daher müssen für die zwei verwendeten Wandlerstufen spezielle Filter- und Transformatorkonzepte erforscht werden, um den potentiellen Vorteil der hohen Schaltfrequenzen ausnutzen zu können. Zunächst werden die Spezifikationen des Ladegeräts in Abstimmung mit den Partnern festgelegt. Im Anschluss werden die innovativen Konzepte für das bidirektionale Ladegerät erforscht, was sowohl den Aufbau des Wandlers, das Design der Komponenten als auch den Betrieb und die Regelung umfasst. Mit kleineren Laboraufbauten können dabei Einzelaspekte verifiziert und für die speziellen Anforderungen charakterisiert werden. Nach der Vervollständigung und Optimierung des Designs wird ein Laborprototyp aufgebaut. Zunächst werden die Wandlerstufen einzeln in Betrieb genommen und charakterisiert, bevor das Zusammenspiel und die übergeordnete Regelung getestet werden. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme des Komplettsystems wird dieses ausgiebig charakterisiert und die Simulationsmodelle und Modelle der Komponenten werden verifiziert. Im Anschluss wird die normkonforme Netzeinspeisung des Wandlers getestet.
Mit der Steigerung des Energieinhalts von Traktionsbatterien und damit der Reichweite von Elektrofahrzeugen ist es erforderlich, auch die Ladeleistung um mindestens den Faktor 2 zu erhöhen. Hier stoßen heutige Elektronik-Bauteile bezüglich Entwärmung oder hohem Wirkungsgrad an ihre Grenzen. Das Interesse von BMW liegt in einer Verbesserung der Ladetechnologie und deutlichen Reduzierung der Ladeverlust um ca. 30% durch - neue Halbleitermaterialien mit reduzierten Schalt- und Durchlassverlusten, z.B. Galliumnitrid, - Erhöhung der maximal zulässigen Chiptemperatur, - verbesserte Wärmeabfuhrkonzepte auf Basis der Luftgekühlte Wide Band Gap-Leistungselektronik und Mechatronik Technologien. Die Herausforderung für das Projekt ist neben der Wirkungsgraderhöhung und der Temperaturstabilität der Komponenten die Erhöhung der zulässigen Temperaturdifferenz für eine Verbesserung der Kühlung. BMW sieht die Chance, durch den Einsatz von neuen Bauteilen bei gleicher Ladeleistung den für Ladegerät und DC/DC-Wandler notwendigen Bauraum zu verkleinern und bei höherer Ladeleistung eine gegenüber konventionelle Lösungen einhergehende Bauteilvergrößerung zu kompensieren. Der Schwerpunkt für BMW in Luftstrom ist der automotive Ansatz für die luftgekühlten On-board und Off-board Ladegeräte. BMW wird über die Festlegung der funktionalen Anforderrungen und Spezifikationen in der Initialphase kontinuierliche Inputs zu den F&E Arbeiten liefern und die abschließende Validierung der Ladegeräte federführend in eigenen Labors durchführen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 49 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 49 |
| License | Count |
|---|---|
| offen | 49 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 48 |
| Englisch | 6 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 16 |
| Webseite | 33 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 27 |
| Lebewesen und Lebensräume | 16 |
| Luft | 32 |
| Mensch und Umwelt | 48 |
| Wasser | 9 |
| Weitere | 49 |