Methodischer Ansatz zur anwedungsspezifischen Realfahrtemissionsbewertung am Motorenprüfstand

Zukünftige Niedrigstemissionsstandards, die Reform des Homologationsverfahrens zur Einhaltung der Schadstoffemissionen, sowie Zielsetzungen zur Reduktion der Treibhausgasemissionen bedingen neue Entwicklungs- und Validierungsmethoden in der Antriebsentwicklung. Insbesondere modellgestützte Entwicklungsumgebungen für Prüfstandsanwendungen bieten Potenzial den gesteigerten Komplexitätsgrad durch die frühzeitige Absicherung im interagierenden Systemverbund zu beherrschen. Idealerweise erfolgt dabei die Prüfung des Systemverhaltens auf Basis des realen Betriebsumfelds unter Zuhilfenahme eines virtuellen Fahrszenarios.

Da mit dem realen Betriebsumfeld als Homologationsbasis eine Expansion des Variationsraumes möglicher Prüfprofile und seiner umgebenden Prüfbedingungen einhergeht, kommt der Ausgestaltung eines Fahrszenarios zur effizienten Optimierung und Validierung emissionsrelevanter Funktionen in der Antriebsentwicklung essentielle Bedeutung zu. Die Analyse verschiedener zyklusbasierter Testverfahren der vorliegenden Arbeit zeigt, dass die Interpretation des Emissionsergebnisses von der gewählten Versuchsbeschreibung abhängt und je nach untersuchtem Antriebstrangsystem und betrachtetem Schadstoff verschiedenartig ausfallen kann. Aus den Ergebnissen der Untersuchungen folgt, dass flexible, anwendungsorientierte Entwicklungsstrategien zur Präzisierung des Entwicklungsziels beitragen können, indem individuelle Herausforderungen diversifizierter Antriebssysteme und spezifische Mechanismen der Schadstoffentstehung bei der Versuchsbeschreibung berücksichtigt werden.

Dazu wird ein methodischer Ansatz in Form eines Entwicklungsprozesses vorgestellt, der die konkrete anwendungsspezifische parametrische Beschreibung eines Versuchsszenarios für den durchgängigen Einsatz in sämtlichen Skalierungen modellgestützter Entwicklungsumgebungen zum Ergebnis hat. Neben der Anforderung antriebs- und emissionsspezifische Emissionsquellen zu adressieren, wird weiterhin die Repräsentativität für den realen Einsatz zur Bewertung herangezogen. Die formulierten Zielsetzungen werden mithilfe eines multikriteriellen Optimierungsverfahrens gelöst, welches virtualisierte real existierende Streckenabschnitte eigenschaftsbasiert gezielt zu einem Gesamtszenario zusammensetzt.

Die Validierung der Methodik erfolgt durch zwei praxisrelevante Anwendungsbeispiele, mittels derer die Vorteile individueller Bewertungsgrundlagen gegenüber generischen Testverfahren demonstriert werden. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die Präzisierung des Entwicklungsziels durch gezielte Detektion potentieller Emissionsquellen die Sicherstellung funktionaler Sicherheit unter realen Einsatzbedingungen bei gleichzeitiger Reduktion des Ressourcenbedarfs bewirkt.