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Alexander Weber, M.Sc.

Mitarbeiterbild Alexander Weber

Arbeitsgebiet(e)

  • Modellbasierte Regelung von Verbrennungsmotoren
  • Semi-physikalische Echtzeitmodelle mit Online-Parameterschätzung

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Forschungstätigkeit

Die zunehmenden Anforderungen zur Reduktion von CO2 bzw. Kraftstoffverbrauch und Emissionen erfordern ein präzises elektronisches Management der Motoren sowohl im stationären als auch dynamischen Betrieb. Durch die Zunahme an Variabilitäten (VVT, VTG-Turbolader, Zylinderabschaltung, Brennverfahren mit Mehrfacheinspritzung, Hoch- und Niederdruck-Abgasrückführung) ist es erforderlich die vielen und stark gekoppelten Steuerungen und Regelungen mit modellgestützten Methoden systematisch zu entwerfen und zu kalibrieren. Dabei spielt eine virtuelle Entwicklung mit Echtzeit-Modellen eine immer größere Rolle, wie z.B. für Erprobungen mit RCP (Rapid-Control-Prototyping) am Motorenprüfstand, HiL-Simulation (Hardware-in-the-Loop) zum Validieren und Testen sowie modellgestützte Onboard-Diagnose. Die zugehörigen Modelle können entweder physikalisch/theoretisch ermittelt werden, wenn entsprechende Gesetzmäßigkeiten bekannt sind (White-box-Modelle), oder aber experimentell an Prüfständen durch Messung von Ein- und Ausgangssignalen (Black-box-Modelle). Meistens werden, wie z.B. bei der Modellierung von Drehmoment, Verbrauch und Emissionen, am Motorenprüfstand vermessene Black-box-Modelle in Form von Kennfeldern verwendet. Dabei sind für mehrere Teilbereiche die Strukturen von physikalischen Modellen bekannt, aber nicht oder nur ungenau deren Parameter (Konstanten). Beispiele sind der Luftkanal, Turbolader, Heizratenverlauf, Ladungswechsel, Verbrennung und Emissionen. Hier bietet es sich nun an eine Methodik zu entwickeln, die es ermöglicht geeignete, vereinfachte Gleichungsstrukturen mit teilweise bekannten Parametern zu verwenden und die unbekannten Parameter experimentell mit Identifikations- und Parameterschätzmethoden zu bestimmen. Dies ergibt dann semi-physikalische oder Grey-box-Modelle (siehe Abbildung). Dabei ist ein Ziel die semi-physikalischen Modelle mit rekursiven echtzeitfähigen Parameterschätzmethoden geeignet zu kombinieren.

Die Vorteile dieser Vorgehensweise sind:

  • Reduzierung der Komplexität
  • Kürzere Versuchszeiten
  • Für den Applikateur interpretierbare Parameter-Kennfelder
  • Einfache Übertragbarkeit bei geänderten Komponenten/Motoren
  • Direkter Entwurf von parametrischen Steuer- und Regelalgorithmen

Die Messung und Validierung der Ergebnisse erfolgt an unserem Motorenprüfstand. Die Vorentwicklung erfolgt an einem HiL-Simulationsprüfstand mit identischen Schnittstellen zum Motorprüfstand, siehe Ausstattung.

Dieses Forschungsvorhaben wird durch die Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V (FVV) gefördert.

Studentische Arbeiten

Art Titel/Thema Status
Masterarbeit Kombinierte Zustands- und Parameterschätzung des Zylindergaszustands in einem
Verbrennungsmotor mithilfe eines Extended Kalman Filter
in Bearbeitung
Projektseminar Diesel-Hybridisierung zur Verbesserung des dynamischen Motorverhaltens am HiL-Motorsimulationsprüfstand abgeschlossen
Projektseminar Entwurf und Umsetzung einer Motorregelung am HiL-Motorsimulationsprüfstand abgeschlossen
Studienarbeit Zylinderdruckbasierte Schätzung des Zylindergaszustands bei einem Verbrennungsmotor mithilfe eines Extended Kalman Filter abgeschlossen
Bachelorarbeit Implementierung und Inbetriebnahme einer Positionsregelung für einen GPA an einem Hardware-in-the-Loop Prüfstand abgeschlossen
Masterarbeit Modellierung des dynamischen Verhaltens eines Verbrennungsmotors mit lokal-linearen Neuro-Fuzzy-Modellen abgeschlossen
ProSeminar Konzepte für die hochpräzise Regelung von Stellaktoren im Automobil abgeschlossen
Bachelorarbeit Inbetriebnahme eines Hardware-in-the-Loop-Fahrsimulators für die Entwicklung von Motorsteuerungen abgeschlossen
ProSeminar Simulationsbasierte Entwicklungsmethodik zur Einhaltung zukünftiger Emissionsgesetzgebung abgeschlossen
Masterarbeit Entwicklung einer Simulationsumgebung zur Untersuchung des Fahrer- und Fahrzeugeinflusses beim Realfahrtversuch abgeschlossen
Projektseminar Inbetriebnahme eines Hardware-in-the-Loop-Simulators für die Entwicklung von modellbasierten Dieselmotorsteuerungen abgeschlossen
Projektseminar Systemanalyse und Identifikation dynamischer Modelle der Reaktionskinetik selbstzündender Verbrennungsmotoren abgeschlossen
Masterarbeit Arbeitsspielaufgelöste Schätzung des Initial-Zylindergaszustands bei einem Verbrennungsmotor abgeschlossen
Projektseminar Implementierung eines arbeitsspielaufgelösten Verbrennungsmodells auf einer Echtzeithardware abgeschlossen
Diplomarbeit Entwicklung eines zylinderdruckbasierten Verbrennungs- und Emissionsmodells für einen Dieselmotor abgeschlossen
Projektseminar Modellierung des Einspritzsystems eines Common-Rail-Dieselmotors abgeschlossen
Projektseminar Entwurf und Analyse von Verfahren zur Brennverlaufsrechnung für die zylinderdruckbasierte Verbrennungsregelung eines Dieselmotors abgeschlossen
Projektseminar Korrelations- und Sensitivitätsanalyse von Sensorsignalen des Dieselmotors zur Erkennung von Zustandszusammenhängen abgeschlossen
Projektseminar Recherche und Vergleich physikalischer Grundmodelle für das Luftsystem abgeschlossen
Prinzipiell sind auch individuelle Aufgabenstellungen möglich. Idealerweise liegen diese im Bereich der Modellierung und Regelung von Verbrennungsmotoren. Bei Fragen oder Interesse an bestimmten Themen kontaktieren Sie mich gerne via E-Mail.

Veröffentlichungen

Weber, Alexander ; Isermann, Rolf (2019):
Semi-Physical State and Parameter Estimation of Diesel Combustion Phases.
In: Symposium for Combustion Control 2019, Aachen, Germany, June 05-06, 2019, [Konferenzveröffentlichung]

Weber, Alexander ; Isermann, Rolf (2019):
Semi-physical Real-Time Models for Combustion and Emissions with Online Parameter Estimation.
In: FVV Information Sessions Engines 2019, Würzburg, Germany, 2019-03-28, Issue 587, [Konferenzveröffentlichung]

Weber, Alexander ; Isermann, Rolf (2019):
Semi-physikalische Echtzeitmodelle für Verbrennung und Emissionen mit Online-Parameterschätzung (Abschlussbericht).
Frankfurt, Germany, FVV Vorhaben Nr. 1231, Forschungsvorhaben: R 587 (2019), [Report]

Weber, Alexander ; Isermann, Rolf (2018):
Model-based combustion analysis for the development of control functions at the EiL-test bench.
In: 18th Stuttgart International Symposium Automotive and Engine Technology, Stuttgart, 13-14 March 2018, 2, [Konferenzveröffentlichung]

Weber, Alexander ; Isermann, Rolf (2017):
Crank Angle Resolved Semi-Physical Combustion Model with Parameter Estimation for Real-Time Application.
In: Symposium for Combustion Control, Aachen, Germany, June 28-29, [Konferenzveröffentlichung]

Zydek, Simon ; Casper, David ; Isermann, Rolf ; Weber, Alexander (2016):
Determining the Initial In-Cylinder Gas State Based on Semi-Physical Models.
In: 8th IFAC Symposium on Advances in Automotive Control - 8th AAC, Kolmården Wildlife Resort, Sweden, June 20-23, [Konferenzveröffentlichung]

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