AT520622A2 - Verfahren zur Entwicklung eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Abstract

Zur Beurteilung der Einhaltung von RDE-Schadstoff-Grenzwerten (Ei_Grenz) eines Verbrennungsmotors (2) ist vorgesehen, dass aus Häufigkeitsverteilungen (4, 5) von Referenz-Betriebspunkten (PBi) und -änderungen (PBAi) und stationären Prüfstands-Messungen des Verbrennungsmotors (2) ein stationärer Erfüllungsgrad (EGstat) eines Emissionsgrenzwerts (Ei_Grenz) ermittelt wird, dass aus transienten Prüfstands-Messungen der Betriebspunktänderungen (PBAi) schadstoff-kritische Betriebspunktänderungen (PBAi) ermittelt werden, dass aus Schadstoff-Emissionen (Ei_Zyklus) eines Prüfzyklus (Z) und quasistationären Schadstoff-Emissionen (Ei_quasi) eines quasistationären Prüfzyklus (Zquasi) ein dynamischer Erfüllungsgrad (EGdyn) ermittelt wird, dass Prüfstands-Prüfläufe (PLi) mit verschiedenen virtuellen Fahrern (Dv), verschiedenen virtuellen Fahrzeugen (Fv), verschiedenen virtuellen Umgebungen (Uv) unter Messung der Schadstoff-Emissionen (Ei) durchgeführt werden und daraus ein Robustheits-Erfüllungsgrad (EGRobust) ermittelt wird, dass daraus ein Repräsentativprüflauf (15) ermittelt wird und dass der Repräsentativprüflauf (15) zur Optimierung der Schadstoff-Emissionen (Ei) am Prüfstand verwendet wird.

Description

Zusammenfassung

Um bereits in frühen Entwicklungsphasen eines Verbrennungsmotors (2), aussagekräftige Ergebnisse über die Einhaltung, durch die neue RDE-Gesetzgebung vorgegebener Grenzwerte (E_i__Grenz) von Schadstoffen (E_i) zu erhalten, ohne den Verbrennungsmotor (2) in einem Fahrzeug (F) zu erproben, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass relevante ReferenzBetriebsdaten für den Verbrennungsmotor (2) ermittelt werden, dass daraus eine zeitbasierte und/oder wegbasierte Häufigkeitsverteilung (4, 5) von Betriebspunkten (P_Bi) und eine Häufigkeitsverteilung (6) von Betriebspunktänderungen (P_BAi) des Referenz-Verbrennungsmotors (2_r) ermittelt wird, dass stationäre Messungen des Verbrennungsmotors (2) in den ermittelten Betriebspunkten (P_Bi) des Referenz-Verbrennungsmotors (2_R) auf einem Prüfstand durchgeführt werden, wobei zumindest Emissionen eines Schadstoffs (Ei) gemessen werden, dass aus den Häufigkeitsverteilungen (4, 5) der Betriebspunkte (P_Bi) und der gemessenen Emissionen des Schadstoffs (E_i) in den jeweiligen Betriebspunkten (P_Bi) ein stationärer Erfüllungsgrad (EG_stat) eines gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerts (E_i__Grenz) des Schadstoffs (Ei) ermittelt wird, dass transiente Messungen der ermittelten Betriebspunktänderungen (P_BAi) mit dem Verbrennungsmotor (2) am Prüfstand durchgeführt werden, wobei zumindest die Emissionen des Schadstoffs (E_i) gemessen werden und eine Mehrzahl von, für die Emissionen des Schadstoffs (E_i) kritische Betriebspunktänderungen (P_BAi) ermittelt wird, dass zumindest ein vorgegebener Prüfzyklus (Z) mit dem Verbrennungsmotor (2) am Prüfstand durchgeführt wird, wobei die zumindest eine Emission (E_i__Zyklus) des Schadstoffs (Ej) des Prüfzyklus (Z) gemessen wird und daraus ein dynamischer Zykluserfüllungsgrad (EG_dyn__Zyklus) des gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerts (E_i__Grenz) der Schadstoffs (E_i) ermittelt wird, dass aus dem vorgegebenen Prüfzyklus (Z) und den stationären Messungen ein quasistationärer Prüfzyklus (Z_quasi) des vorgegebenen Prüfzyklus (Z) nachgebildet wird, wobei quasistationäre Emissionen (E_i__quasi) des Schadstoffs (E_i) des quasistationären Prüfzyklus (Z_quasi) ermittelt werden und daraus ein stationärer Zykluserfüllungsgrad (EG_st_at_z_yklus) des gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerts (E_i__Grenz) der Schadstoffs (E_i) ermittelt wird, dass aus den Emissionen (E_i__Zyklus) des Schadstoffs (E_i) des vorgegebenen Prüfzyklus (Z) und den quasistationären Emissionen (E_i__quasi) des Schadstoffs (E_i) des quasistationären Prüfzyklus (Z_quasi) ein dynamischer Erfüllungsgrad (EG_dyn) ermittelt wird, dass eine Mehrzahl von Prüfläufen (P_Li) des Verbrennungsmotors (2) mit einer Mehrzahl von verschiedenen virtuellen Fahrern (D_v) und/oder verschiedenen virtuellen Fahrzeugen (F_v) und/oder verschiedenen virtuellen Umgebungen (U_v) auf einem Prüfstand (9) durchgeführt wird, wobei zumindest die Emissionen des Schadstoffs (Ei) in den Prüfläufen (PLi) gemessen werden und daraus ein Robustheits-Erfüllungsgrad (EG_Robust) des gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerts (Ei_Grenz) des Schadstoffs (Ei) ermittelt wird, dass zumindest aus der Mehrzahl von Prüfversuchen (P_Li) ein, für die Emissionen des Schadstoffs (E_i) kritischer, Repräsentativprüf

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AV-3945 AT lauf (15) ermittelt wird und dass der Repräsentativprüflauf (15) zur Optimierung der zumindest einen Emission des Schadstoffs (E_i) auf dem Prüfstand verwendet wird.

Fig. 1

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Verfahren zur Entwicklung eines Verbrennungsmotors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwicklung eines Verbrennungsmotors eines vorgegebenen Motorkonzepts mit einer Steuerungseinheit mit veränderlichen Steuerparametern zur Steuerung des Verbrennungsmotors.

Es gibt gesetzliche Vorgaben für zulässige Schadstoffemissionen von Fahrzeugen (insbesondere CO₂, CO, NO_x und Partikelanzahl), z.B. die Verordnung (EG) Nr. 715/2007 des Europäischen Parlaments und des Rates, in der der Euro 5 und Euro 6 Standard definiert sind. Die Einhaltung dieser gesetzlichen Vorgaben durch Fahrzeuge wird bisher mittels standardisierter Testzyklen (wie z.B. dem New European Driving Cycle (NEDC)) auf Prüfständen überprüft. Dazu wird das während des Testzyklus erzeugte Abgas am Prüfstand entnommen und untersucht. Das Problem hierbei ist, dass die Bedingungen am Prüfstand unter dem standardisierten Testzyklus mit den realen Verhältnissen, wenn das Fahrzeug auf einer realen Strecke bewegt wird, nicht vergleichbar sind. Damit kann ein Fahrzeug zwar die gesetzliche Vorgabe am Prüfstand einhalten, aber diese im realen Betrieb trotzdem überschreiten. Um dem vorzubeugen gibt es das Bestreben des Gesetzgebers, die Überprüfung der vorgegebenen Schadstoffemissions-Grenzwerte vom Prüfstand auf die reale Straße zu verlagern. Das erfordert es, dass die Schadstoffemissionen während einer realen Fahrt des Fahrzeugs auf einer realen Strecke mit Portable Emission Measurement Systems (PEMS) gemessen und überprüft werden. Es gibt damit keinen standardisierten Testzyklus mehr, weil eine Fahrt auf einer öffentlichen Straße mit normalem Verkehr immer zufälligen Einflüssen unterliegt. Das Ziel des Gesetzgebers dabei ist, dass ein Fahrzeug die Grenzwerte der Schadstoffemissionen unter normalen Betriebsbedingungen, und nicht nur am Prüfstand, einhält. Auch für die Auswertung der Schadstoffemissionen nach der Testfahrt werden vom Gesetzgeber Vorgaben gemacht, z.B. die Verwendung bestimmter Datenanalyse Werkzeuge.

Der Gesetzgeber definiert dazu eine Real Driving Emissions (RDE) Testprozedur. Darin sind nur mehr bestimmte Vorgaben für die Fahrzeugmasse, die Umgebungstemperatur und die geographische Höhe unter der die Testfahrt stattfinden muss vorgegeben. Zusätzlich wird noch definiert, zu welchen Anteilen verschiedene Fahrsituationen in der Testprozedur enthalten sein müssen, beispielsweise 33% ± 10% Aufteilung auf Stadt, Land und Autobahn aber zumindest jeweils 16km, Fahrzeuggeschwindigkeit Land im Bereich von 60 - 90km/h, Länge der Testfahrt 90 - 120min, usw. Nachdem diese Überprüfung auf einer öffentlichen Straße stattfinden soll, unterliegt die jeweilige Testfahrt auch zufälligen Einflüssen, wie beispielsweise Fremdverkehr, Ampeln, usw. Daraus ist unmittelbar erkennbar, dass eine reale Testfahrt nicht reproduzierbar ist, sondern jeweils eine mehr oder weniger zufällige Ereigniskette darstellt.

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Dieser Paradigmenwechsel hat auch unmittelbaren Einfluss auf die Fahrzeughersteller beim Entwickeln neuer Fahrzeuge und insbesondere neuer Motoren.

Bisher konnte jeder Entwicklungsschritt mittels der standardisierten Testzyklen am Prüfstand überprüft werden. Dazu musste lediglich der jeweilige Prüfling nach jedem Entwicklungsschritt dem Testzyklus unterworfen werden und die Schadstoffemissionen untersucht werden. Das geht nun mit der neuen RDE Testprozedur nicht mehr, da grundsätzlich nicht vorhersagbar ist, ob ein neu entwickeltes Fahrzeug am Ende der Entwicklung die RDE Testprozedur durch Einhaltung der Grenzwerte der Schadstoffemissionen übersteht. Erst das fertige Fahrzeug kann auf der realen Straße bewegt werden, d.h. es kann erst ganz zum Schluss der Entwicklung die RDE Testprozedur durchgeführt werden. Wenn das Fahrzeug dieser Überprüfung nicht standhält, hätte das nachvollziehbar enorme Auswirkungen auf den Fahrzeughersteller, der im Extremfall eine jahrelange Entwicklung unter enormen Kosten und Aufwand zumindest teilweise neu aufrollen müsste.

Die Verwendung der bisherigen standardisierten Testzyklen während der Fahrzeugentwicklung hilft dabei auch nicht weiter, da die Einhaltung der Grenzwerte der Schadstoffemissionen unter Anwendung solcher standardisierter Testzyklen nicht automatisch auch die Einhaltung dieser Grenzwerte unter der RDE Testprozedur sicherstellt.

Man könnte nun alle möglichen Betriebszustände eines Fahrzeugs in einem Testszenario zusammenführen und dieses Testszenario für die Überprüfung jedes Entwicklungsschrittes verwenden. Das ist aber kaum zielführend, da die Umsetzung eines solchen Testszenarios auf einem Prüfstand sehr lange dauern würde, was die Entwicklung verzögern würde, die teuren Prüfstandszeiten erhöhen würde und insgesamt sehr aufwändig wäre. Eine willkürliche Erstellung eines Testszenarios ist ebenfalls nicht zielführend, da damit nicht sichergestellt werden könnte, dass damit die Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben unter der RDE Testprozedur erreicht wird.

Dazu kommt noch, dass nicht jedes Fahrmanöver, z.B. Beschleunigung aus einer niedrigen Drehzahl heraus, Überholen auf einer Landstraße, Abbiegen im Stadtverkehr, usw., in jedem Fahrzeug dieselbe Auswirkung auf die Schadstoffemission haben muss. Das bedeutet, dass ein Testszenario für ein bestimmtes Fahrzeug geeignet sein kann, aber für ein anderes Fahrzeug nicht.

Grundsätzlich gilt das Obige in gleicher Weise auch für andere Zielgrößen der Entwicklung eines Fahrzeugs, beispielsweise für den Verbrauch eines Fahrzeugs, obwohl es hierzu keine (zumindest noch keine) gesetzlichen Vorgaben gibt. Der Verbrauch ist aber in der Regel auch ein Entwicklungsziel bei der Entwicklung eines Fahrzeugs, weshalb auch hier das Erreichen des angestrebten Verbrauchs, beispielsweise bei der RDE Testprozedur, angestrebt wird.

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Es ist daher ein Ziel der Erfindung ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, schon in frühen Entwicklungsphasen eines Verbrennungsmotors, aussagekräftige Ergebnisse über die Einhaltung, durch die neue RDE-Gesetzgebung vorgegebener Grenzwerte von Schadstoffen zu treffen, ohne den Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug zu erproben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass relevante Referenz-Betriebsdaten für den Verbrennungsmotor ermittelt werden, dass daraus eine zeitbasierte und/oder wegbasierte Häufigkeitsverteilung von Betriebspunkten und eine Häufigkeitsverteilung von Betriebspunktänderungen des Referenz-Verbrennungsmotors ermittelt wird, dass stationäre Messungen des Verbrennungsmotors in den ermittelten Betriebspunkten des ReferenzVerbrennungsmotors auf einem Prüfstand durchgeführt werden, wobei zumindest Emissionen eines Schadstoffs gemessen werden, dass aus den Häufigkeitsverteilungen der Betriebspunkte und der gemessenen Emissionen des Schadstoffs in den jeweiligen Betriebspunkten ein stationärer Erfüllungsgrad eines gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerts des Schadstoffs ermittelt wird, dass transiente Messungen der ermittelten Betriebspunktänderungen mit dem Verbrennungsmotor am Prüfstand durchgeführt werden, wobei zumindest die Emissionen des Schadstoffs gemessen werden und eine Mehrzahl von, für die Emissionen des Schadstoffs kritische Betriebspunktänderungen ermittelt wird, dass zumindest ein vorgegebener Prüfzyklus mit dem Verbrennungsmotor am Prüfstand durchgeführt wird, wobei die zumindest eine Emission des Schadstoffs des Prüfzyklus gemessen wird und daraus ein dynamischer Zykluserfüllungsgrad des gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerts der Schadstoffs ermittelt wird, dass aus dem vorgegebenen Prüfzyklus und den stationären Messungen ein quasistationärer Prüfzyklus des vorgegebenen Prüfzyklus nachgebildet wird, wobei quasistationäre Emissionen des Schadstoffs des quasistationären Prüfzyklus ermittelt werden und daraus ein stationärer Zykluserfüllungsgrad des gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerts der Schadstoffs ermittelt wird, dass aus den Emissionen des Schadstoffs des vorgegebenen Prüfzyklus und den quasistationären Emissionen des Schadstoffs des quasistationären Prüfzyklus ein dynamischer Erfüllungsgrad ermittelt wird, dass eine Mehrzahl von Prüfläufen des Verbrennungsmotors mit einer Mehrzahl von verschiedenen virtuellen Fahrern und/oder verschiedenen virtuellen Fahrzeugen und/oder verschiedenen virtuellen Umgebungen auf einem Prüfstand durchgeführt wird, wobei zumindest die Emissionen des Schadstoffs in den Prüfläufen gemessen werden und daraus ein Robustheits-Erfüllungsgrad des gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerts des Schadstoffs ermittelt wird, dass zumindest aus der Mehrzahl von Prüfversuchen ein, für die Emissionen des Schadstoffs kritischer, Repräsentativprüflauf ermittelt wird und dass der Repräsentativprüflauf zur Optimierung der zumindest einen Emission des Schadstoffs auf dem Prüfstand verwendet wird. Durch statistische Analyse und Ermittlung einfacher quantifizierbarer Kenngrößen des Verbrennungsmotors kann ein Repräsentativprüflauf erzeugt werden, der es ermöglicht, bereits / 33

AV-3945 AT in einer frühen Entwicklungsphase des Verbrennungsmotors eine Aussage über die Einhaltung von RDE-Grenzwerten zu treffen.

Vorzugsweise werden die relevanten Referenz-Betriebsdaten ermittelt, indem zumindest ein Referenzfahrzeug mit einem Referenzmotor mit einem, mit dem Verbrennungsmotor vergleichbaren Motorkonzept festgelegt wird, dass zumindest eine Referenzstrecke festgelegt wird, dass zumindest ein Referenzfahrer festgelegt wird, dass mit dem zumindest einen Referenzfahrzeug und dem zumindest einen Referenzfahrer eine Anzahl realer Testfahrten auf der zumindest einen Referenzstrecke durchgeführt wird und daraus die relevanten ReferenzBetriebsdaten des Referenz-Verbrennungsmotors und des Referenz-Fahrzeugs erfasst werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest vier verschiedene Referenzstrecken und zumindest drei verschiedene Referenzfahrer vorgesehen werden, um eine ausreichend große und aussagekräftige Datenbasis zu erzeugen.

Bevorzugterweise werden der stationäre Erfüllungsgrad und/oder der dynamischer Zykluserfüllungsgrad und/oder der stationärer Zykluserfüllungsgrad und/oder der dynamischer Erfüllungsgrad und/oder der Robustheits-Erfüllungsgrad optimiert, indem iterative Änderungen der Steuerparameter der Steuerungseinheit des Verbrennungsmotors durchgeführt werden und/oder Komponenten des Verbrennungsmotors verändert werden. Dadurch ergibt sich ein iterativer Verbesserungsprozess und der Verbrennungsmotor kann im Laufe des Verfahrens optimiert werden.

Vorteilhafterweise werden als Schadstoffe Kohlenwasserstoff und/oder Stickstoffoxid/-dioxid und/oder eine Partikelanzahl und/oder Kohlenmonoxid vorgesehen. Dadurch werden die Emissionen der gesetzlich limitierten Schadstoffe als Entwicklungsgrößen verwendet.

Bevorzugterweise wird der Robustheits-Erfüllungsgrad ermittelt, indem eine Summe aus einem Mittelwert und einer Standardabweichung der gemessenen Emission des Schadstoffes aus der Mehrzahl von Prüfläufen gebildet wird und die Summe mit dem gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerts des Schadstoffs verglichen wird. Dadurch kann mit einfachen statistischen und mathematischen Zusammenhängen ein aussagekräftiger Kennwert ermittelt werden.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 7 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt

Fig.1 den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Blockschaltbildes,

Fig.2 Diagramme mit Häufigkeitsverteilungen von Betriebspunkten,

Fig.3 einen Vergleich zwischen transienten und quasistationären Betriebspunktrampen in einem Diagramm, / 33

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Fig.4 einen Vergleich von Messergebnissen eines vorgegebenen Messzyklus und eines quasistationären Messzyklus,

Fig.5 Aufbau und Funktionsweise eines EiL-Prüfstands,

Fig.6a-6c Jeweils ein Diagramm einer Schadstoffemission über einer Anzahl von Prüfläufen aufgetragen,

Fig.7 die Ermittlung von Wechselwirkungsdiagrammen,

Fig.8 ein Blockschaltbild zur Ermittlung eines Repräsentativprüflaufs.

In Fig.1 ist der grundsätzliche Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 zur Entwicklung eines Verbrennungsmotors 2 anhand eines Blockschaltbildes dargestellt. Das Verfahren 1 gliedert sich beispielsweise im Wesentlichen in fünf Hauptmodule HM₁-HM₅ und beispielsweise drei Zusatzmodule ZM₁-ZM₃. Die Pfeile symbolisieren den Informationsfluss zwischen den einzelnen Modulen. Die einzelnen Hauptmodule HM_i (Index i bezeichnet die Anzahl der Hauptmodule HM) des Verfahrens 1 bauen aufeinander auf, das heißt, dass jedes Modul HM_i, gewonnene Informationen aus dem vorherigen Hauptmodul HM_i-1 nutzt und weiterverarbeitet. Die Zusatzmodule ZM_i stellen Informationen über notwendige Randbedingungen des Verfahrens 1 zur Verfügung.

Im Hauptmodul HM₁ werden stationäre Prüfstandsmessungen des zu entwickelnden Verbrennungsmotors 2 auf einem Motorprüfstand durchgeführt. Die Prüfstandsmessungen erfolgen in bekannter Art und Weise, weshalb hier nicht näher auf die Details zum Aufbau und der Wirkungsweise eines Prüfstands eingegangen wird (der grundsätzliche Aufbau eines Motorprüfstandes ist in Fig.5 anhand einer speziellen Ausführung eines Engine-in-the-LoopPrüfstands (EiL) dargestellt). Bei stationären Messungen werden bestimmte Betriebspunkte des Verbrennungsmotors 2 am Prüfstand eingestellt und es werden bestimmte Größen gemessen. Ein Betriebspunkt P_Bi des Verbrennungsmotors 2 ist im Wesentlichen durch eine Drehzahl N und ein Drehmoment M (Allgemein eine Last) definiert. In der Regel werden eine Vielzahl von Messgrößen am Prüfstand gemessen oder es werden bestimmte Rechengrößen aus den gemessenen Messgrößen berechnet, z.B. Kraftstoffverbrauch, Temperaturen, Massenströme, Drücke und insbesondere Schadstoffe E_i. Von besonderem Interesse sind Schadstoffe E_i, da diese vom Gesetzgeber limitiert sind, wie eingangs beschrieben wurde. Die Entwicklung von Verbrennungsmotoren 2 orientiert sich demgemäß an der Einhaltung gesetzlich vorgegebener Schadstoffgrenzwerte E_iGrenz. Beispielsweise werden für Fahrzeuge Grenzwerte E_iGrenz des Ausstoßes von Stickoxiden NOx, Kohlenmonoxid CO, Kohlenwasserstoff HC, Partikel PM festgelegt (der Index i steht für diese verschiedenen Schadstoffe E_i). Ein Fahrzeughersteller muss nachweisen, dass ein hergestelltes Fahrzeug diese vorgegebenen Grenzwerte auch einhält, um eine Zulassung für das jeweilige Fahrzeug in einem bestimmten Land oder eine Region zu erhalten, z.B. Europa, USA, Japan, etc.

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Zum Nachweis der Einhaltung der Grenzwerte E_iGrenz waren bisher bestimmte Prüfzyklen Z vorgeschrieben, die ein Fahrzeug auf einem Rollenprüfstand absolvieren musste. In Europa wurde z.B. der sogenannte „Neue europäische Fahrzyklus“ (NEFZ) verwendet, der im Wesentlichen ein Geschwindigkeitsprofil des Fahrzeugs vorgab. Die Abgas-Gesetzgebung war bisher allerdings nicht harmonisiert, weshalb es für verschiedene Länder auch verschiedene Prüfzyklen Z gab. Die Hersteller hatten mit diesen festgelegten Zyklen Z ein relativ einfaches und insbesondere fest vorgegebenes Werkzeug, mit dem sie ihre Fahrzeuge und insbesondere Verbrennungsmotoren 2 entwickeln konnten. Die Fahrzeuge und damit auch die Verbrennungsmotoren 2 wurden also so optimiert, dass sie genau die Vorgaben des NEFZ oder des jeweiligen Prüfzyklus Z erfüllten. Allerdings entspricht das Fahrprofil der Prüfzyklen Z nicht dem realen Betrieb auf der Straße, weshalb es deutliche Abweichungen zwischen dem realen Ausstoß von Schadstoffen E_i bei Betrieb des Fahrzeugs auf der Straße und dem Betrieb auf dem Prüfstand gab.

Aufgrund immer größerer Abweichungen zwischen den Schadstoffausstößen des realen Betriebs und Prüfstandsmessungen wurde die neue Real Driving Emission-Gesetzgebung (RDE) eingeführt. Die Hersteller sind damit gezwungen, einen viel größeren Betriebsbereich des Fahrzeugs und damit auch des Verbrennungsmotors 2 bei der Entwicklung zu berücksichtigen, da ein Fahrzeug im Wesentlichen nicht mehr auf einen bekannten Prüfzyklus Z, sondern auf einen beliebigen unbekannten Prüfzyklus ausgelegt werden muss. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren 1 ist es möglich, schon in einer sehr frühen Entwicklungsphase des Verbrennungsmotors 2 ohne Fahrzeug den Motor für den RDE-Betrieb robust vorzubereiten und eine grundsätzliche Aussage über eine spätere Einhaltung der RDE-Grenzwerte zu treffen.

Um die unbekannten Randbedingungen der RDE-Gesetzgebung bestmöglich berücksichtigen zu können, ohne dabei den Entwicklungsaufwand und die damit einhergehenden Kosten in unwirtschaftlichem Maße zu erhöhen, ist es erforderlich, gewisse Randbedingungen für das Verfahren 1 festzulegen. Im vorliegenden Fall geschieht das im Zusatzmodul ZM₁ mittels statistischer Methoden. Dazu werden vorzugsweise zumindest ein Referenzfahrzeug F_R, mehrere Referenzfahrer D_R und mehrere Referenzstrecken S_R definiert und jeder Referenzfahrer DR fährt vorzugsweise mehrmals mit jedem Referenzfahrzeug FR auf jeder Referenzstrecke. Das Referenzfahrzeug F_R wird dabei so gewählt, dass es im Wesentlichen der zukünftigen Anwendung des zu entwickelnden Verbrennungsmotors 2 entspricht, ebenso sollte das Motorkonzept des Referenzmotors 2R des Referenzfahrzeugs FR vorzugsweise ähnlich dem Konzept des zu entwickelnden Verbrennungsmotors 2 sein. Als ähnlich sind z.B. Motoren mit ähnlichem Hubraum, ähnlicher Aufladung, ähnlichem Drehmoment/Mitteldruck, etc. zu sehen oder Referenzfahrzeuge FR mit ähnlicher Fahrzeugmasse m, ähnlichem geplanten Einsatzgebiet, ähnlichem Antriebsstrang (Schaltgetriebe, Automatikgetriebe, Allradantrieb).

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Referenzfahrzeuge F_R können z.B. Fahrzeuge verschiedener Fahrzeugklassen mit gleichem Verbrennungsmotor 2 sein, wie dies heute in vielen Fällen üblich ist. Insbesondere die Fahrzeugmasse der verschiedenen Referenzfahrzeuge F_R sollte sich unterscheiden, um einen breiten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors 2 abzudecken. Die Referenzfahrer D_R sollten eine große Bandbreite hinsichtlich des Fahrverhaltens aufweisen, von aggressiver Fahrweise mit vielen Beschleunigungsphasen, hohen Motordrehzahlen N und höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten v bis hin zu passiven Fahrern mit niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten v, wenigen geringen Beschleunigungsphasen und geringen Motordrehzahlen N. Die Referenzstrecken S_R sollten sich vorzugsweise ebenfalls deutlich unterscheiden und sollten verschiedene Stadt-, Überland- und Autobahnabschnitte aufweisen. Die Anteile der Stadt-, Überland- und Autobahnabschnitte an der Gesamtstrecke orientieren sich vorzugsweise an den Vorgaben der RDE-Gesetzgebung. Während der vielen Referenzfahrten werden bestimmte Referenz-Betriebsdaten der Referenzfahrzeuge F_R und Referenzmotoren 2_R aufgezeichnet, das sind insbesondere Zeitt, Fahrzeuggeschwindigkeit v, Motordrehzahl N, Motorlast bzw. Drehmoment M, Öltemperatur, Kühlmitteltemperatur, etc. Wenn die Referenzfahrten mit Portable Emission Measurement Systems (PEMS) erfolgen, können zusätzlich auch Schadstoffe E_i gemessen werden. Die Referenz-Betriebsdaten können z.B. direkt gemessen oder aus einer Steuereinheit des Referenzfahrzeugs F_R und/oder des ReferenzVerbrennungsmotors 2_r ermittelt werden. Vorzugsweise werden aber nicht für jede Durchführung des Verfahrens 1 neue Referenzfahrten durchgeführt, sondern es wird vorzugsweise eine Datenbank 3 mit Referenz-Betriebsdaten der gemessenen Referenzfahrten angelegt und je nach zu untersuchendem Verbrennungsmotor 2 und geplanter Fahrzeuganwendung können gewünschte Referenzfahrten mit entsprechenden Referenz-Betriebsdaten ausgewählt werden und für das erfindungsgemäße Verfahren 1 verwendet werden. Durch Messung, Aufzeichnung und Speichern vieler Referenzfahrten wird eine stetig wachsende Datenbasis erzeugt, wodurch die statistische Aussagekraft erhöht wird.

Im konkreten Ausführungsbeispiel werden zweiundneunzig Referenzmessungen mit vier verschiedenen Referenzstrecken SR, zwei verschiedenen Referenzfahrzeugen FR und drei verschiedenen Referenzfahrern DR verwendet. Die Referenzfahrten werden vorzugsweise sowohl in kaltem als auch in warmem Zustand des Referenz-Verbrennungsmotors 2_R durchgeführt, um auch den Einfluss verschiedener Betriebszustände (kalt, warm) abzudecken. Aus den Referenzmessungen werden die Referenz-Betriebsdaten in Abhängigkeit der Zeit t und des zurückgelegten Wegs s ermittelt und es werden eine zeitliche und eine wegbasierte Häufigkeitsverteilung 4, 5 der Referenz-Betriebsdaten ermittelt, insbesondere der Betriebspunkte P_Bi des Referenz-Verbrennungsmotors 2 wie in Fig.2a und 2b dargestellt ist. Zudem wird eine Häufigkeitsverteilung 6 der Betriebspunktänderungen P_BAi ermittelt wie in Fig.2c ersichtlich ist. Im Diagramm der zeitlichen Häufigkeitsverteilung 4 in Fig.2a sind die Betriebs / 325⁷'

AV-3945 AT punkte P_Bi in Abhängigkeit der Zeit t (P_Bi = P_Bi(t)) über einer normalisierten Drehzahl N_n und einem normalisierten Drehmoment M_N des Referenz-Verbrennungsmotors 2_R in Prozent aufgetragen. Normalisiert bedeutet, dass das jeweilige Drehmoment M und die jeweilige Drehzahl N eines Betriebspunktes P_Bi auf die Nenndrehzahl N_max und das Nenn-Drehmoment M_max des Referenz-Verbrennungsmotors 2_R bezogen sind. Die Größe der Kreise der Betriebspunkte P_Bi(t) symbolisiert den jeweiligen zeitlichen Anteil eines Betriebspunktes P_Bi(t) an der gesamten Zeit t aller Referenzfahrten. Analog sind im Diagramm der wegbasierten Häufigkeitsverteilung 5 in Fig.2b die Betriebspunkte P_Bi als wegbasierte Betriebspunkte P_Bi(s) dargestellt. Die Größe der Kreise zeigen den Anteil des jeweiligen Betriebspunktes PBi(s) am gesamten zurückgelegten Weg s aller Referenzfahrten. Im Diagramm in Fig.2c ist die Häufigkeitsverteilung 6 der Betriebspunktänderungen P_BAi über der Drehzahländerung D_N in U/min je Sekunde und der Drehmomentänderung D_M in Prozent je Sekunde dargestellt. Daraus lassen sich statistisch aussagekräftige Ergebnisse ableiten, wie lange bestimmte Betriebspunkte PBi des Verbrennungsmotors 2 während der zweiundneunzig Referenzfahrten auftreten und welche Wegstrecke s dabei zurückgelegt wird. Die Häufigkeitsverteilung 6 der Betriebspunktänderungen PB_Ai in Fig.2c gibt Aufschluss über den transienten Betrieb des Referenz-Verbrennungsmotors 2R. Es ist ersichtlich, dass im dargestellten Beispiel in ca. 72% aller zweiundneunzig Referenzfahrten die Änderung der Last bzw. Drehmoments M des Referenz-Verbrennungsmotors 2_R weniger als ca. 10% pro Sekunde beträgt und die Änderung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 weniger als ca. 100 Umdrehungen pro Sekunde. Daraus lässt sich schließen, dass der durch die Referenzfahrten abgedeckte reale Fahrbetrieb größtenteils eine stationäre Charakteristik aufweist. Dies stellt bereits einen wichtigen Informationsgewinn für die weitere Entwicklung des Verbrennungsmotors 2 da und bedeutet, dass der stationären Optimierung der, aus den Referenzfahrten ermittelten, Betriebspunkte P_Bi eine wesentliche Bedeutung bzgl. der Einhaltung von RDE-SchadstoffGrenzwerten E_iGrenz zukommt.

Das Zusatzmodul ZM₂ dient der Sicherstellung einer vollständigen Datenbasis zur Beschreibung des Systemverhaltens in allen sich anschließenden Modulen des Verfahrens 1. Konkret ist damit die Sammlung aller nötigen Messgrößen in einem Messplan, der sogenannten Systemzustandsstruktur, gemeint, die im Zuge der sich anschließenden Messungen in den Hauptmodulen HM_i verwendet werden sollte. In der Systemzustandsstruktur sind alle Messgrößen enthalten, die konzeptspezifisch benötigt werden, um die Emissionsbewertungen in den Folgenmodulen und etwaige technische Ursachenzuweisungen bei identifizierten Emissionsproblemen zu ermöglichen.

Basierend auf den gewonnenen Informationen der Zusatzmodule ZM₁ und ZM₂ werden im

Hauptmodul HM₁ stationäre Prüfstandsmessungen des Verbrennungsmotors 2 am Prüfstand durchgeführt. Dazu werden alle Betriebspunkte P_Bi des Verbrennungsmotors 2, vorzugswei, -8· / 33

AV-3945 AT se mittels eines Kennfeldes der Last bzw. des Drehmoments M über der Drehzahl N des Verbrennungsmotors 2, am Prüfstand eingestellt und es werden alle, im Zusatzmodul ZM2 (Systemzustandsstruktur) festgelegten Messgrößen gemessen, insbesondere der Ausstoß der relevanten Schadstoffe E_i. Über die zeitliche und wegbasierte Häufigkeitsverteilung 4, 5 kann bereits ein erster Vergleich mit den gesetzlich festgelegten Grenzwerten E_iGrenz der Schadstoffe E_i gemacht werden, welche in Gramm pro Kilometer [g/km] festgelegt sind. Dabei werden die Emissionen der Schadstoffe E_i, die in der Regel in Gramm pro Sekunde [g/s] gemessen werden, mittels der zeitlichen und wegbasierten Häufigkeitsverteilungen 4, 5 in Gramm pro Kilometer [g/km] umgerechnet, um mit dem jeweiligen gesetzlich festgelegten Grenzwerten E_iGrenz vergleichbar zu sein. Dadurch ist es möglich, bereits in dieser sehr frühen Entwicklungsphase mit rein stationären Prüfstandsmessungen des Verbrennungsmotors 2 (ohne Fahrzeug) eine Prognose hinsichtlich der Einhaltung der RDE-Grenzwerte eines Fahrzeugs mit dem Verbrennungsmotor 2 zu machen. Die Quantifizierung erfolgt über einen soE, [ g / km \ genannten stationären Erfüllungsgrad EG_{st t} =—1, der den gemessenen stationä^Eigrenz ^[g ^/ ren Schadstoffausstoß E_iStat des jeweiligen Schadstoffes E_i dem gesetzlich festgelegten Grenzwert E_iGrenz gegenüberstellt. Der stationäre Erfüllungsgrad EG_St_at ist dimensionslos, was aus der Division zweier identer Einheiten g/km resultiert. Vorzugsweise werden die stationären Betriebspunkte P_Bi des Verbrennungsmotors 2 am Prüfstand solange optimiert, bis ein Erfüllungsgrad EG_St_at < 1 erzielt wird. Dabei können beispielsweise die Kalibrierdaten des Verbrennungsmotors 2, über die ja bekanntermaßen der Betrieb des Verbrennungsmotors 2 gesteuert wird, adaptiert werden. Ist der Erfüllungsgrad EG_St_at für einen Schadstoff E_i kleiner eins, ist der Verbrennungsmotor 2 hinsichtlich seines stationären Betriebsverhaltens im Wesentlichen zur Erfüllung des RDE-Grenzwerts des entsprechenden Schadstoffs Ei ausreichend kalibriert. Der stationäre Erfüllungsgrad EG_St_at könnte aber auch unabhängig vom gesamten Verfahren 1 z.B. zum Vergleich verschiedener Konzepte oder verschiedener Entwicklungsstände des Verbrennungsmotors 2 verwendet werden.

Im nächsten Schritt des Verfahrens 1 werden transiente Messungen des Verbrennungsmotors 2 am Prüfstand durchgeführt, wie durch das Hauptmodul HM₂ in Fig.1 symbolisiert ist. Dabei wird der Einfluss des dynamischen Betriebs und verschiedener Betriebszustände des Verbrennungsmotors 2 auf die Emissionen der Schadstoffe E_i ermittelt. Verschiedene Betriebszustände sind beispielsweise ein Kaltstart, eine Warmlaufphase und ein regulärer Motorbetrieb bei einer bestimmten Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors 2, die in der Regel im Bereich zwischen 85°C und 90°C Kühlmitteltemperatur liegt bzw. ca. 80-120°C Öltemperatur. Prüfläufe bei Kaltstart und in der Warmlaufphase werden vorzugsweise deshalb durchgeführt, um die Einflüsse etwaiger Korrekturfunktionen in den Kalibrierdaten auf das Emissionsverhalten abzudecken, die in der Steuerungseinheit des Verbrennungsmotors / 33

AV-3945 AT hinterlegt sein können. Solche Korrekturfunktionen verändern beispielsweise bestimmte Parameter der Zündung, der Kraftstoff-Einspritzung, etc. bei kaltem Betriebszustand, beispielsweise um ein Abgasnachbehandlungssystem schneller auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu bringen. Insbesondere, wenn das Abgasnachbehandlungssystem noch nicht die gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat, stößt der Verbrennungsmotor 2 in der Regel höhere Schadstoffe E_i aus.

Die transienten Messungen erfolgen am Prüfstand mittels Betriebspunktrampen R_PBi, sogenannten Betriebsphasen. Mittels statistischer Versuchsplanung (Design of Experiments DoE) werden bestimmte Betriebsphasen definiert, mittels welcher die Prüfstandsmessungen durchgeführt werden. Mittels DoE geplante Versuche haben den Vorteil, dass der Umfang der Messungen nicht zu groß wird und die Ergebnisse trotzdem eine hohe Aussagekraft aufweisen. Für die Erfindung kann davon ausgegangen werden, dass die Betriebsphasen vorgegeben sind. Das Ergebnis der transienten Messungen sind die kritischsten Betriebspunktrampen R_PBi bzw. Betriebsphasen, also jene transienten Betriebsphasen, die zum höchsten Ausstoß eines Schadstoffs Ei führen. Daraus kann man Rückschlüsse auf die technischen Ursachen ziehen und ggf. Veränderungen an Komponenten des Verbrennungsmotors 2 und/oder den Einstellungen der Steuerungseinheit vornehmen.

Zur Identifikation der kritischsten Betriebsphasen werden die Messergebnisse der Emissionen der Schadstoffe E_i, der am Prüfstand gemessenen Betriebsphasen, quasistationären Betriebsphasen gegenübergestellt, wie in Fig.3 anhand einer Betriebspunktrampe P_BAi zwischen einer Zeit t₁ und einer Zeit t₂ dargestellt ist. Darin sind Das Drehmoment M (in Prozent des Nenn-Drehmonents), die Drehzahl N in U/min und der Ausstoß des Schadstoffs CO in Gramm pro Sekunde dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Drehzahl N und das Drehmoment M auf der Betriebspunktrampe P_BAi zwischen der Zeit t₁ und der Zeit t₂ sinken. Die quasistationären Betriebsphasen werden dabei aus den stationären Messungen des ersten Hauptmoduls HM₁ ermittelt, bilden also im Wesentlichen die transienten Betriebspunktrampen R_PBi mit stationären Betriebspunkten P_Bi und den entsprechenden stationären Emissionen des Schadstoffes Ei ab. Es wird aus der Differenz zwischen transientem und quasistationärem Schadstoffausstoß (schraffierter Bereich 7) für jede Betriebspunktrampe R_PBi eine mittlere Abweichung ermittelt und es werden jene Betriebspunktrampen R_PBi gewählt, welche die größten mittleren Abweichungen zwischen transientem und quasistationärem Schadstoffausstoß aufweisen. Im dargestellten Beispiel in Fig.3 ist die Abweichung als schraffierter Bereich zwischen dem transienten Schadstoffausstoßes CO_t (durchgezogene Linie) des Schadstoffs CO und dem quasistationären Schadstoffausstoßes CO_quasi (gestrichelte Linie) des Schadstoffs CO gezeigt.

Aus den ausgewählten Betriebspunktrampen R_PBi mit den größten Abweichungen und der, im Zusatzmodul ZM₁ ermittelten, statistischen Häufigkeitsverteilung 6 der Betriebspunktände-10 / 33

AV-3945 AT rungen P_BAi aus den Referenzfahrten wird ein sogenanntes Rampengewicht G_Ei für die Emissionen der Schadstoffe E_i gemäß nachstehender Gleichung ermittelt.

G_El

Am„. , h. , h

Am h h ^Ei max ^,z4_max ^,z5_max

Ei max

Dabei bezeichnet Am_Ei die mittlere Abweichung zwischen transientem und quasistationärem Massenstrom einer Schadstoffemission (mittlere Abweichung des schraffierten Bereichs 7 in Fig.3) für einer Betriebspunktrampe R_PBi, h₄ die aus der Häufigkeitsverteilung 4 im Hauptmodul HM₁ ermittelte Häufigkeit des jeweiligen Betriebspunkt P_Bi am Beginn einer Betriebspunktrampe R_PBi und h₆ die aus der Häufigkeitsverteilung 6 im Hauptmodul HM₁ ermittelte Häufigkeit Betriebspunktänderungen P_BAi. Die Werte werden normiert, indem sie jeweils auf den, zwischen der Zeit t₁ und der Zeit t₂ gemessenen Maximalwert bezogen werden.

Je höher das Rampengewicht G_Ei einer Betriebspunktrampen R_PBi, desto höher ist die mittlere Abweichung 7 zwischen transientem und quasistationärem Schadstoffausstoß der betrachteten Betriebspunktrampe R_PBi und desto höher ist die statistische Relevanz, also die Häufigkeit des Auftretens der entsprechenden Betriebspunktrampen R_PBi in allen durchgeführten Referenzfahrten.

Vorzugsweise erfolgt die beschriebene Ermittlung der kritischsten Betriebspunktrampen R_PBi automatisch mittels eines geeigneten Prüfstandsautomatisierungssystems 8 (wie z.B. in Fig.5 dargestellt ist). Aus den Betriebspunktrampen R_PBi mit dem höchsten Rampengewicht G_Ei kann eine gewünschte Anzahl von Betriebspunktrampen R_PBi ausgewählt werden und das transiente Emissionsverhalten des Verbrennungsmotors 2 anhand dieser gewählten Betriebspunktrampen R_PBi optimiert werden, beispielsweise durch Adaption der Kalibrierdaten. Es können aber auch Betriebspunktrampen R_PBi mit einem hohen Rampengewicht G_Ei trotz des hohen Rampengewichts G_i bei der Optimierung und weiteren Entwicklung des Verbrennungsmotors 2 vernachlässigt werden, beispielsweise dann, wenn diese Betriebspunktrampen R_PBi durch eine geeignete Schaltstrategie eines Automatikgetriebes vermieden werden, also im praktischen Betrieb des Verbrennungsmotors 2 gar nicht auftreten.

Die Ergebnisse des zweiten Hauptmoduls HM₂ (transiente Messungen) fließen gemeinsam mit den Ergebnissen des ersten Hauptmoduls HM₁ (stationäre Messungen) in ein drittes Zusatzmodul ZM₃ ein, welches ein Prognosemodell zur Ermittlung der CO₂-Emissionen und der Emissionen der Schadstoffe E_i zur Verfügung stellt. Mittels des Prognosemodells kann ein Ausstoß eines Schadstoffes E_i eines beliebigen vorgegebenen Prüfzyklus Z ermittelt werden. Es werden also die empirischen Daten aus den Referenzfahrten dazu verwendet, eine Emissionsprognose eines unbekannten Prüfzyklus Z zu treffen. Dieses Prognosemodell wird im nachfolgenden dritten Hautpmodul HM₃ und fünften Hauptmodul HM₅ verwendet, wie durch die Pfeile für den Informationsfluss in Fig.1 ersichtlich ist.

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Wie an den Pfeilen in Fig.1 ersichtlich, fließen die Ergebnisse aus dem zweiten Hauptmodul HM₂ und dem dritten Zusatzmodul ZM₃ in das dritte Hauptmodul HM₃ - Zyklusvalidierung ein. Im dritten Hauptmodul HM₃ wird ein oder mehrere bekannte Prüfzyklen Z mit dem Verbrennungsmotor 2 am Prüfstand durchgeführt. Der Vorteil eines vorgegebenen Prüfzyklus Z ist, dass dieser reproduzierbar durchführbar ist, wodurch ein schneller und einfacher Vergleich verschiedener Konzepte, Entwicklungsstände, Komponente, etc. des Verbrennungsmotors 2 durchgeführt werden kann. Im Wesentlichen entspricht dies der bisherigen Entwicklungsmethode, wo ein Verbrennungsmotor 2 anhand eines festgelegten, gesetzlich vorgegebenen Prüfzyklus Z untersucht und weiterentwickelt wurde.

Vorzugsweise werden ein WLTC-Zyklus (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle) und ein RDE-konformer Prüfzyklus Z verwendet. RDE-konform bedeutet, dass der Prüfzyklus Z im Wesentlichen beliebig sein kann, beispielsweise aus einem aufgezeichneten Fahrversuch eines Fahrzeugs auf der Straße stammen kann, dass jedoch bestimmte Randbedingungen der RDE-Gesetzgebung eingehalten werden, z.B. die Streckenanteil von Stadt-, Überland- und Autobahnfahrt. Es könnten aber auch andere bekannte Zyklen verwendet werden, wie z.B. der NEFZ, FTP75, etc. Aus dem gemessenen WLTC-Zyklus und dem RDEkonformen Prüfzyklus Z werden Verläufe der Emissionen der Schadstoffe E_i über der Zeit aufgezeichnet. Aus den stationäre Messungen des Hauptmoduls HM₁wird ein sogenannter quasistationärer Vergleichszyklus der gemessenen Zyklen (hier WLTC, RDE-konform) gebildet und mit dem Zusatzmodul ZM₃ (Emissions-Prognosemodell) werden entsprechende quasistationäre Emissionen der Schadstoffe E_i des quasistationären Prüfzyklus Z_quasi ermittelt. Der quasistationäre Prüfzyklus Z_quasi ist also ein, in Form von stationären Betriebspunkten P_BI nachgebildeter Prüfzyklus Z, das bedeutet, dass zu den Betriebspunkten P_Bi des Prüfzyklus Z die Messwerte der Schadstoffe E_i der korrespondierenden stationären Betriebspunkte P_Bi herangezogen werden. Das geschieht vorzugsweise automatisiert, z.B. in einer geeigneten Auswerte-Software.

Die tatsächlich am Prüfstand gemessenen Ergebnisse werden den Ergebnissen der Emissionsprognose gegenübergestellt, wie in Fig.4 anhand eines Diagramms dargestellt ist. Die Verläufe der gemessenen Emissionen E_i__Zyk_lus der Schadstoffe E_i und weiterer gewünschter Größen des Prüfzyklus Z sind über der Zeit aufgetragen. Die am Prüfstand gemessenen Verläufe des transienten Prüfzyklus Z sind als durchgezogene Linien dargestellt und die quasistationären Verläufe E_i__quasi des Emissionsprognosemodells sind als gestrichelte Linien dargestellt. Neben den Schadstoffen E_i (hier in Form des Schadstoffs CO_Zyidus, CO_quasi) werden vorzugsweise alle im Zusatzmodul ZM₂ festgelegten Messgrößen gegenübergestellt, z.B. ein Zündwinkel ZW_Zyk_lus, ZW_quasi, eine Kraftstoff-Einspritzmenge, ein Luftverhältnis (Ä_Zyk. ius, Ä_quasi), etc., die Aufschluss über technische oder physikalische Ursachen einer Abweichung eines Schadstoffes Ei geben können. Auch bestimmte Kenngrößen eines etwaigen / 33

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Abgasnachbehandlungssystems oder Betriebszustände (Kühlmitteltemperatur T_KMZyklus, T_KM. _quasi) können analysiert werden.

Aus den gemessenen Verläufen E_i__Zyklus der Schadstoffe E_i, den korrespondierenden quasistationären Verläufen E_i__quasi der Schadstoffe E_i sowie den gesetzlich festgelegten Grenzwerten Ei_Grenz der einzelnen Schadstoffe Ei werden drei weitere dimensionslose Erfüllungsgrade EG_dyn__Zyklus, EG_stat__Zyk_lus und EG_dyn wie nachfolgend dargestellt berechnet.

EG dyn _ Zyklus ^Ei _ Zyklus ^[ g ^{/km} E} Grenz ^[g ^{/ km}} stat _ Zyklus i _ quasi ^[ g^/ M ^E Grenz ^[ g ^/

EG_dy_n ^Ei _ Zyklus ^[ g ^/ km} ^Ei _ quaAg ^{/ km}}

Dabei beschreibt der Erfüllungsgrad EG_dyn__Zyklus das Verhältnis zwischen der gemessenen Emission eines Schadstoffes E_i des transienten Prüfzyklus in [g/km] (hier WLTC, RDEkonform) und dem gesetzlich festgelegten Grenzwert E_LGrenz des entsprechenden Schadstoffes E_i in [g/km]. Der Erfüllungsgrad EG_stat__Zyk_lus beschreibt das Verhältnis zwischen der, aus dem dritten Zusatzmodul ZM₃ (Emissionsprognosemodell) ermittelten Emission eines Schadstoffes E_i eines quasistationären Zyklus und dem gesetzlich festgelegten Grenzwert E_i__Grenz des entsprechenden Schadstoffes E_i in [g/km]. EG_stat__Zyk_lus sagt aus, wie gut das stationäre Verhalten des Verbrennungsmotors 2 hinsichtlich der Einhaltung des gesetzlichen Grenzwerts Ei_Grenz eines Schadstoffes Ei ausgelegt ist und ist damit zusammen mit dem, im ersten Hauptmodul HM₁ ermittelten stationären Erfüllungsgrad EG_stat eine wichtige Kenngröße zur stationären Optimierung des Verbrennungsmotors 2. Der quasistationäre Zyklus ist der, in Form von stationären Betriebspunkten abgebildete transiente Zyklus (hier WLTC, RDE-konform).

Der Erfüllungsgrad EG_dyn setzt das Messergebnis einer Emission E_i__Zyklus eines Schadstoffes E_i des Zyklus (WLTC, RDE-konform) in [g/km] mit dem quasistationären Ergebnis E_i__quasi ins Verhältnis, das aus dem dritten Zusatzmodul ZM₃ (Emissionsprognosemodell) ermittelt wird. Der Erfüllungsgrad EG_dyn beschreibt damit den Anteil des transienten Betriebs des Verbrennungsmotors 2 an der Emission eines Schadstoffes E_i. Wenn beispielsweise EG_stat__Zyk_lus klein im Vergleich zu EG_dyn__Zyklus ist, ist EG_dyn größer als Eins, das bedeutet, dass die tatsächlich gemessenen Emissionen eines Schadstoffes Ei des Zyklus zu einem größeren Teil durch das transiente Verhalten des Verbrennungsmotors 2 beeinflusst werden, als durch das stationäre Verhalten. Damit ist EGdyn eine wichtige Kenngröße als Entscheidungsgrundlage für eine transiente oder stationäre Optimierung des Verbrennungsmotors 2. Beispielsweise wäre es bei einem dominierenden Einflusses des stationären Verhaltens des Verbrennungsmotors 2 auf den Ausstoß eines Schadstoffs E_i nicht zielführend, das transiente Verhalten zu optimieren, da dieses in nur geringem Maße für die Einhaltung des gesetzlich festgelegten Grenzwerts Ei_Grenz verantwortlich ist.

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Im nächsten Schritt des Verfahrens 1 wird in einem Hauptmodul HM₄, wie in Fig.1 ersichtlich, eine Robustheits- und Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Dazu wird der Verbrennungsmotor 2 auf einem geeigneten Prüfstand, z.B. einem sogenannten Engine-in-the-Loop-Prüfstand 9 (EiL), in einer modellbasierten virtuellen Umgebung U_v mit einem virtuellen Fahrzeug F_v und einem virtuellen Fahrer D_v betrieben, wie schematisch in Fig.5 dargestellt ist. Dabei wird das Emissionsverhalten des Verbrennungsmotors 2 bei Anwendung in einem virtuellen Fahrzeug F_v simuliert, es wird also nicht nur das Emissionsverhalten des Verbrennungsmotors 2 selbst untersucht, wie in den bisherigen Modulen des Verfahrens 1, sondern die Interaktion zwischen Verbrennungsmotor 2, virtuellem Fahrzeug F_v und virtuellem Fahrer D_v in einer virtuellen Umgebung U_v. Man gewinnt dadurch Informationen, die man sonst nur durch den physischen Einbau des Verbrennungsmotors 2 in ein oder mehrere echte Fahrzeuge und Absolvierung vieler verschiedener Testfahrten mit verschiedenen Fahrern gewinnen könnte (analog des Zusatzmoduls ZM1), was allerdings mit erheblichem Aufwand und folglich hohen Entwicklungskosten einhergehen würde.

Am EiL-Prüfstand 9 wird der Verbrennungsmotor 2 in bekannter Weise über eine Verbindungswelle 10 mit einer Belastungsmaschine 11 zum Antrieb oder zur Belastung des Verbrennungsmotors 2 verbunden. Dem Verbrennungsmotor 2 wird über ein Prüfstandsautomatisierungssystem 8 eine bestimmte Sollgröße, z.B. ein Soll-Drehmoment M_soll, vorgegeben, die vom Verbrennungsmotor 2 eingeregelt wird. Ebenso wird der Belastungsmaschine 11 eine bestimmte Sollgröße, z.B. eine Drehzahl N_soll, vorgegeben. Dazu wird aus der Sollgröße von einer Steuerungseinheit 12 des Verbrennungsmotors 2 eine Stellgröße berechnet, z.B. Einspritzmenge, Einspritzzeitpunkt, Einstellung eins Abgasrückführungssystem, usw. Die zur Regelung erforderlichen Ist-Größen werden z.B. in Form eines Ist-Drehmoments M_ist und einer Ist-Drehzahl N_ist an der Verbindungswelle 10 gemessen und dem Prüfstandsautomatisierungssystem 8 übergeben. Mit der Belastungsmaschine 11 wird in der Regel die Drehzahl N des Verbrennungsmotors 2 geregelt, wobei eine Soll-Drehzahl N_soll vorgegeben wird. Über eine geeignete Schnittstelle 13 werden dem Prüfstandsautomatisierungssystem 8 die Sollgrößen aus der Simulation der Fahrt des Fahrzeugs mittels des virtuellen Fahrers D_v, der virtuellen Umgebung U_v und des virtuellen Fahrzeugs F_v vorgegeben.

Zur virtuellen Modellierung verschiedener virtueller Fahrzeuge F_v, virtueller Umgebungen U_v und virtueller Fahrer D_v werden bestimmte Modellparameter M_i festgelegt und anschließend variiert. Beispiele zur Modellierung verschiedener virtueller Fahrzeuge F_v sind die Veränderung eines Luftwiderstandsbeiwerts (cw-Wert) und einer Fahrzeugmasse. Die Modellierung verschiedener virtueller Umgebungen U_v kann durch Variation einer Steigung bzw. eines Gefälles β_Ξ einer Straße, Variation eines Kurvenradius R_K, eines Kurvenwinkels ö_K oder einer Stehzeit t_stop (z.B. bei einer Ampel) erfolgen. Verschiedene virtuelle Fahrer D_v können z.B. dadurch modelliert werden, dass die maximale Längs- und Querbeschleunigungen a_l, a_q des / 33

AV-3945 AT virtuellen Fahrzeugs variiert werden oder unterschiedliche Geschwindigkeiten v vorgegeben werden. Dies ist natürlich nur beispielhaft und es wären auch andere oder mehrere Parameter zur Modellierung denkbar. Vorzugsweise werden die Informationen des Zusatzmoduls ZM₁ analysiert und es werden daraus bestimmte Randbedingungen für die Definition und Variation der Modellparameter M_i festgelegt. Dadurch wird gewährleistet, dass keine Modellparameter M_i vorgegeben werden, die bei der realen Anwendung des Verbrennungsmotors 2 nicht auftreten würden.

Für jede Variation eines Modellparameters M_i wird ein Prüflauf PL_i des Verbrennungsmotors 2 am EiL-Prüfstand durchgeführt und es werden die Emissionen der Schadstoffe E_i gemessen und aufgezeichnet. Vorzugsweise erfolgt die Variation der Modellparameter M_i und die Durchführung der Prüfläufe PL_i automatisiert. Als Ergebnis erhält man für jeden Schadstoff E_i eine Emission in [g/km] aufgetragen über der Anzahl der durchgeführten Prüfläufe PL_i (virtuelle Testfahrten). Um die kostenintensive Prüfstandszeit zu reduzieren, werden die Dauer der einzelnen Prüfläufe PL_i vorzugsweise relativ kurz gewählt und entsprechen nicht der RDE-konformen Dauer von zwei Stunden. In den Fig.6a-6c sind beispielhaft die Emissionen der Schadstoffe Stickstoffoxid/-dioxid NO_x, Kohlenwasserstoff HC und Kohlenmonoxid CO über der Anzahl A_PLi der durchgeführten Prüfläufe PL_i in einem Balkendiagramm dargestellt. Im konkreten Beispiel wurden 358 Prüfläufe PL_i mit einer Dauer zwischen drei und 12 Minuten durchgeführt. Zum Vergleich ist jeweils der gesetzlich vorgeschriebene Grenzwert

E_{i Gienz EU6} jedes Schadstoffs E_i der Euro-6-Abgasnorm als strichlierte Linie dargestellt. Da es sich im konkreten Fall um einen Verbrennungsmotor 2 der Euro-4 Abgasnorm handelt, sind die Grenzwerte recht deutlich überschritten. Dies spielt aber zur Erläuterung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 keine Rolle.

Man erkennt deutlich die großen Abweichungen in den Emissionen zwischen den einzelnen Prüfläufen PL_i bzw. virtuellen Testfahrten. Daraus lässt sich ableiten, dass die Auslegung des Verbrennungsmotors 2 (hier Euro-4) noch nicht ausreichend robust gegenüber realen Umwelteinflüssen ist. Man erkennt daran, wie komplex die Anforderungen der RDEGesetzgebung sind, da keine Testfahrt der anderen entspricht und man sich bei der Entwicklung des Verbrennungsmotors 2 auf einen unbekannten Homologations-Prüflauf vorbereiten muss. Es gilt also, möglichst alle kritischen Fahrzustände zu berücksichtigen, die sich negativ auf die Emissionen der einzelnen Schadstoffe E_i auswirken.

Um die unterschiedlichen Einflüsse des realen Betriebs zu quantifizieren wird als Kenngröße

MW_{e e} [g/km] ein Robustheits-Erfüllungsgrad EG_Robust =----------- ----¹ eingeführt. Dabei wird aus ^EiGrenz ^[ g ^/ km] den Ergebnissen aller durchgeführten Prüfläufe PL_i (virtueller Testfahrten) ein Mittelwert MW_Ei und eine Standardabweichung o_Ei einer Emission eines Schadstoffs E_i in [g/km] gebil-15- / 33

AV-3945 AT det und die Summe des Mittelwerts MW_Ei und der Standardabweichung σ_Ε, wird mit dem gesetzlich festgelegten Grenzwert E_LGrenz des Schadstoffs E_i in [g/km] ins Verhältnis gesetzt. Daraus lässt sich ableiten, dass eine hohe Varianz bzw. Standardabweichung σ_Β nur bei einem geringen Mittelwertniveau zulässig ist und umgekehrt, dass bei einem hohen Mittelwertniveau nur eine geringe Standardabweichung σ_Β zulässig ist. Allgemein ist es das Entwicklungsziel bei der Entwicklung des Verbrennungsmotors 2, einen RobustheitsErfüllungsgrad EG_Robust < 1 zu erreichen. Beispielsweise kann dazu eine iterative Optimierung des Verbrennungsmotors 2 im Hauptmodul HM₂ (transiente Messung) erfolgen.

Abschließend wird im Hauptmodul HM₄ eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, wobei eine strukturierte Identifikation von technischen Ursachen für bestimmte Emissionsmaxima eines Schadstoffs E_i durchgeführt wird. Dazu wird aus den zeitlichen Verläufen der Messgrößen und jeder Variation eines Modellparameters M_i ein Wechselwirkungsdiagramm 14 erstellt, das den Einfluss des Modellparameters M_i auf die bestimmte Messgröße visualisiert. In Fig.7 ist beispielhaft der Einfluss der Variation des virtuellen Fahrers D_v auf den CO₂-Ausstoß dargestellt. Der virtuelle Fahrer ist als Gesamtheit aller den virtuellen Fahrer D_v betreffenden Änderungen der Modellparameter M_i zu verstehen, für die jeweils ein Prüflauf PL_i durchgeführt wurde, wie durch die hintereinander angeordneten Diagramme in Fig.7 angedeutet ist.

Zur Modellierung verschiedener virtueller Fahrer D_v wurden im konkreten Beispiel die Längsbeschleunigung a_l, die Querbeschleunigung a_q, die Fahrzeuggeschwindigkeit v variiert. Zur Modellierung des virtuellen Fahrzeugs F_v wurde zusätzlich die Fahrzeugmasse m variiert. Jeder Punkt im Wechselwirkungsdiagramm 14 repräsentiert im Wesentlichen den gemessenen CO₂-Wert eines Prüflaufs PL_i mit einem bestimmten Wert eines Modellparameters M_i (Längsbeschleunigung al, Querbeschleunigung aq, Fahrzeuggeschwindigkeit v, Fahrzeugmasse m). Dazu wird vorzugsweise ein Mittelwert aus dem jeweiligen zeitlichen Verlauf des CO₂-Werts eines Prüflaufs PL_i gebildet und ins Wechselwirkungsdiagramm 14 übertragen. Vorzugsweise wird für jedes virtuelle Fahrzeug F_v, jeden virtuellen Fahrer D_v und jede virtuelle Umgebung U_v ein solches Wechselwirkungsdiagramm 14 gewünschter Messgrößen erstellt. Basierend darauf kann der Fachmann Aussagen über technische Ursachen für Emissionsmaxima oder Maxima einer anderen relevanten Messgröße ableiten. Darüber hinaus lassen sich Parameterkombinationen von Modellparametern M_i, die nicht gemessen wurden, in einem interpolierenden Regressionsmodell abgebildet und ebenfalls im Wechselwirkungsdiagramm bewerten. Dies kann z.B. mittels einer geeigneten Software erfolgen.

Die Ergebnisse des vierten Hauptmoduls HM₄ und damit implizit auch die Ergebnisse aller davorliegenden Hauptmodule HM_i fließen in das fünfte und letzte Hauptmodul HM₅ des Verfahrens 1 ein, wie in Fig.1 dargestellt ist. Im fünften Hauptmodul HM₅ werden im Wesentlichen die gewonnen Informationen des Hauptmoduls HM₄ zu einem einzigen Repräsentativprüflauf 15 verdichtet, der alle identifizierten kritischen Einflüsse auf die Schadstoffemissio, -16· / 33

AV-3945 AT nen beinhaltet. Ein Verbrennungsmotor 2, der diesen kritischen Repräsentativprüflauf 15 unter Einhaltung der gesetzlichen Emissionsgrenzwerte E_i___Grenz absolviert, wird dann mit sehr großer Wahrscheinlichkeit dazu geeignet sein, in einem Fahrzeug eine RDE-Homologation mit einem beliebigen unbekannten Prüfzyklus Z zu bestehen.

Zusätzlich ist der erzeugte Repräsentativprüflauf 15 vorzugsweise RDE-konform, sodass z.B. in dem bekannten Nachbearbeitungsverfahren der RDE-Prüfung, EMROAD kein Gewichtungsfaktor F_G < 1 verwendet wird. Das wäre z.B. dann der Fall, wenn Streckenabschnitte des Repräsenativprüflaufs 15 einen zu hohen oder zu geringen CO2-Ausstoß aufweisen würden. Zur Überprüfung wird z.B. der CO₂-Ausstoß der vier Abschnitte des bekannten WLTC-Zyklus als Vergleichsbasis herangezogen und bei Überschreiten oder Unterschreiten eines bestimmten CO₂-Ausstoßes wird ein Gewichtungsfaktor angewendet. Dadurch soll im Wesentlichen gewährleistet werden, dass in der Praxis keine zu anspruchsvollen (oder zu wenig anspruchsvollen) Prüfläufe bewertet werden. Die gesetzlichen Randbedingungen der RDE-Prüfung sind aber für den Fachmann bekannt und werden hier nicht im Detail behandelt.

Man könnte aber beispielsweise auch darauf verzichten, den Repräsentativprüflauf 15 RDEkonform zu gestalten, z.B. wenn man einen, hinsichtlich eines bestimmten Schadstoffs E_i besonders kritischen Prüflauf im Rahmen der Entwicklung des Verbrennungsmotors 2 verwenden möchte.

Mittels des Zusatzmoduls ZM₃ (Emissionsprognose) wird eine Aussage über den CO₂Ausstoß des erzeugten Repräsentativprüflaufs 15 getroffen. Damit lässt sich dann der oben beschriebene Vergleich mit den, aus dem aus dem WTLC Zyklus abgeleiteten, gesetzlichen Vorgaben durchführen. Darüber hinaus ist der CO₂-Ausstoß zwar kein gesetzlich limitierter Schadstoff E_i, allerdings korreliert der CO₂-Ausstoß mit dem Kraftstoffverbrauch und ist deshalb ebenfalls eine wichtige Entwicklungsgröße, die versucht wird zu minimieren. Fig.8 zeigt den detaillierten Ablauf zur Ermittlung des Repräsentativprüflaufs 15.

Im Block A wird eine sogenannte Manöver-Datenbank mit kritischen virtuellen Fahrmanövern FM_x erstellt. Kritische Fahrmanöver FM_x können z.B. bestimmte aufeinanderfolgende Fahrzustände wie z.B. eine Beschleunigung, ein Stillstand, eine Konstantfahrt bei bestimmten Randbedingungen des virtuellen Fahrzeugs F_v und des Verbrennungsmotors 2 sein. Verschiedene Randbedingungen können dabei z.B. Drehzahl und Last des Verbrennungsmotors 2, Steigung der virtuellen Strecke, Betriebszustand des Verbrennungsmotors 2 (kalt, warm), etc. sein. Die Manöver-Datenbank wird zumindest aus den Prüfläufen P_Li des vierten Hauptmoduls HM₄ gespeist, kann aber zusätzlich auch andere Quellen aufweisen. Beispielsweise können reale aufgezeichnete Fahrmanöver FM_x der Referenzfahrten des Zusatzmoduls ZM₁ verwendet werden. Kritische Fahrmanöver FM_x müssen aber nicht tatsächlich aufgezeichne, -17· / 33

AV-3945 AT te reale Fahrmanöver FM_x (aus Prüfläufen P_Li oder Referenzfahrten R_i) sein, sondern können z.B. auch aus der Literatur 16 oder aus Erfahrungswerten 17 über ein bestimmtes Konzept eines Verbrennungsmotors 2 stammen. Kritische Fahrmanöver FMx können auch aus der im vierten Hauptmodul HM₄ durchgeführten Sensitivitätsanalyse stammen. Jedenfalls sollte die Manöver Datenbank eine konzeptspezifische Sammlung kritischer Fahrzustände sein. Vorzugsweise werden die Daten aller Informationsquellen in einem geeigneten gemeinsamen Datenmanagement-Modul 18 gespeichert.

In Block B werden alle oder ausgewählte kritische Fahrmanöver FM_x der Manöver Datenbank (Block A) zu einem langen Prüflauf PL_lang zusammengesetzt. Dieser Prüflauf PL_lang umfasst nun im Wesentlichen alle möglichen kritischen Fahrzustände des Verbrennungsmotors 2 in der virtuellen Umgebung U_v. Für die praktische Anwendung in vielen Iterationen z.B. bei einer Optimierung auf einem Prüfstand ist dieser lange Prüflauf PL_lang aber nicht zweckmäßig, einerseits wegen seiner Länge, die zu langen Prüfstandszeiten führen würde und andererseits weil viele kritische Fahrmanöver FMx enthalten sein können, die sich unterschiedlich stark auf die Emissionen der Schadstoffe E_i auswirken. Wenn die zur Verfügung stehende Versuchszeit begrenzt ist, kann es ggf. das Ziel sein, diesen langen Prüflauf PL_lang auf einen möglichst kurzen kritischen Prüflauf PL_kurz zu verdichten, wobei die bzgl. der Schadstoffemissionen kritischen Fahrmanöver FM_x erhalten bleiben sollen und die unkritischen oder weniger kritischen Fahrmanöver FM_x entfernt werden sollen.

Dieser verkürzte Prüflauf PL_kurz wird in Block C einer Simulation unterworfen, bei der geprüft wird, ob der erzeugte verkürzte Prüflauf PLkurz, der ja aus einzelnen Fahrmanövern FMx zusammengesetzt ist, generell fehlerfrei durchführbar ist. Dazu kann eine geeignete Simulationsumgebung 19 verwendet werden wie beispielsweise InMotion von IPG Car Maker. Zusätzlich kann das Emissions-Prognosemodell aus dem Zusatzmodul ZM₃ verwendet werden, um eine Aussage über die Emissionen der Schadstoffe Ei und auch eine Aussage über den CO₂-Ausstoß des Verbrennungsmotors 2 bei Durchlaufen des verkürzten Prüfzyklus PL_kurz treffen zu können. Je nach Entwicklungsziel könnte aber auch ein verkürzter Prüflauf PL_kurz erstellt werden, der die RDE-Anforderungen nicht erfüllt, beispielsweise können die StadtAnteile höher sein, wenn der Verbrennungsmotor 2 speziell hinsichtlich des Betriebsverhaltens bei Stadtbetrieb optimiert werden soll. Anhand der Simulationsergebnisse kann der verkürzte Prüflauf PL_kurz angepasst werden (Austausch, Entfernen, Hinzufügen von kritischen Fahrmanövern FMx) oder unverändert weiterverwendet werden, wenn die Ergebnisse den gewünschten Anforderungen entsprechen. Da die einzelnen kritischen Fahrmanöver FMx des verkürzten Prüflaufs PLkurz unterschiedliche Betriebszustände des Verbrennungsmotors 2 aufweisen können, z.B. hinsichtlich der Betriebstemperatur (Kühlmitteltemperatur T_KM oder Öltemperatur T_Öl), sollte vorzugsweise darauf geachtet werden, dass keine sprunghaften Änderungen der Betriebszustände von einem Fahrmanöver FM_x zum folgenden Fahrmanö, -18· / 33

AV-3945 AT ver FM_x während des Durchlaufens des verkürzten Prüflaufs PL_kurz erfolgt, da dies im realen Betrieb nicht möglich ist und der verkürzte Prüflauf PL_kurz demgemäß nicht von einem Verbrennungsmotor 2 am Prüfstand absolviert werden könnte. Kritische Fahrmanöver FM_x bei Kaltstart oder noch nicht betriebswarmem Verbrennungsmotor 2 sollten demnach zu Beginn des verkürzten Prüflaufs PLkurz angeordnet werden Es könnten aber auch KonditionierStreckenabschnitte eingebaut werden, auf denen Eine Anpassung von bestimmten Zustandsgrößen (z.B. Temperaturen) erfolgt.

In Block D wird der Verbrennungsmotor 2 am EiL-Prüfstand dem erzeugten verkürzten Prüflauf PL_kurz unterworfen, wobei die Emissionen der Schadstoffe E_i gemessen und aufgezeichnet werden. Im darauffolgenden Block E erfolgt eine Evaluierung der in Block D aufgezeichneten Messdaten und ggf. ein Entfernen unkritischer Abschnitte des verkürzten Prüflaufs PL_kurz, um schließlich einen möglichst effizienten verkürzten Prüflauf PL_kurz zu erstellen, der als sogenannter Repräsentativprüflauf 15 als Endergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 in Block F zur Verfügung steht. Um den Repräsentativprüflauf 15 auf Prüfständen mit einer Sollwert-basierten Regelung verwenden zu können werden vorzugsweise entsprechende Sollwerte 20 aus dem Repräsentativprüflauf 15 ermittelt, wie durch den optionalen Block G symbolisiert ist.

Mit dem Repräsentativprüflauf 15 wird damit ein einfaches Werkzeug geschaffen, mit dem eine effiziente Entwicklung eines Verbrennungsmotors 2 eines bestimmten Konzepts zur Einhaltung der neuen RDE-Gesetzgebung möglich ist. Die Entwicklung des Verbrennungsmotors 2 kann dadurch im Wesentlichen in herkömmlicher Weise anhand eines festgelegten Zyklus erfolgen, wie bisher mit den gesetzlich vorgegebenen Zyklen NEFZ, FTP75, etc. Der Vorteil gegenüber den herkömmlichen Zyklen ist aber, dass der Verbrennungsmotor 2 bei Einhaltung der RDE-Grenzwerte bei Durchlaufen des Repräsentativprüflaufs 15 mit sehr großer Wahrscheinlichkeit jeden unbekannten RDE-Homologationszyklus positiv absolvieren wird.

Die Beschreibung des Verfahrens 1 ist natürlich nur beispielhaft zu verstehen, natürlich könnten die beschriebenen Hauptmodule HMi und Zusatzmodule ZMi auch alleine, also unabhängig vom gesamten Verfahren, oder in geeigneten Kombinationen aus dem Ablauf des Verfahrens 1 herausgelöst, als eigenes Verfahren verwendet werden.

Als Motorkonzept im Sinne der Erfindung sind auch herkömmliche Antriebsstränge und elektrifizierte Antriebsstränge (sogenannte Hybridantriebsstränge) zu verstehen, also z.B.

Kombinationen eines Verbrennungsmotors mit Automatikgetrieben, Schaltgetriebe und Elektromotoren.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Entwicklung eines Verbrennungsmotors (2) mit einem vorgegebenen

   Motorkonzept (K) zur Anwendung in einem Fahrzeug (F), wobei der Verbrennungsmotor (2) zumindest eine Steuerungseinheit (12) mit veränderlichen Steuerparametern zur Steuerung des Verbrennungsmotors (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass relevante ReferenzBetriebsdaten für den Verbrennungsmotor (2) ermittelt werden, dass daraus eine zeitbasierte und/oder wegbasierte Häufigkeitsverteilung (4, 5) von Betriebspunkten (P_Bi) und eine Häufigkeitsverteilung (6) von Betriebspunktänderungen (P_BAi) des Referenz-Verbrennungsmotors (2_r) ermittelt wird, dass stationäre Messungen des Verbrennungsmotors (2) in den ermittelten Betriebspunkten (P_Bi) des Referenz-Verbrennungsmotors (2_R) auf einem Prüfstand durchgeführt werden, wobei zumindest Emissionen eines Schadstoffs (E_i) gemessen werden, dass aus den Häufigkeitsverteilungen (4, 5) der Betriebspunkte (P_Bi) und der gemessenen Emissionen des Schadstoffs (E_i) in den jeweiligen Betriebspunkten (P_Bi) ein stationärer Erfüllungsgrad (EG_stat) eines gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerts (E_i__Grenz) des Schadstoffs (E_i) ermittelt wird, dass transiente Messungen der ermittelten Betriebspunktänderungen (P_BAi) mit dem Verbrennungsmotor (2) am Prüfstand durchgeführt werden, wobei zumindest die Emissionen des Schadstoffs (E_i) gemessen werden und eine Mehrzahl von, für die Emissionen des Schadstoffs (E_i) kritische Betriebspunktänderungen (P_BAi) ermittelt wird, dass zumindest ein vorgegebener Prüfzyklus (Z) mit dem Verbrennungsmotor (2) am Prüfstand durchgeführt wird, wobei die zumindest eine Emission (E_i__Zyklus) des Schadstoffs (Ej) des Prüfzyklus (Z) gemessen wird und daraus ein dynamischer Zykluserfüllungsgrad (EG_dyn__Zyklus) des gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerts (E_i__Grenz) der Schadstoffs (E_i) ermittelt wird, dass aus dem vorgegebenen Prüfzyklus (Z) und den stationären Messungen ein quasistationärer Prüfzyklus (Z_quasi) des vorgegebenen Prüfzyklus (Z) nachgebildet wird, wobei quasistationäre Emissionen (E_i__quasi) des Schadstoffs (E_i) des quasistationären Prüfzyklus (Z_quasi) ermittelt werden und daraus ein stationärer Zykluserfüllungsgrad (EG_st_at_z_yklus) des gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerts (E_i__Grenz) der Schadstoffs (E_i) ermittelt wird, dass aus den Emissionen (E_i__Zyklus) des Schadstoffs (E_i) des vorgegebenen Prüfzyklus (Z) und den quasistationären Emissionen (E_i__quasi) des Schadstoffs (E_i) des quasistationären Prüfzyklus (Z_quasi) ein dynamischer Erfüllungsgrad (EG_dyn) ermittelt wird, dass eine Mehrzahl von Prüfläufen (P_Li) des Verbrennungsmotors (2) mit einer Mehrzahl von verschiedenen virtuellen Fahrern (D_v) und/oder verschiedenen virtuellen Fahrzeugen (F_v) und/oder verschiedenen virtuellen Umgebungen (U_v) auf einem Prüfstand (9) durchgeführt wird, wobei zumindest die Emissionen des Schadstoffs (Ei) in den Prüfläufen (PLi) gemessen werden und daraus ein Robustheits-Erfüllungsgrad (EG_Robust) des gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerts (E_i__Grenz) des Schadstoffs (E_i) ermittelt wird, dass zumindest aus der Mehrzahl , -2t

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   AV-3945 AT von Prüfversuchen (P_Li) ein, für die Emissionen des Schadstoffs (E,) kritischer, Repräsentativprüflauf (15) ermittelt wird und dass der Repräsentativprüflauf (15) zur Optimierung der zumindest einen Emission des Schadstoffs (E,) auf dem Prüfstand verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die relevanten ReferenzBetriebsdaten ermittelt werden, indem zumindest ein Referenzfahrzeug (F_R) mit einem Referenzmotor (2_r) mit einem, mit dem Verbrennungsmotor (2) vergleichbaren Motorkonzept (K) festgelegt wird, dass zumindest eine Referenzstrecke (S_R) festgelegt wird, dass zumindest ein Referenzfahrer (D_R) festgelegt wird, dass mit dem zumindest einen Referenzfahrzeug (F_r) und dem zumindest einen Referenzfahrer (D_R) eine Anzahl realer Testfahrten auf der zumindest einen Referenzstrecke (S_R) durchgeführt wird und daraus die relevanten Referenz-Betriebsdaten des Referenz-Verbrennungsmotors (2R) und des Referenz-Fahrzeugs (FR) erfasst werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest vier verschiedene Referenzstrecken (SR) und zumindest drei verschiedene Referenzfahrer (DR) vorgesehen werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Erfüllungsgrad (EG_stat) und/oder der dynamischer Zykluserfüllungsgrad (EG_dyn_zy_klus) und/oder der stationärer Zykluserfüllungsgrad (EG_st_at__Zxklus) und/oder der dynamischer Erfüllungsgrad (EG_dyn) und/oder der Robustheits-Erfüllungsgrad (EG_Robust) optimiert werden, indem iterative Änderungen der Steuerparameter der Steuerungseinheit (12) des Verbrennungsmotors (2) durchgeführt werden und/oder Komponenten des Verbrennungsmotors (2) verändert werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Schadstoffe (E,) Kohlenwasserstoff (HC) und/oder Stickstoffoxid/-dioxid (NO_x) und/oder eine Partikelanzahl (PM) und/oder Kohlenmonoxid (CO) vorgesehen sind.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Robustheits-Erfüllungsgrad (EG_Robust) ermittelt wird, indem eine Summe aus einem Mittelwert (MW_Ei) und einer Standardabweichung (o_Ei) der gemessenen Emission des Schadstoffes (E,) aus der Mehrzahl von Prüfläufen (P_Li) gebildet wird und die Summe mit dem gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerts (E_i__Grenz) des Schadstoffs (E,) verglichen wird.

   , -21

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