Lambda-Messungen mit Druckkompensation

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DURCHGÄNGIGE WERKZEUGKETTE
Physikalisches
Modell
L A M B D A - M E S S U N G E N A M P R Ü F S TA N D
Systemtest
Simulink®
TargetLink
LABCARAUTOMATION
RPT
ES910
ASCET
ES1000
DTS
C-Code
INTECRIO
Fixed PointModell
INCA
Integrationstest
Embedded Coder
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Lambda-Messungen
mit Druckkompensation
HiL
TargetLink
Von Matthieu Bourrat und Pascal Dorlhene, Renault S.A.S.; Abbo Mohamadou, ETAS
ASCET
C-Code
C++testTM
LABCAR
und andere
(z. B. dSPACE)
Renault entscheidet sich für das Lambda-Modul ES635
Unit Test
Build-Prozess
Renault hat sich für das Lambda-Modul ES635 als Standardgerät für Lambda-Messungen entschieden. Das Modul wurde
unlängst an den neuen Prüfständen des unternehmensweiten Programms „Pôle Innovation Mécanique“ (PIM) eingesetzt.
Testumgebung für Funktionsentwicklung vom Modell zum Seriencode,
dargestellt am V-Modell.
Mit dem erklärten Ziel, Renault als eines der führenden Unternehmen im Bereich der CO2-Einsparung zu etablieren,
nehmen in Frankreich und im Ausland alle technischen Zentren von Renault an diesem Programm teil.
statische und dynamische CodeChecks. Auch der automatisch generierte Code, der von ASCET, TargetLink und dem Embedded Coder erzeugt wurde, kann mit diesem Tool
überprüft werden.
AVL S&F nutzt als Testautomatisierungswerkzeug LABCAR-AUTOMATION von ETAS – eine offene und toolunabhängige Plattform für die Konfiguration und die Durchführung
automatischer Tests von MiL bis HiL.
LABCAR-AUTOMATION ist dabei nicht
auf die ETAS-Werkzeuge INTECRIO,
INCA und das ETAS HiL-System
LABCAR beschränkt, sondern unterstützt alle gängigen Test- und Rapid
Prototyping-Systeme wie zum Beispiel dSPACE HiL-Systeme, dSPACE
Autobox, ODX-LINK, NI TestStand und
auch kundenspezifische Lösungen.
Die Codierung von Testfällen in
LABCAR-AUTOMATION kann grafisch
mit dem „Automation Sequence
Builder“ bzw. in einer beliebigen
Microsoft .net-Sprache erfolgen. Hier
setzt AVL S&F C# ein. Die Testskripte
können in allen Testumgebungen als
MiL-, SiL- oder HiL-Tests ausgeführt
und wiederverwendet werden.
Die funktionalen MiL-, SiL- und HiLTests können in einer einheitlichen
Benutzerumgebung konfiguriert und
durchgeführt werden, was die Arbeit
spürbar erleichtert. Der Aufbau des
Test Managers und Test Handlers von
LABCAR-AUTOMATION erlaubt es
auch unerfahrenen Benutzern, bereits
konfigurierte Tests auszuführen.
Testdokumentation
Die standardisierte Testdokumentation der Ergebnisse ermöglicht die
systematische Dokumentation aller
ausgeführten Tests. Dabei erlauben
die toolgestützten Auswerteroutinen
eine schnellere und genauere Analyse der Testergebnisse. Auch die
automatisierte Generierung der Dokumentation spart Zeit. Trotz der
Standardisierung können die Testreports effizient an die Kundenanforderungen angepasst werden.
LABCAR-AUTOMATION erhöhte somit die Qualität und Effizienz der
Testdokumentation.
Fazit
Den Ingenieuren von AVL S&F gelang
es, eine effiziente und durchgängige
Toolkette aufzubauen. Dies wurde
unterstützt durch die Offenheit der
ETAS-Werkzeuge.
Der Vorteil liegt auf der Hand: Testfälle können über Entwicklungsphasen und Projekte hinweg verwendet werden. Der Einsatz dieser neuen
Toolkette bringt eine spürbare Zeitersparnis bei gleichzeitiger Steigerung der Qualität.
Die Genauigkeit der Lambda-Regelung hat einen wesentlichen Einfluss
auf die Verringerung der Emissionen
und des Treibstoffverbrauchs von
Kraftfahrzeugen. Bei der LambdaMessung muss eine Anzahl von Parametern berücksichtigt werden:
■ die Lambda-Charakteristik von verschiedenen Kraftstofftypen wie zum
Beispiel Diesel, Benzin oder Ethanol
■ die
Temperaturbedingungen bei
Sommer- und Wintererprobungen
■ der Luftdruck bei Höhenerprobungen
■ der Staudruck im Abgassystem
Das Lambdamessgerät muss sich flexibel für unterschiedliche Tests verwenden und in bestehende Werkzeuglandschaften integrieren lassen.
Abgasdruck
Lambdasensoren reagieren empfindlich auf Änderungen des Luftdrucks
und des Staudrucks im Abgassystem
(Abgasdruck). Die Druckabhängigkeit
ist bei extrem fetten oder mageren
Gemischen besonders ausgeprägt.
Eine Änderung des Drucks um 400
Millibar im Auspuffrohr des Motors
verursacht Abweichungen des Sensorpumpstroms und des davon abgeleiteten Lambda-Werts von etwa
10 Prozent.
Evaluierung des ES635-Moduls
Mit dem Lambda-Modul ES635 kann
der Einfluss des Luftdrucks und des
Abgasdrucks auf das Messergebnis
kompensiert werden. ETAS implementierte dazu die Abgasdruckkom-
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L A M B D A - M E S S U N G E N A M P R Ü F S TA N D
Messung des Äquivalenzverhältnisses 1/λ eines Synthesegases mit
dem ES635-Modul bei aktiver Abgasdruckkompensation (rote Dreiecke).
Die Diagonale zeigt die erwarteten
Werte an, die mit einem Gasanalysator
gemessenen wurden. Die ES635-Messwerte weichen maximal um 1,8 Prozent
von den eingestellten Mischungsverhältnissen ab.
L A M B D A - M E S S U N G E N A M P R Ü F S TA N D
pensation EPC nach Spezifikationen
von Renault. Der EPC-Algorithmus,
der auf empirischen Ergebnissen
und der langjährigen Erfahrung von
Renault im Bereich der LambdaMessung basiert, berücksichtigt die
relevanten Thermodynamik- und Diffusionsparameter.
Äquivalenzverhältnis gemessen mit ES635-Modul
1.26
1.21
1.16
1.11
1.06
1.01
1.01
1.06
1.11
1.16
1.21
1.26
1500
0,400
10
1450
0,360
9
1400
0,320
8
1350
0,280
Äquivalenzverhältnis
Die Messkurven zeigen die Wirkung
der Abgasdruckkompensation EPC.
Das Äquivalenzverhältnis wurde am
Prüfstand auf einen konstanten Wert
eingestellt und der Druck verändert
(rote Linie). Am ES635-Modul wurde
die EPC-Funktion abwechselnd einund ausgeschaltet. Ohne EPC variiert
die Messung des Äquivalenzverhältnisses (blaue Linie) stark mit dem
umgekehrten Vorzeichen des Druckverlaufs, wie zu erwarten war.
Mit EPC ist die Druckabhängigkeit
der gemessenen Äquivalenzverhältnisse wesentlich geringer.
Abgasdruck [mbar]
Äquivalenzverhältnis gemessen mit Gasanalysator
EPC an
EPC aus
EPC an
EPC aus
7
0,240
6
0,200
5
0,160
4
1150
0,120
3
1100
0,080
2
1050
0,040
1
1000
0,000
0
1300
1250
1200
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
Die Validierung des ES635-Moduls
und der EPC-Funktion, welche im
Technik-Center von Renault in Lardy
durchgeführt wurde, umfasste die
folgenden Tests:
■ Messung des Äquivalenzverhältnisses 1/λ mit synthetischen Gasgemischen im Bereich zwischen 0.1
(mager) und 1.2 (fett)
■ Messungen im Fahrzeug mit Benzin
und Ethanol-Kraftstoffen (E85)
■ Messungen an Dieselmotoren im
stationären und transienten Prüfstandsbetrieb
■ Messungen in der Kältekammer bei
Temperaturen von -20 °C
600
Zeit [s]
HERAUSFORDERUNG
Aufgrund des direkten Einflusses der Lambda-Regelung auf Emissionen und Kraftstoffverbrauch werden
bei der Motorenentwicklung und Steuergeräte-Applikation genaue Lambda-Messungen benötigt.
LÖSUNG
Das Lambda-Modul ES635 kompensiert den Einfluss von Schwankungen im Abgasdruck auf die LambdaMessung. Dadurch wird die Messgenauigkeit um einen Faktor sechs verbessert.
NUTZEN
Mit Unterstützung des Know-hows von Renault, das in die Weiterentwicklung des ES635-Moduls eingeflossen ist, kann das Lambda-Modul die hauseigenen Lambda-Messgeräte bei Renault ablösen.
Die Testergebnisse zeigten, dass sich
durch den Einsatz des ES635-Moduls
mehrere Verbesserungen ergeben.
Ohne EPC-Funktion traten bei der
Bestimmung des Äquivalenzverhältnisses relative Fehler von bis zu 60
Prozent auf. Mit aktivierter EPC-Funktion wurden dagegen selbst in den
ungünstigsten Fällen Fehlerwerte von
10 Prozent nicht überschritten. Messungen des Äquivalenzverhältnisses
über der Zeit, die bei -20 °C in der
Kältekammer am Motorenprüfstand
aufgenommen wurden, zeigten, dass
die Zeitauflösung des ES635-Moduls
dazu ausreicht, die Drehzahl des
Motors auf Basis der Messergebnisse
zu schätzen.
Obwohl die Messwerte des ES635Moduls ausnahmslos sehr nahe bei
den Äquivalenzverhältnissen lagen,
die durch den Prüfstand vorgegeben
waren (was durch die Verwendung
von Synthesegas gezeigt werden
konnte), wurde bei einer der Testkon-
figurationen eine geringe Abweichung im Vergleich zum hauseigenen
Lambdameter beobachtet. Es wurde
vermutet, dass diese Abweichung
durch den fest vorgegebenen Wert
des Korrekturfaktors im EPC-Algorithmus und die Verwendung der
Default-Lambdakennlinie des ES635Moduls hervorgerufen wurde. ETAS
reagierte sofort und stellte eine neue
Firmwareversion zur Anpassung des
Korrekturfaktors für Renault zur Verfügung. Die Ingenieure von Renault
planen weitere Tests mit fein abgeglichenen Lambda-Kennlinien und
einem optimierten Korrekturfaktor.
Fazit
Das Lambda-Modul ES635 von ETAS
ist eine robuste, offene, flexible und
zukunftssichere Lösung. Das Modul
ist INCA-kompatibel und verfügt für
die Anbindung an existierende Anwendungen über eine offene XCPSchnittstelle. Für den StandaloneBetrieb steht ein einfach zu bedienendes Konfigurationswerkzeug zur
Verfügung. Zusätzlich zu den DefaultKennlinien für Standardanwendungen unterstützt das Modul kundenspezifische Lambda-Kennlinien. Das
Modul ist zu den relevanten Lambdasonden von Bosch kompatibel und
kann Renault bei der Umstellung von
LSU4.9 auf die neuen LSU ADV-Sonden unterstützen. Das ES635-Modul
fügt sich gut in die Prozesse, Methoden und in die Werkzeugumgebung
bei Renault ein. Aufgrund der hohen
Qualität der Abgasdruckkompensation ist das ES635-Modul dazu geeignet, die hauseigenen Lambdameter
von Renault zu ersetzen.
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