Entwicklung statistisch relevanter Prüfszenarien zur Bewertung der Fahrzeug-Emissionsrobustheit unter realen Fahrbedingungen

Claßen, Johannes; Andert, Jakob Lukas; Pischinger, Stefan

doi:10.18154/RWTH-2022-10085

Entwicklung statistisch relevanter Prüfszenarien zur Bewertung der Fahrzeug-Emissionsrobustheit unter realen Fahrbedingungen = Development of statistically relevant real driving emissions test scenarios for vehicle's emission robustness assessment

Claßen, Johannes^RWTH*

2022

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Johannes Claßen

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2022

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Pischinger, Stefan (Thesis advisor)^RWTH* ; Andert, Jakob Lukas (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-08-05

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2022-10085
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/855211/files/855211.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme und Institut für Thermodynamik (412310)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
RDE (frei) ; cycle generation (frei) ; powertrain calibration (frei) ; statistically representative (frei) ; test procedures (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Im Rahmen dieser Arbeit wird der Real Driving Emissions (RDE) Zyklusgenerator – ein Verfahren zur Erzeugung fahrzeugspezifischer Testszenarien, die das Gesamtfahrzeugsystem bestehend aus Fahrwerk, Antriebsstrang und Abgasnachbehandlungssystem berücksichtigen, entwickelt. Die Methodik kombiniert simulativ erzeugte Fahrprofilsequenzen mit gemessenen Emissionsereignissen zu Testszenarien für die Laborumgebung. Die gemessenen Emissionsereignisse werden automatisiert identifiziert und priorisiert. Die Priorisierung basiert auf der Verwendung eines Algorithmus zur Mustererkennung. Sämtliche verfügbaren Fahrzeugmessungen werden hierfür basierend auf den Verläufen ausgewählter Signale nach ähnlichen Ereignissen durchsucht und beispielsweise anhand ihrer Auftretenshäufigkeit nach Relevanz sortiert. Die simulativ erzeugten synthetischen Segmente berücksichtigen Detailwissen über das Fahrzeug (insbesondere Emissions-Mappings, Leistungsreserve oder statistisch relevantes Fahrverhalten). Durch sie werden die gemessenen Segmente so miteinander verbunden, dass ein fahrbarer Prüfzyklus entsteht. Darüber hinaus stellen sie sicher, dass nicht nur bereits gemessene Sequenzen reproduziert werden, sondern auch neue Fahrsituationen geschaffen werden, die optional zu statistisch besonders wahrscheinlichen Lastpunktfolgen führen. Die resultierenden Testszenarien sind vielseitig anwendbar. Ihre Nutzung auf einem Rollenprüfstand und daraus resultierende Vorteile für die Optimierung des Emissionsverhaltens durch Kalibrierungsänderungen der Motorsteuergerätesoftware, auch Applikation genannt, werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit detailliert erläutert. Hervorzuheben ist die Erstellung konkreter, reproduzierbarer Testanwendungen für Kalibrier- bzw. Applikationszwecke, die in ihrer Verwendung mit konventionellen Entwicklungszyklen wie dem WLTC vergleichbar sind. Die fahrzeugspezifischen Kalibrierzyklen erlauben eine zielgerichtete Optimierung des Steuergerätedatenstands. Trotz gemäßigter, realistischer Fahrdynamik übertreffen solche Kalibrierungszyklen, die speziell für ein Testfahrzeug entwickelt werden, generische "Worst-Case"-Zyklen in ihrer Emissionsintensität. Jeder Zyklus beinhaltet konzentriert eine Vielzahl emissionsrelevanter Fahrmanöver, die dem Kalibrieringenieur eindeutige Optimierungsaufgaben aufzeigen. Der vorgestellte Ansatz ist in der Lage, eine zuverlässige Prüfung der Konformität mit der RDE-Gesetzgebung für extrem unterschiedliche Fahrzeugtypen zu gewährleisten. Dies ist für die Gewährleistung schlanker und effizienter Entwicklungsprozesse für ein breites Spektrum unterschiedlicher Fahrzeugtypen unerlässlich.

In the context of this thesis, the Real Driving Emissions (RDE) Cycle Generator - a method for generating vehicle-specific test scenarios that consider the entire vehicle system consisting of chassis, powertrain and exhaust after treatment system - is developed. The methodology combines simulatively generated driving profile sequences with measured emission events to create test scenarios for the laboratory environment. The measured emission events are automatically identified and prioritized. The prioritization procedure is based on the use of a pattern recognition algorithm. For this purpose, all available vehicle measurements are screened for similar events based on the trace of selected signal sets and sorted by relevance based on their probability of occurrence, for example. The simulatively generated synthetic segments reflect detailed knowledge about the vehicle (especially emission mappings, power reserve or statistically relevant driving behavior). They interconnect the measured segments in such a way that a drivable test cycle is created. Furthermore, they ensure that not only already measured sequences are reproduced, but also that new driving situations are created which optionally lead to statistically particularly probable load point sequences. The resulting test scenarios can be applied with versatility. Their use on a chassis dynamometer and the resulting advantages for the calibrative optimization of emission behavior are explained in detail in this paper. The creation of concrete, reproducible test applications for calibration purposes, which are comparable in their use with conventional development cycles such as the WLTC, should be underlined. The vehicle-specific calibration cycles allow a targeted optimization of the engine control unit’s dataset. Despite moderate and realistic driving dynamics, such calibration cycles, which are developed specifically for a certain test vehicle, exceed generic "worst-case" cycles in their emission intensity. Each cycle concentrates on a large number of emission-relevant driving maneuvers, which represent unique optimization tasks for the calibration engineer. The presented approach is able to provide reliable compliance testing within RDE legislation for extremely different vehicle types. This is essential for ensuring lean and efficient development processes for a wide range of different vehicle types.

OpenAccess:
PDF
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