Diplomová práce je zaměřena na výběr pohonné jednotky pro Formuli Student, sestavení spolehlivého výpočtového modelu za využití pokročilého testování. Dále se zaměřuje na přípravu vhodných podmínek pro testování, samotné testování a následnou kalibraci řídicí jednotky pro validaci simulací a také pro efektivní a spolehlivé řízení motoru v náročných závodních podmínkách. Je zároveň součástí komplexního projektu, který se zabývá celkovým vývojem přeplňovaného jednoválcového motoru pro tým TU Brno Racing.

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Die Zulieferindustrie im Automobilbereich sieht sich heutzutage hochkomplexen Systemen bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren gegenüber. Applikationssteuergeräte mit passendem Datenstand werden selten von Fahrzeugherstellern an Dritte für die Entwicklung am Verbrennungsmotor bereitgestellt. Eine Alternative bieten Prototypensteuergeräte mit individuellen Softwarepaketen, die in ihrer Funktionalität auf die Bedürfnisse der Entwicklungsingenieure zugeschnitten sind. Die FlexECU von ETAS ist ein gutes Beispiel für solch ein offenes, kostengünstiges und seriennahes Prototypensteuergerät. Hauptbestandteil dieser Arbeit ist die Entwicklung und Integration eines Momentemodells in eine vorhandene Motorsteuerungssoftware sowie die Applikation dieses Modells am Motorprüfstand. Die Motivation für die Erweiterung der jetzigen Motorsteuerungssoftware um das Momentemodell ist, den Entwicklungsingenieuren ein möglichst seriennahes Steuergeräteumfeld bei der Erarbeitung innovativer verbrauchs- und schadstoffoptimierter Konzepte für den Verbrennungsmotor bereitzustellen. Bei der Evaluation wird gezeigt, dass die Integration und die Funktion des Momentenmodells grundsätzlich gelungen ist. Diese Arbeit bildet den Grundstein für eine umfangreiche Entwicklung, die noch einige Zeit in Anspruch nehmen wird, bis eine voll umfängliche abgesicherte Software geschaffen ist. / Nowadays, the automotive supplier industry is confronted with highly complex systems for the development of internal combustion engines. Vehicle manufacturers very rarely provide third party developers with their engine control units with calibration access and matching description and data files for internal combustion engines. An alternative are prototype control units with individual software packages, which in their functionality are adapted to the needs of development engineers. One example for such an open, cost-effective and field-proven control system development platform is FlexECU from ETAS. The essential part of this thesis is the development and integration of a torque-based system structure for an existing engine management system and the calibration of this model on an engine test bench. The motivation for this improvement is to provide development engineers with a control unit environment as close to serial as possible for the development of consumption- and emission-optimized concepts for internal combustion engines. The evaluation shows that integration as well as functionality of the torque-based system structure has generally been achieved. This thesis lays the foundations for an extensive development of this system – although the creation of a fully verified and validated software will still take some time.

Die Zulieferindustrie im Automobilbereich sieht sich heutzutage hochkomplexen Systemen bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren gegenüber. Applikationssteuergeräte mit passendem Datenstand werden selten von Fahrzeugherstellern an Dritte für die Entwicklung am Verbrennungsmotor bereitgestellt. Eine Alternative bieten Prototypensteuergeräte mit individuellen Softwarepaketen, die in ihrer Funktionalität auf die Bedürfnisse der Entwicklungsingenieure zugeschnitten sind. Die FlexECU von ETAS ist ein gutes Beispiel für solch ein offenes, kostengünstiges und seriennahes Prototypensteuergerät. Hauptbestandteil dieser Arbeit ist die Entwicklung und Integration eines Momentemodells in eine vorhandene Motorsteuerungssoftware sowie die Applikation dieses Modells am Motorprüfstand. Die Motivation für die Erweiterung der jetzigen Motorsteuerungssoftware um das Momentemodell ist, den Entwicklungsingenieuren ein möglichst seriennahes Steuergeräteumfeld bei der Erarbeitung innovativer verbrauchs- und schadstoffoptimierter Konzepte für den Verbrennungsmotor bereitzustellen. Bei der Evaluation wird gezeigt, dass die Integration und die Funktion des Momentenmodells grundsätzlich gelungen ist. Diese Arbeit bildet den Grundstein für eine umfangreiche Entwicklung, die noch einige Zeit in Anspruch nehmen wird, bis eine voll umfängliche abgesicherte Software geschaffen ist.:Abkürzungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I Verzeichnis der Formelzeichen und Symbole . . . . . . . . . . . . . . . II Variablenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .V Abbildungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII Tabellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .VIII 1. Einleitung 1 1.1. Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1.2. Zielsetzung und Aufbau der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 2. Stand der Technik 4 2.1. Steuerung und Regelung von Ottomotoren . . . . . . . . . . . . 4 2.2. Architektur Motorsteuerungssoftware . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3. Das Momentenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 3. Theoretische Grundlagen 15 3.1. Innermotorische Drehmomentenerzeugung . . . . . . . . . . .15 3.2. Eingriffsmöglichkeiten und deren Geschwindigkeit . . . . . .18 4. Modellierung des Momentenmodells 20 4.1. Entwicklungsumgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 4.2. Modellbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 5. Versuch 34 5.1. Versuchsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.2. Versuchsträger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 5.2.1. ETAS FlexECU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.2.2. Simulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 5.2.3. Versuchsmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.2.4. Motorprüfstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 5.3. Applikationssoftware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 5.3.1. ETAS INCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42 5.3.2. ETAS MDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 5.3.3. ETAS ASCMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43 6. Vorstellung der Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 6.1. Ergebnisse der Applikation des Momentemodells . . . . . . 45 6.2. Evaluierung der Drehmomentumsetzung des Momentenmodells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 6.3. Evaluierung der Untersysteme des Momentenmodells . . 62 7. Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71 Literatur- und Quellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Eidesstattliche Erklärung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76 Anlagenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 / Nowadays, the automotive supplier industry is confronted with highly complex systems for the development of internal combustion engines. Vehicle manufacturers very rarely provide third party developers with their engine control units with calibration access and matching description and data files for internal combustion engines. An alternative are prototype control units with individual software packages, which in their functionality are adapted to the needs of development engineers. One example for such an open, cost-effective and field-proven control system development platform is FlexECU from ETAS. The essential part of this thesis is the development and integration of a torque-based system structure for an existing engine management system and the calibration of this model on an engine test bench. The motivation for this improvement is to provide development engineers with a control unit environment as close to serial as possible for the development of consumption- and emission-optimized concepts for internal combustion engines. The evaluation shows that integration as well as functionality of the torque-based system structure has generally been achieved. This thesis lays the foundations for an extensive development of this system – although the creation of a fully verified and validated software will still take some time.:Abkürzungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I Verzeichnis der Formelzeichen und Symbole . . . . . . . . . . . . . . . II Variablenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .V Abbildungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII Tabellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .VIII 1. Einleitung 1 1.1. Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1.2. Zielsetzung und Aufbau der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 2. Stand der Technik 4 2.1. Steuerung und Regelung von Ottomotoren . . . . . . . . . . . . 4 2.2. Architektur Motorsteuerungssoftware . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3. Das Momentenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 3. Theoretische Grundlagen 15 3.1. Innermotorische Drehmomentenerzeugung . . . . . . . . . . .15 3.2. Eingriffsmöglichkeiten und deren Geschwindigkeit . . . . . .18 4. Modellierung des Momentenmodells 20 4.1. Entwicklungsumgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 4.2. Modellbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 5. Versuch 34 5.1. Versuchsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.2. Versuchsträger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 5.2.1. ETAS FlexECU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.2.2. Simulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 5.2.3. Versuchsmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.2.4. Motorprüfstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 5.3. Applikationssoftware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 5.3.1. ETAS INCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42 5.3.2. ETAS MDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 5.3.3. ETAS ASCMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43 6. Vorstellung der Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 6.1. Ergebnisse der Applikation des Momentemodells . . . . . . 45 6.2. Evaluierung der Drehmomentumsetzung des Momentenmodells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 6.3. Evaluierung der Untersysteme des Momentenmodells . . 62 7. Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71 Literatur- und Quellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Eidesstattliche Erklärung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76 Anlagenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

Forskning inom motorutveckling bedrivs för att möta kommande emissionskrav och samtidigt minska bränsleförbrukningen. Kommande förbud mot dieseldrivna fordon planeras i flera städer runt om i världen. Alternativa bränsle som exempelvis naturgas ses som en lovande ersättning även för tunga fordon. Metan som är huvudkomponenten av naturgas har en fördelaktigt förhållande mellan väte och kol vilket gör den attraktiv för CO2-reducering. Hur som helst, bränslets låga cetantal och den höga aktiveringsenergin som krävs för att tända naturgas förutsätter tändstiftsantändning.En fördel av att använda en encylindrig motor inom forskning är möjligheten att studera fenomen utan negativa gasväxlingsinteraktioner från intilliggande cylindrar. Jämfört med en fullmotor möjliggörs även ett snabbare utbyte av motordelar samt lägre bränsleförbrukning.Fokus för detta examensarbete var genomförandet av ett flexibelt bränslesystem för en tändstiftsantänd encylindrig motor. Motorn är en tändstiftsantänd Scania 9 liters som modifieras för encylinder körning. Flexibilitet som t.ex. laddningshomogenitet, selektiv fyllning av inloppsporter och förberedelser för direktinsprutning av flytande bränsle realiserades. För enkel användning är motorn styrd av en eftermarknadsmotorstyrenhet som använder ett användarvänligt grafiskt gränssnitt för ändring av driftsparametrar. Säkerhetshänsyn vid blandning av gasformiga bränsle och luft långt innan inloppsporterna har implementerats. / Most of the fundamental research in internal combustion engines is driven by the ever-increasing stringency of emissions regulations along with the need for increased fuel economy. The proposed ban on diesel vehicles in several cities around the world combined with extensive availability, has made natural gas a promising substitute even for heavy-duty applications. The high hydrogen-to-carbon ratio of methane, the major component of natural gas, makes it attractive from an emissions reduction perspective. CO2 emissions from natural gas combustion are particularly low. However, the low cetane number and high activation energy required to ignite natural gas, requires spark-ignition.In a research setting, it is often advantageous to have a single cylinder engine. The main benefit is the ability to study phenomena without adverse interactions which multi-cylinder operation may cause. This is especially important for gas-exchange studies. Quicker replacement of parts and lower fuel consumption are secondary benefits.The focus of this thesis was the implementation of a flexible fueling system for a single cylinder spark-ignited engine. The engine is a Scania 9-liter spark-ignited engine modified for single cylinder operation. Flexibility in terms of charge homogeneity, selective intake port filling and provisions for liquid fuel direct injection have been provided. For ease of use, the engine is controlled by an aftermarket engine control unit with a graphical user interface for configuration. Safety considerations when mixing gaseous fuels and air well upstream of the intake ports have been implemented.

The Master‘s thesis deals with a creating of display writers on multiple-function steering wheel Formule Student. It is mainly about dates transfered through RS232 or CAN bus from control unit of the Formule to microcontroller. First of all it is necessary to find out, which informations and a which way of displaying them are more useful and readable for drivers. This leads to another point - right choice of display writers, which will be used on the steering wheel. Creation of the design and construction of display device follows.