WO2019149792A1 - Verfahren zum regeln einer temperatur eines kühlmittels eines kühlmittelkreislaufs einer antriebseinheit auf einem prüfstand - Google Patents

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coolant
temperature
calculated
cooling capacity
conditioning unit
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Hannes GRUBER
Martin MONSCHEIN
Gregor GRIESSER
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    • G01M15/02—Details or accessories of testing apparatus
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
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    • F01P7/167—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by adjusting the pre-set temperature according to engine parameters, e.g. engine load, engine speed
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines

Definitions

  • the subject invention relates to a method for controlling a temperature of a coolant of a coolant circuit of a drive unit on a test stand with a conditioning unit for the coolant, wherein the conditioning unit is connected to a coolant flow of the coolant circuit and to a coolant return of the coolant circuit and to the conditioning unit a flow temperature of the coolant is set in the coolant supply, and a corresponding test stand.
  • the internal combustion engine can be constructed alone on the test bench (engine test bench), or in combination with other components of a vehicle in which the internal combustion engine is to be used.
  • An example of this is a powertrain test stand on which a drive train of a vehicle (also as a hybrid powertrain), or a part thereof, is operated with an internal combustion engine.
  • electric motors as sole drive units can also be operated on a test stand, alone or in a drive train.
  • An entire vehicle with drive unit can be arranged on a chassis dynamometer.
  • On the test bench one or more loading machines are always provided, which are connected to the drive unit in order to be able to operate the drive unit on the test stand against a load.
  • a modern internal combustion engine is usually coolant-cooled, with a coolant circulated through the engine and a radiator.
  • the internal combustion engine can also be provided with other coolant circuits (also with different coolants), such as charge air cooling.
  • a plurality of coolers may be provided, for example, an additional low-temperature radiator for the intercooler.
  • the circulation of a coolant takes place with a coolant pump, e.g. is driven by the internal combustion engine.
  • the radiator or even the radiator in the case of several cooling circuits, is cooled by the airstream, that is to say by the movement of the vehicle on the road. Of course this is not possible on the test bench.
  • the drive unit is also operated without a cooler on the test stand, whereby it is necessary to otherwise implement a coolant circuit of the drive unit on the test bench.
  • This problem can of course also occur in a vehicle on a chassis dynamometer, where there is also no wind. If the airstream is not generated by blowers on the test stand, it is also necessary in this application to realize a coolant circuit of the drive unit elsewhere on the test stand. Therefore, a conditioning system for the coolant of a coolant circuit is often used on the test stand in order to keep the coolant at a certain temperature. It is customary to set a constant temperature of the coolant, which is sufficient for many applications.
  • a temperature of the coolant results from the real driving conditions (eg speed of the vehicle, driving distance) and ambient conditions (eg ambient temperature), as well as the properties of the coolant pump and the operating state of the drive unit (eg speed, torque) and the properties of the radiator (eg cooling surface, aerodynamics).
  • the resulting actual cooling capacity is therefore a complex function of these dependencies and can not simply be calculated or simulated.
  • the simulation of realistic states of a cooling system of the drive unit on the test bench is therefore a difficult task.
  • EP 2 573 538 A2 describes a conditioning system for the cooling water of an internal combustion engine on the test bench. This is connected to the coolant circuit of the internal combustion engine in order to condition the coolant of the internal combustion engine.
  • the conditioning system simulates the radiator in the vehicle and should be regulated in such a way that realistic driving profiles are achieved. How this is done is not explained in EP 2 573 538 A2.
  • a current actual cooling capacity in the coolant circuit is calculated from a temperature difference between the flow temperature of the coolant in the coolant flow and a return temperature of the coolant in the coolant return, and that from a deviation between the calculated actual cooling capacity and a predetermined desired cooling capacity with a controller, a control variable for the conditioning unit is calculated to adjust the flow temperature.
  • the control can be simplified if, from the deviation between the calculated actual cooling capacity and the predetermined setpoint cooling capacity, first an alteration of the temperature spread to be set is determined and from this the control variable for the conditioning unit is calculated. In this case, the change in the temperature spread simply after the
  • the real behavior of a real radiator in a vehicle can be reproduced more accurately on the test bench by the conditioning unit if the desired cooling capacity is obtained from a given radiator model.
  • the cooler model can be obtained, for example, from measurements on the cooler in a wind tunnel or from fluidic and / or thermodynamic simulations.
  • FIG. 1 shows a typical test stand 1 with an internal combustion engine as drive unit 2.
  • the drive unit 2 could also be an electric motor or a combination of an internal combustion engine and an electric motor (hybrid).
  • the drive unit 2 could also be part of a drive train or a part thereof.
  • the drive unit 2 is connected via a test stand shaft 4 with a loading machine 3, usually an electric motor, to a test setup.
  • a test bed automation unit 6 is provided, which controls the drive unit 2 and the loading machine 3 on the basis of control variables S D , S E according to the specifications of the test run.
  • control variables S D , S E usually certain measured values, typically emission values or consumption values, Power values of the drive unit 2 or a drive train, etc., metrologically detected in order to make certain statements about the drive unit 2 can.
  • the test run is available, for example, as a time profile of the rotational speed and the torque of the drive unit 2.
  • a simulation of a journey with a virtual vehicle with the drive unit along a virtual route for example in the test bed automation unit 6, the required control variables S D , S E for controlling the drive unit 2 and the To obtain loading machine 3.
  • models such as a vehicle model, a tire model, a road model, a driver model, etc. are used that interact to simulate the virtual ride. From the simulation, the required quantities, such as, for example, the rotational speed and the torque of the drive unit 2, are then determined in given time.
  • Such simulations and simulation models are known and available.
  • measuring variables which are also required can be detected with measuring sensors, such as, for example, a rotational speed of the drive unit 2 and / or the loading machine 3 and / or a torque of the test stand shaft 4, which are used for a simulation and / or for regulating the drive unit 2 and / or the loading machine 3 can be used.
  • the drive unit 2 is regulated, for example, by transmitting to a drive control unit an accelerator pedal position or another suitable manipulated variable of the drive unit 2 in each time step of the control, which is derived, for example, from a torque request from the specifications of the test run.
  • the loading machine 3 can be preset a speed to be set in each time step of the control, which is adjusted by a dyno-controller on the test bench 1.
  • the drive unit 2 has at least one coolant circuit 7, with a coolant flow 9, a coolant return 10 and a coolant pump 8, which is usually driven by the drive unit 2 itself.
  • the coolant pump 8 can be arranged in the coolant flow 9 or in the coolant return 10 and circulates the coolant through the drive unit 2, for example through the cooling circuit of the drive unit 2 or through a charge air cooler of an internal combustion engine as the drive unit 2.
  • the coolant is passed to the test stand 1 via a conditioning unit 5 in which the flow temperature T in of the coolant in the coolant flow 9 is set. In the real vehicle, instead of the conditioning unit 5, the radiator for the coolant would be arranged.
  • the return temperature T out of the coolant in the coolant return 10 results from the operation of the drive unit 2.
  • the conditioning unit 5 is controlled by a control unit 11 (hardware and / or software) in which a controller R (usually software) is implemented.
  • the aim of the regulation of the conditioning unit 5 is to set the effect of the cooling of the coolant circuit on the drive unit 2 during the test run according to a specific specification.
  • the control unit 1 1 setpoint SW for cooling, for example, a target cooling power P CO oi_set as described below, for example, from the test bench automation unit 6.
  • the setpoint SW for cooling for example, before again as a time course for the test run , but can also be simulated by a cooler model, which can also be in the form of a characteristic map, during the execution of the test run or during the simulation of the test drive.
  • Such a map can be measured, for example, in a wind tunnel, for example a map for the cooling capacity as a function of the vehicle speed and the ambient temperature. From such measurements, a mathematical cooler model can be trained. A cooler model can also be obtained from fluidic and / or thermodynamic simulations.
  • To regulate the conditioning unit 5 is turned off on the converted cooling power P C00i .
  • the mass flow m can be measured directly, for example with a mass flow sensor or volumetric flow sensor, can be supplied by the coolant pump 8 or can be derived from measured variables of the coolant pump 8, for example the rotational speed of the coolant pump 8.
  • the volume flow V can be used, which is related to the mass flow m over the known density of the coolant.
  • the actual cooling power P C00 i, act is calculated as the actual value IW of the regulation of the conditioning unit 5 in a calculation unit 12 (hardware and / or software), for example in the control unit 1 1, preferably according to the above formula from the measured actual variables, running temperature T in , return temperature T out and mass flow m, calculated.
  • setpoint SW is the regulation of the conditioning unit 5, a desired cooling capacity P CO oi, set specified.
  • the controller R calculates a manipulated variable ST according to the implemented control law, eg a PI or PID controller the conditioning unit 5, which is to be set in the conditioning unit 5 via a designated actuator in order to effect the desired change in the temperature spread ⁇ T D , and thus the cooling power P C00 i, via the change in the flow temperature T in .
  • the implemented control law eg a PI or PID controller the conditioning unit 5
  • the conditioning unit 5 which is to be set in the conditioning unit 5 via a designated actuator in order to effect the desired change in the temperature spread ⁇ T D , and thus the cooling power P C00 i, via the change in the flow temperature T in .
  • this regulation according to the invention via the cooling power P C00i essentially corresponds to a specification for the conditioning unit 5 for setting a flow temperature n in the coolant flow 9.
  • the manipulated variable ST is calculated in order to set the flow temperature T in as required in the conditioning unit 5 naturally depends on the implementation of the conditioning unit 5.
  • the manipulated variable ST would be, for example, a valve position of the directional control valve.
  • the manipulated variable could also control a heat exchanger as a conditioning unit 5.
  • the conditioning unit 5 can be designed, for example as a temperature control unit with thermoelectric modules as described in WO 2016/207153 A1, which may also require other control variables.
  • the concrete embodiment of the conditioning unit 5, and thus also the manipulated variable ST is not the subject of the invention.
  • the conditioning unit 5 only has to be suitable for setting the temperature of a medium, specifically a coolant, by presetting a manipulated variable ST.
  • a simulation unit 20 (hardware and / or software) is provided, in which simulation models SM are implemented in order to simulate the travel of a vehicle with the drive unit 2 along a virtual route. From this simulation, the control variables S D for the loading machine 3, for example, a speed to be set, and the control variables S E for the drive unit 2, for example, a torque to be set or an accelerator pedal position, obtained at the test stand 1.
  • a cooler model 21 for example as a characteristic diagram, is implemented in the test bench automation unit 6 (as hardware and / or software).
  • this cooler model 21 determines a setpoint value SW, for example a setpoint cooling capacity P C00i, for controlling the conditioning unit 5.
  • the cooler model 21 determines from a, for example simulated, vehicle speed v v and an ambient temperature T amb (which can result from the simulation or can be given) a cooling capacity P C00i of the radiator in the simulated vehicle.
  • the input variables for the cooler model 21 can also be obtained from the simulation unit 20.

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Abstract

Realitätsnähere Prüfläufe mit einer Antriebseinheit mit einem Kühlmittelkreislauf (7) auf einem Prüfstand (1) können erreicht werden, wenn aus einer Temperaturspreizung (ΔT) zwischen der Vorlauftemperatur (Tin) des Kühlmittels im Kühlmittelvorlauf (9) und einer Rücklauftemperatur (Tout) des Kühlmittels im Kühlmittelrücklauf (10) eine aktuelle Ist-Kühlleistung (Pcool,act) im Kühlmittelkreislauf (7) berechnet wird, undaus einer Abweichung zwischen der berechneten Ist-Kühlleistung (Pcool,act) und einer vorgegebenen Soll-Kühlleistung (Pcool,set) mit einem Regler (R) eine Stellgröße (ST) für eine Konditioniereinheit (5) für das Kühlmittel berechnet wird, um die Vorlauftemperatur (Tin) einzustellen

Description

Verfahren zum Regeln einer Temperatur eines Kühlmittels eines Kühlmittelkreislaufs einer Antriebseinheit auf einem Prüfstand
Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Temperatur eines Kühlmittels eines Kühlmittelkreislaufs einer Antriebseinheit auf einem Prüfstand mit einer Konditioniereinheit für das Kühlmittel, wobei die Konditioniereinheit mit einem Kühlmittelvor- lauf des Kühlmittelkreislaufs und mit einem Kühlmittelrücklauf des Kühlmittelkreislaufs ver- bunden wird und mit der Konditioniereinheit eine Vorlauftemperatur des Kühlmittels im Kühl- mittelvorlauf eingestellt wird, sowie einen entsprechenden Prüfstand.
Es ist bekannt, Verbrennungsmotoren auf Prüfständen zu Entwicklungs- oder Testzwecken zu betreiben. Dabei kann der Verbrennungsmotor alleine am Prüfstand (Motorprüfstand) aufgebaut sein, oder in Kombination mit anderen Komponenten eines Fahrzeugs, in dem der Verbrennungsmotor eingesetzt werden soll. Ein Beispiel hierfür ist ein Antriebstrang- prüfstand, auf dem ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs (auch als Hybrid-Antriebsstrang), oder ein Teil davon, mit einem Verbrennungsmotor betrieben wird. Aber auch Elektromoto- ren als alleinige Antriebseinheiten können auch einem Prüfstand, alleine oder wieder in ei- nen Antriebsstrang eingebunden, betrieben werden. Ein ganzes Fahrzeug mit Antriebsein- heit (Verbrennungsmotor, Elektromotor oder eine Kombination aus Verbrennungsmotor und Elektromotor) kann auf einem Rollenprüfstand angeordnet werden. Am Prüfstand ist auch immer eine, oder mehrere, Belastungsmaschine vorgesehen, die mit der Antriebseinheit ver- bunden wird, um die Antriebseinheit am Prüfstand gegen eine Last betreiben zu können.
Ein moderner Verbrennungsmotor ist in der Regel kühlmittelgekühlt, wobei ein Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor und einen Kühler umgewälzt wird. Das gleiche gilt auch für einen Elektromotor als Antriebseinheit oder Teil einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs. Am Verbrennungsmotor können auch noch andere Kühlmittelkreise (auch mit verschiedenen Kühlmitteln) vorgesehen sein, wie beispielsweise eine Ladeluftkühlung. Dazu können auch mehrere Kühler vorgesehen sein, beispielsweise ein zusätzlicher Niedertemperatur-Kühler für die Ladeluftkühlung. Das Umwälzen eines Kühlmittels erfolgt mit einer Kühlmittelpumpe, die z.B. vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. In einem realen Fahrzeug wird der Küh- ler, oder auch die Kühler bei mehreren Kühlkreisen, durch den Fahrtwind gekühlt, also durch die Bewegung des Fahrzeugs auf der Straße. Am Prüfstand ist das natürlich nicht möglich.
In der Regel wird die Antriebseinheit am Prüfstand auch ohne Kühler betrieben, wodurch es notwendig ist, einen Kühlmittelkreislauf der Antriebseinheit am Prüfstand anderweitig zu rea- lisieren. Dieses Problem kann natürlich auch bei einem Fahrzeug auf einem Rollenprüfstand auftreten, wo es ebenfalls keinen Fahrtwind gibt. Wenn der Fahrtwind nicht durch Gebläse am Prüfstand erzeugt wird, ist auch in dieser Anwendung notwendig, einen Kühlmittelkreis- lauf der Antriebseinheit anderweitig am Prüfstand zu realisieren. Am Prüfstand wird daher oftmals ein Konditioniersystem für das Kühlmittel eines Kühlmittel- kreislaufs eingesetzt, um das Kühlmittel auf eine bestimmte Temperatur zu halten. Üblich ist dabei die Einstellung einer konstanten Temperatur des Kühlmittels, was für viele Anwendun- gen ausreichend ist. Für die Simulation einer realen Fahrt eines Fahrzeugs am Prüfstand ist das aber natürlich nicht befriedigend, da in einem realen Fahrzeug während einer realen Fahrt auf einer Straße keine konstante Temperatur des Kühlmittels eingestellt wird. Im Fahr- zeug ergibt sich eine Temperatur des Kühlmittels aus den realen Fahrbedingungen (z.B. Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Fahrstrecke) und Umgebungsbedingungen (z.B. Umge- bungstemperatur), sowie den Eigenschaften der Kühlmittelpumpe und des Betriebszustan- des der Antriebseinheit (z.B. Drehzahl, Drehmoment) und den Eigenschaften des Kühlers (z.B. Kühlfläche, Aerodynamik). Die sich daraus ergebende tatsächliche Kühlleistung ist da- her eine komplexe Funktion dieser Abhängigkeiten und kann nicht einfach berechnet oder simuliert werden. Das Nachbilden realitätsnaher Zustände eines Kühlsystems der Antriebs- einheit am Prüfstand ist daher eine schwierige Aufgabe.
Die EP 2 573 538 A2 beschreibt beispielsweise ein Konditioniersystem für das Kühlwasser eines Verbrennungsmotors am Prüfstand. Dieses wird mit dem Kühlmittelkreislauf des Ver- brennungsmotors verbunden, um das Kühlmittel des Verbrennungsmotors zu konditionieren. Das Konditioniersystem bildet damit den Kühler im Fahrzeug nach und soll so geregelt wer- den, dass realistische Fahrprofile erzielt werden. Wie das gemacht wird, wird in der EP 2 573 538 A2 aber nicht ausgeführt.
Es ist daher eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ein Verfahren zum Regeln einer Temperatur eines Kühlmittels eines Kühlmittelkreislaufs einer Antriebseinheit auf einem Prüfstand mit einer Konditioniereinheit für das Kühlmittel bereitzustellen, sowie einen Prüf- stand mit einer solchen Konditionierung.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass aus einer Temperaturspreizung zwischen der Vorlauftemperatur des Kühlmittels im Kühlmittelvorlauf und einer Rücklauftem- peratur des Kühlmittels im Kühlmittelrücklauf eine aktuelle Ist-Kühlleistung im Kühlmittelkreis- lauf berechnet wird, und dass aus einer Abweichung zwischen der berechneten Ist- Kühlleistung und einer vorgegebenen Soll-Kühlleistung mit einem Regler eine Stellgröße für die Konditioniereinheit berechnet wird, um die Vorlauftemperatur einzustellen. Das ermög- licht eine sehr einfache Regelung, die direkt auf die Temperaturspreizung abstellt, die sehr einfach erfasst werden kann. Gleichzeitig ermöglicht dieser Ansatz auch eine sehr genaue Regelung der Kühlleistung, was es wiederum ermöglicht, die Verhältnisse am Prüfstand den realen Verhältnisses bei einer realen Fahrt mit einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor und Kühler zur Kühlung des Kühlmittels anzunähern. ln einer vorteilhaften, einfach zu realisierenden Implementierung wird die Ist-Kühlleistung mit der Formel Pcool = m - AT - cp berechnet wird, mit dem Massenstrom m durch den Kühlmittel kreislauf und der bekannten spezifischen Wärmekapazität cp des Kühlmittels. Damit wird der sich ändernde Massenstrom mit berücksichtigt. Nachdem die Kühlmittelpumpe üblicherweise vom Verbrennungsmotor angetrieben wird, liefert die Kühlmittelpumpe keinen konstanten Massenstrom. Der Massenstrom beeinflusst aber natürlich das Kühlverhalten maßgeblich. Damit können realitätsnähere Prüfläufe am Prüfstand realisiert werden.
Die Regelung kann vereinfacht werden, wenn aus der Abweichung zwischen der berechne- ten Ist-Kühlleistung und der vorgegebenen Soll-Kühlleistung zuerst eine einzustellende Än- derung der Temperaturspreizung ermittelt wird und daraus die Stellgröße für die Konditionie- reinheit berechnet wird. Dabei kann die Änderung der Temperaturspreizung einfach nach der
Formel ÄTD =
Figure imgf000005_0001
— - berechnet werden.
m - cp
Das reale Verhalten eines realen Kühlers in einem Fahrzeug kann am Prüfstand durch die Konditioniereinheit exakter nachgebildet werden, wenn die Soll-Kühlleistung aus einem vor- gegebenen Kühlermodell erhalten wird. Das Kühlermodell kann beispielsweise aus Messun- gen am Kühler in einem Windkanal oder aus strömungstechnischen und/oder thermodyna- mischen Simulationen erhalten werden.
Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestal- tungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt
Fig.1 einen Prüfstand mit einer erfindungsgemäßen Temperaturregelung des Kühlmit- tels und
Fig.2 eine vorteilhafte Ausgestaltung der Ermittlung einer Soll-Kühlleistung des Kühl- kreislaufs zur Temperaturregelung.
In Fig.1 ist ein typischer Prüfstand 1 mit einem Verbrennungsmotor als Antriebseinheit 2 dar- gestellt. Die Antriebseinheit 2 könnte aber auch ein Elektromotor oder eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor (Hybrid) sein. Die Antriebseinheit 2 könnte dabei auch Teil eines Antriebsstranges oder eines Teiles davon sein. Die Antriebs- einheit 2 ist über eine Prüfstandwelle 4 mit einer Belastungsmaschine 3, in der Regel ein Elektromotor, zu einem Prüfaufbau verbunden. Für die Durchführung eines gewünschten Prüflaufs mit der Antriebseinheit 2 am Prüfstand 1 ist eine Prüfstandautomatisierungseinheit 6 vorgesehen, die die Antriebseinheit 2 und die Belastungsmaschine 3 anhand von Steuer- großen SD, SE gemäß den Vorgaben des Prüflaufs regelt. Während dem Prüflauf werden üblicherweise bestimmte Messwerte, typischerweise Emissionswerte oder Verbrauchswerte, Leistungswerte der Antriebseinheit 2 oder eines Antriebstranges, usw., messtechnisch er- fasst, um daraus gewisse Aussagen über die Antriebseinheit 2 treffen zu können.
Der Prüflauf liegt beispielsweise als zeitlicher Verlauf der Drehzahl und des Drehmoments der Antriebseinheit 2 vor. Es kann aber bekannter Weise auch eine Simulation einer Fahrt mit einem virtuellen Fahrzeug mit der Antriebseinheit entlang einer virtuellen Fahrtstrecke erfolgen, beispielsweise in der Prüfstandautomatisierungseinheit 6, um als Prüflauf zu jedem Zeitpunkt die benötigten Steuergrößen SD, SE zum Steuern der Antriebseinheit 2 und der Belastungsmaschine 3 zu erhalten. Zur Simulation werden Modelle, wie ein Fahrzeugmodell, ein Reifenmodell, ein Straßenmodell, ein Fahrermodell, usw., eingesetzt, die interagieren, um die virtuelle Fahrt zu simulieren. Aus der Simulation werden dann in vergebenen Zeit schriften die benötigten Größen, wie beispielsweise die Drehzahl und des Drehmoments der Antriebseinheit 2, ermittelt. Solche Simulationen und Simulationsmodelle sind bekannt und verfügbar.
Am Prüfstand 1 können mit Messsensoren auch benötigte Messgrößen erfasst werden, wie beispielsweise eine Drehzahl der Antriebseinheit 2 und/oder der Belastungsmaschine 3 und/oder ein Drehmoment der Prüfstandwelle 4, die für eine Simulation und/oder zum Re- geln der Antriebseinheit 2 und/oder der Belastungsmaschine 3 verwendet werden können. Die Antriebseinheit 2 wird beispielsweise geregelt, indem einer Antriebsteuereinheit in jedem Zeitschritt der Regelung eine Fahrpedalstellung oder eine andere geeignete Stellgröße der Antriebseinheit 2 übermittelt wird, die beispielsweise aus einer Drehmomentenanforderung aus den Vorgaben des Prüflaufs abgeleitet wird. Der Belastungsmaschine 3 kann in jedem Zeitschritt der Regelung eine einzustellende Drehzahl vorgegeben werden, die von einem Dynoregler am Prüfstand 1 eingeregelt wird. Natürlich sind auch andere Regelungen des Prüfaufbaus am Prüfstand 1 möglich und bekannt. Nachdem die Art und Weise des Prüf- standes 1 und der Regelung oder der Durchführung des Prüflaufs am Prüfstand 1 nicht Ge- genstand der Erfindung ist und für die Erfindung auch unerheblich ist, wird hier nicht näher darauf eingegangen.
Die Antriebseinheit 2 weist zumindest einen Kühlmittelkreislauf 7 auf, mit einem Kühlmittel- vorlauf 9, einem Kühlmittelrücklauf 10 und einer Kühlmittelpumpe 8, die üblicherweise von der Antriebseinheit 2 selbst angetrieben wird. Die Kühlmittelpumpe 8 kann im Kühlmittelvor- lauf 9 oder im Kühlmittelrücklauf 10 angeordnet sein und wälzt das Kühlmittel durch die An- triebseinheit 2, beispielsweise durch den Kühlkreislauf der Antriebseinheit 2 oder durch einen Ladeluftkühler eines Verbrennungsmotor als Antriebseinheit 2, um. Das Kühlmittel wird am Prüfstand 1 über eine Konditioniereinheit 5 geleitet, in der die Vorlauftemperatur Tin des Kühlmittels im Kühlmittelvorlauf 9 eingestellt wird. Im realen Fahrzeug wäre anstelle der Konditioniereinheit 5 der Kühler für das Kühlmittel angeordnet. Die Rücklauftemperatur Tout des Kühlmittels im Kühlmittelrücklauf 10 ergibt sich durch den Betrieb der Antriebseinheit 2. Diese Temperaturspreizung DT = Tout - Tin zwischen Rücklauftemperatur Tout und Vorlauf- temperatur Tin soll am Prüfstand 1 den realen Verhältnissen in einem Fahrzeug möglichst nahe kommen, um am Prüfstand 1 realitätsnähere Prüfläufe am Prüfaufbau durchführen zu können.
Die Konditioniereinheit 5 wird von einer Steuerungseinheit 1 1 (Hardware und/oder Software), in der ein Regler R (üblicherweise Software) implementiert ist, geregelt. Das Ziel der Rege- lung der Konditioniereinheit 5 ist es, die Wirkung der Kühlung des Kühlmittelkreislaufs auf die Antriebseinheit 2 während des Prüflaufs nach einer bestimmten Vorgabe einzustellen. Hierzu werden der Steuerungseinheit 1 1 Sollwerte SW für die Kühlung, beispielsweise eine Soll- Kühlleistung PCOoi_set wie unten beschrieben, vorgegeben, beispielsweise von der Prüfstand- automatisierungseinheit 6. Die Sollwerte SW für die Kühlung liegen beispielsweise wieder als zeitlicher Verlauf für den Prüflauf vor, können aber auch durch ein Kühlermodell, das auch in Form eines Kennfeldes vorliegen kann, während der Durchführung des Prüflaufs oder wäh- rend der Simulation der Testfahrt simuliert werden. Ein solches Kennfeld kann beispielswei- se in einem Windtunnel vermessen werden, beispielsweise ein Kennfeld für die Kühlleistung als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Umgebungstemperatur. Aus solchen Messwerten kann auch ein mathematisches Kühlermodell trainiert werden. Ein Kühlermodell kann auch aus strömungstechnischen und/oder thermodynamischen Simulationen erhalten werden.
Um die Konditioniereinheit 5 zu regeln wird auf die umgesetzte Kühlleistung PC00i abgestellt.
Diese ergibt sich bekanntermaßen aus dem formelmäßigen Zusammenhang
Pcooi = m - AT - cp , mit der Temperaturspreizung DT, dem Massenstrom m durch den Kühlmit- telkreislauf 7 und der bekannten spezifischen Wärmekapazität cp des Kühlmittels. Grundsätz- lich sind aber auch andere Ansätze zur Berechnung der Kühlleistung PC00i möglich. Der Mas- senstrom m kann direkt gemessen werden, beispielsweise mit einem Massenstromsensor oder Volumenstromsensor, kann von der Kühlmittelpumpe 8 geliefert werden oder aus Messgrößen der Kühlmittelpumpe 8, wie beispielsweise der Drehzahl der Kühlmittelpumpe 8, abgeleitet werden. Ebenso kann natürlich in äquivalenter Weise auch der Volumenstrom V verwendet werden, der über die bekannte Dichte des Kühlmittels mit dem Massenstrom m zusammenhängt. Um bei einer sich einstellenden Rücklauftemperatur Tout eine gewünschte Vorlauftemperatur Tin einzustellen, muss daher von der Konditioniereinheit 5 diese Kühlleis- tung Pcooi aufgebracht werden.
Die aktuelle Kühlleistung PC00i,act wird als Istwert IW der Regelung der Konditioniereinheit 5 in einer Berechnungseinheit 12 (Hardware und/oder Software), beispielsweise in der Steue- rungseinheit 1 1 , vorzugsweise nach der obigen Formel aus den gemessenen Istgrößen, Vor- lauftemperatur Tin, Rücklauftemperatur Tout und Massenstrom m , berechnet. Als Sollwert SW wird der Regelung der Konditioniereinheit 5 eine Soll-Kühlleistung PCOoi,set vorgegeben. Aus der Differenz zwischen der Soll-Kühlleistung PCOoi,set und der Ist-Kühlleistung PC00i,act berech- net der Regler R nach dem implementierten Regelgesetz, z.B. ein PI- oder PID-Regler, dar- aus eine Stellgröße ST für die Konditioniereinheit 5, die in der Konditioniereinheit 5 über ei- nen vorgesehenen Aktuator einzustellen ist, um die gewünschte Änderung der Temperatur- spreizung ÄTD, und damit der Kühlleistung PC00i, über die Änderung der Vorlauftemperatur Tin zu bewirken.
Hierbei kann auch vorgesehen sein, dass aus der Differenz zwischen der Soll-Kühlleistung Pcooi.set und der Ist-Kühlleistung PC00i,act. beispielsweise im Regler R oder in der Berechnungs- einheit 12, zuerst eine benötigte Änderung der Temperaturspreizung ÄTD nach der Formel
ÄTD
Figure imgf000008_0001
=— - berechnet wird, aus der der Regler R dann die Stellgröße ST ermit- m- cp
telt, um die gewünschte Änderung der Temperaturspreizung ÄTD über die benötige Ände- rung der Vorlauftemperatur Tin mit der Konditioniereinheit 5 einzustellen.
Nachdem sich die Rücklauftemperatur Tout des Kühlmittels aus dem Betrieb der Antriebsein- heit 2 ergibt, entspricht diese erfindungsgemäße Regelung über die Kühlleistung PC00i im Wesentlichen einer Vorgabe an die Konditioniereinheit 5 zum Einstellen einer Vorlauftempe- ratur n im Kühlmittelvorlauf 9.
Welche Stellgröße ST berechnet wird, um in der Konditioniereinheit 5 die Vorlauftemperatur Tin in benötigter Weise einzustellen, hängt natürlich von der Implementierung der Konditio- niereinheit 5 ab. In einer Konditioniereinheit 5 wie in der EP 2 573 538 A2 beschrieben, wäre die Stellgröße ST beispielsweise eine Ventilstellung des Wegeventils. Die Stellgröße könnte auch einen Wärmetauscher als Konditioniereinheit 5 steuern. Daneben gibt es natürlich noch weitere Möglichkeiten, wie die Konditioniereinheit 5 ausgeführt sein kann, beispielsweise als Temperiereinheit mit thermoelektrischen Modulen wie in der WO 2016/207153 A1 beschrie- ben, was auch andere Stellgrößen bedingen kann. Die konkrete Ausgestaltung der Konditio- niereinheit 5, und damit auch der Stellgröße ST, ist allerdings nicht Gegenstand der Erfin- dung. Die Konditioniereinheit 5 muss im Sinne der Erfindung lediglich dazu geeignet sein, die Temperatur eines Mediums, konkret eines Kühlmittels, durch Vorgabe einer Stellgröße ST einzustellen.
In Fig.2 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. In der Prüfstandautoma- tisierungseinheit 6 ist eine Simulationseinheit 20 (Hardware und/oder Software) vorgesehen, in der Simulationsmodelle SM implementiert sind, um die Fahrt eines Fahrzeugs mit der An- triebseinheit 2 entlang einer virtuellen Strecke zu simulieren. Aus dieser Simulation werden zur Durchführung eines Prüfversuchs am Prüfstand 1 die Steuergrößen SD für die Belas- tungsmaschine 3, beispielsweise eine eizustellende Drehzahl, und die Steuergrößen SE für die Antriebseinheit 2, beispielsweise ein einzustellendes Drehmoment oder eine Fahrpedal- stellung, am Prüfstand 1 erhalten. In der Prüfstandautomatisierungseinheit 6 ist außerdem ein Kühlermodell 21 , beispielsweise als Kennfeld, implementiert (als Hardware und/oder Software). Dieses Kühlermodell 21 ermittelt aus bestimmten Eingangsgrößen einen Sollwert SW, beispielsweise eine Soll-Kühlleistung PC00i,set des Kühlers, zur Regelung der Konditionie- reinheit 5. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ermittelt das Kühlermodell 21 aus einer, z.B. simulierten, Fahrzeuggeschwindigkeit vv und einer Umgebungstemperatur Tamb (die sich aus der Simulation ergeben kann oder vorgegebene werden kann) eine Kühlleistung PC00i des Kühlers im simulierten Fahrzeug. Dazu können die Eingangsgrößen für das Kühlermodell 21 auch aus der Simulationseinheit 20 erhalten werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Regeln einer Temperatur eines Kühlmittels eines Kühlmittelkreislaufs (7) einer Antriebseinheit (2) auf einem Prüfstand (1 ) mit einer Konditioniereinheit (5) für das Kühlmittel, wobei die Konditioniereinheit (5) mit einem Kühlmittelvorlauf (9) des Kühlmittel kreislaufs (7) und mit einem Kühlmittelrücklauf (10) des Kühlmittelkreislaufs (7) verbunden wird und mit der Konditioniereinheit (5) eine Vorlauftemperatur (Tin) des Kühlmittels im Kühl- mittelvorlauf (9) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Temperatur- spreizung (DT) zwischen der Vorlauftemperatur (Tin) des Kühlmittels im Kühlmittelvorlauf (9) und einer Rücklauftemperatur (Tout) des Kühlmittels im Kühlmittelrücklauf (10) eine aktuelle Ist-Kühlleistung (PCOoi,act) im Kühlmittelkreislauf (7) berechnet wird, und dass aus einer Ab- weichung zwischen der berechneten Ist-Kühlleistung (PC00i,act) und einer vorgegebenen Soll- Kühlleistung (Pcooi.set) mit einem Regler (R) eine Stellgröße (ST) für die Konditioniereinheit (5) berechnet wird, um die Vorlauftemperatur (Tin) einzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Kühlleistung
(Pcooi.act) mit der Formel Pcool = m-AT - cp berechnet wird, mit dem Massenstrom m durch den Kühlmittelkreislauf (7) und der bekannten spezifischen Wärmekapazität cp des Kühlmittels.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aus der Abweichung zwischen der berechneten Ist-Kühlleistung (PCOoi,act) und der vorgegebenen Soll-Kühlleistung (Pcooi.set) eine einzustellende Änderung der Temperaturspreizung (ÄTD) ermittelt wird und daraus die Stellgröße (ST) für die Konditioniereinheit (5) berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Tem- peraturspreizung (ÄTD) nach der Formel ÄTD
Figure imgf000010_0001
=— - berechnet wird.
m- cp
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Kühlleistung (PCOoi,set) aus einem vorgegebenen Kühlermodell (21 ) erhalten wird.
6. Prüfstand mit einer Antriebseinheit (2), die mit einer Belastungsmaschine (3) verbun- den ist, wobei die Antriebseinheit (2) einen Kühlmittelkreislauf (7) mit einem Kühlmittel auf- weist und am Prüfstand (1 ) eine Konditioniereinheit (5) vorgesehen ist, um die Temperatur des Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufs (7) einzustellen, wobei ein Kühlmittelvorlauf (9) und ein Kühlmittelrücklauf (10) des Kühlmittelkreises (7) mit der Konditioniereinheit (5) verbunden sind und die Konditioniereinheit (5) eine Vorlauftemperatur (Tin) des Kühlmittels im Kühlmit- telvorlauf (9) einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (1 1 ) der Konditio- niereinheit (5) vorgesehen ist, die aus einer Temperaturspreizung (DT) zwischen der Vorlauf- temperatur (Tin) des Kühlmittels im Kühlmittelvorlauf (9) und einer Rücklauftemperatur (Tout) des Kühlmittels im Kühlmittelrücklauf (10) eine aktuelle Ist-Kühlleistung (PCOoi,act) im Kühlmit- telkreislauf (7) berechnet, und dass ein Regler (R) vorgesehen ist, der aus einer Abwei- chung zwischen der berechneten Ist-Kühlleistung (PCOoi,act) und einer vorgegebenen Soll- Kühlleistung (PCOoi,set) eine Stellgröße (ST) für die Konditioniereinheit (5) berechnet, um die Vorlauftemperatur (Tin) einzustellen.
7. Prüfstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1 1 ) aus der Abweichung zwischen der berechneten Ist-Kühlleistung (PC00i,act) und der vorgegebe- nen Soll-Kühlleistung (PC00i,set) eine einzustellende Änderung der Temperaturspreizung (ÄTD) ermittelt und daraus die Stellgröße (ST) für die Konditioniereinheit (5) berechnet.
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