Masterarbeit Entwicklung Echtzeitfähiger Thermodynamischer Ersatzmodelle Zur Bewertung Charakte[...]

Zur Beschreibung des thermischen Verhaltens von Hochleistungsverbrennungsmotoren steht ein detailliertes 1D-Thermodynamikmodell zur Verfügung, das wesentliche Prozesse wie Verbrennung, Wärmeübertragung und Energieverteilung im Motor abbildet. Wie bei komplexen physikbasierten Modellen üblich, basiert dieses Modell auf Annahmen, Parametrisierungen und Modellkomplexitäten, die die Rechenzeit und damit die Einsetzbarkeit in Echtzeitsystemen (z.B. HiL-/XiL-Umgebungen) begrenzen.

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines echtzeitfähigen Ersatzmodells, das die charakteristischen thermischen Kenngrößen des Motors – insbesondere relevante Abwärmeströme und Verlustgrößen – mit ausreichender Genauigkeit und deutlich reduzierter Rechenzeit abbildet. Im Fokus steht dabei nicht der vollständige Ersatz des physikbasierten Modells, sondern dessen gezielte Reduktion, Vereinfachung bzw. Ergänzung durch geeignete Modellierungsansätze.

Im ersten Schritt erfolgt eine systematische Analyse des bestehenden Simulationsmodells sowie der zugrunde liegenden Randbedingungen und Daten. Darauf aufbauend werden geeignete Zielgrößen, Einflussparameter und Vereinfachungspotenziale identifiziert. Anschließend werden Ansätze zur Modellreduktion sowie geeignete physikbasierte und/oder datengetriebene Methoden entwickelt, implementiert und hinsichtlich Rechenzeit, Robustheit und Prognosegüte bewertet. Abschließend erfolgt eine kritische Einordnung der Ergebnisse sowie der Übertragbarkeit auf HiL-/XiL-Anwendungen.

• Einstiegsart: Abschlussarbeit
• Einsatzort: Weissach
• Gesellschaft: Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG

Aufgaben

• Durchführung einer systematischen Literaturrecherche zu Modellreduktion, Echtzeitsimulation sowie thermodynamischen Ersatzmodellen im Automotive-Umfeld
• Analyse des bestehenden 1D-Thermodynamikmodells (z.B. GT-Power) hinsichtlich Struktur, Modellannahmen und Rechenzeitverhalten
• Systematische Untersuchung der relevanten thermischen Zielgrößen, z.B. Abwärmeströme, Wandwärmeverluste oder Kühlkreislaufgrößen
• Identifikation dominanter Einflussgrößen, Modellparameter sowie Vereinfachungspotenziale
• Entwicklung, Implementierung und Parametrisierung reduzierter bzw. echtzeitfähiger Ersatzmodelle
• Untersuchung und Vergleich verschiedener Ansätze (z.B. physikbasierte Reduktion, Kennfeldmethoden, datengetriebene Modelle)
• Validierung und Bewertung der Modelle hinsichtlich Genauigkeit, Robustheit und Echtzeitfähigkeit
• Optional: Übertragung in alternative Simulationsumgebungen bzw. HiL-/XiL-Systeme
• Vergleich der entwickelten Ansätze mit dem bestehenden Basismodell
• Kritische Diskussion der Aussagekraft, Übertragbarkeit und Grenzen der entwickelten Modellierungsansätze

Anforderungen

• Maschinenbau
• Fahrzeugtechnik
• Energietechnik
• Oder vergleichbarer Studiengang

Studienschwerpunkte:

• Thermodynamik / Energietechnik
• Modellbildung und Simulation
• Regelungstechnik / Systemdynamik
• Datenanalyse

Fachkenntnisse:

• Gute Kenntnisse in Thermodynamik und Verbrennungsmotoren
• Verständnis physikbasierter Modellierung und Simulation
• Idealerweise erste Erfahrung mit datengetriebenen Methoden

IT-Kenntnisse:

• Sicherer Umgang mit MS Office
• Erfahrung mit GT-Power oder vergleichbaren Simulationstools wünschenswert
• Kenntnisse in MATLAB/Simulink von Vorteil
• Grundkenntnisse in Python oder einer vergleichbaren Programmiersprache wünschenswert

Sprachkenntnisse:

• Englisch
• Deutsch

Sonstiges / Soft Skills:

• Hohe Eigeninitiative
• Ausgeprägte analytische Fähigkeiten
• Strukturierte und selbstständige Arbeitsweise
• Teamfähigkeit und Kommunikationsstärke

Wir begrüßen ausdrücklich die Bewerbung von Menschen mit Behinderung, deren Integration uns ein besonderes Anliegen ist.