Optimization of adaptive test design methods for the determination of steady-state data-driven models in terms of combustion engine calibration

Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer modellbasierten adaptiven Versuchsplanungsstrategie für die Anwendung in der Applikation des Stationärverhaltens von Verbrennungsmotoren. Der erste Forschungsteil untersucht, wie sich Grenzen im Eingangsraum in die Versuchsplanung eines adaptiven Prozesses einbinden lassen. Ein weiterer Fokus liegt auf der Identifikation einer modellbasierten Versuchsplanung, die eine bestmögliche Verbesserung der globalen Modellqualität hinsichtlich des Prädiktionsfehlers ermöglicht. Es wird ein Grenzraummodell auf Basis der konvexen Hülle unter Zuhilfenahme eines Algorithmus zur Bestimmung eines konvexen Konus entwickelt, das als Grundlage für eine Versuchsplanung in beschränkten Eingangsräumen verwendet wird. Um die Anwendbarkeit bei hochdimensionalen Problemstellungen zu gewährleisten, wird ein Verfahren vorgestellt, das eine Berechnung auch ohne die Bestimmung der exakten konvexen Hülle und konvexen Konen ermöglicht. Des Weiteren werden verschiedene Methoden zur datengetriebenen Modellbildung des Verbrennungsmotors verglichen, wobei das Gauß-Prozess Modell als die geeignetste Modellierungsmethode hervorgeht. Um die bestmögliche Versuchsplanungsmethode bei der Anwendung des Gauß-Prozess Modells zu ermitteln, werden zwei neue Strategien entwickelt und mit verfügbaren Methoden aus der Literatur verglichen. Eine simulationsbasierte Studie zeigt, dass eine angepasste Mutual Information Methode die besten Ergebnisse liefert. Ein neu entwickeltes relevanzbasiertes Verfahren erreicht die zweitbesten Ergebnisse, bietet aber einen geringeren Berechnungsaufwand als das Mutual Information Verfahren. Das Grenzmodell und das relevanzbasierte Verfahren werden in einem multikriteriellen Versuchsplanungsverfahren zusammengeführt, das an die Anforderungen von Messungen an einem Verbrennungsmotorenprüfstand angepasst ist. In einer simulationsbasierten Studie mit sieben bzw. neun Eingangsparametern und jeweils vier Ausgängen konnte eine durchschnittliche Modellqualitätsverbesserung von 36 % und eine mittlere Vergrößerung des vermessenen Eingangsraumvolumens von 65 % im Vergleich zu einer nichtadaptiven raumfüllenden Versuchsplanung gezeigt werden. Das multikriterielle Versuchsplanungsverfahren wurde anhand von Prüfstandsmessungen mit sieben Eingangsparametern verifiziert. Im Vergleich zu einer raumfüllenden Versuchsplanung konnte eine mittlere Modellqualitätsverbesserung über alle acht Ausgänge von 17 % und ein um 34 % vergrößertes vermessenes Eingangsraumvolumen erreicht werden, wodurch die Ergebnisse der Simulationen bestätigt werden konnten.