Projekt HypCoSens

Im Projekt wird ein kombinierter Druck-/Temperatursensor entwickelt, der insbesondere für den Einsatz in CO₂-Klimaanlagen von Fahrzeugen geeignet ist. Gegenüber herkömmlichen Kältemitteln sind die Anforderungen an einen solchen Sensor weitaus höher, da durch den vergleichsweise hohen Dampfdruck von CO₂ deutlich größere Druck- und Temperaturwerte zu erwarten sind.

Im Projekt werden folgende technische Ziele verfolgt:

• Entwicklung eines hochgenauen, kombinierten Sensors für Druck und Temperatur zum Einsatz in CO₂-Klimaanlagen
• Optimierung von Bauform und Materialien für die Beherrschung des Temperaturgradienten und zum Schutz der Elektronik
• Hohe absolute Genauigkeit für die Messgrößen Druck und Temperatur
• Geringe Ansprechzeiten im Bereich weniger Sekunden
• Prüfstand und Messungen an dem im Projekt entwickelten Demonstrator

Daraus ergeben sich wiederum folgende wissenschaftliche Herausforderungen:

• Innovative Echtzeit-Messwertkorrektur auf der Basis von Modellen des Sensors zur Steigerung der Genauigkeit und Verkürzung der Ansprechzeit. Eine besondere Schwierigkeit liegt in der Verkopplung der Effekte von Druck, Temperatur und Strömung.
• Entwurf von extrem reduzierten Systemmodellen auf Basis von sehr großen FE-Modellen des Sensors bei annähernd gleichem Übertragungsverhalten („Modellordnungsreduktion“, MOR). Die Anzahl der inneren Zustände muss für eine effiziente Implementierung gering sein, was die Reduktion besonders anspruchsvoll macht. Insbesondere nichtlineare Effekte sind dabei problematisch, da es hierfür keine allgemeine MOR-Lösung gibt.
• Entwurf von regelungstechnischen Beobachtern für die Messgrößen Temperatur und Druck auf Basis der stark reduzierten Modelle. Je nach Komplexität der Modelle sind hier Standardverfahren nicht direkt anwendbar, z.B. bei stückweiser oder gar nichtlinearer Modellierung.
• Integration der Messwertkorrektur auf Basis der Beobachter in die ressourcen-beschränkte Sensorelektronik. Aufgrund des Kostendrucks darf keine aufwendige Elektronik verbaut werden, was eine besonders schwierige Randbedingung für die Implementierung darstellt.