Die Aufladung von Verbrennungsmotoren ist eine Schlüsseltechnologie, um die Anforderungen an moderne Pkw hinsichtlich Schadstoffausstoß und Wirtschaftlichkeit zu erfüllen. Zur Aufladung werden vorrangig Abgasturbolader eingesetzt. In dieser Arbeit wird eine Regelungsstrategie vorgestellt, die in jeder Fahrsituation den für die Verbrennung notwendigen Ladedruck durch den Abgasturbolader bereitstellt. Den Kern dieser Strategie bildet eine modellbasierte, nichtlineare Vorsteuerung für Abgasturbolader, die unter Beibehaltung der notwendigen Regelgüte den Parametrierungsaufwand für einzelne Motorvarianten deutlich reduziert. Die Modellbildung für die Abgasturbine hat zentrale Bedeutung. In dieser Arbeit wird eine einheitliche Modellbeschreibung von Turbinen mit parallelem Bypass sowie Turbinen mit variabler Turbinengeometrie hergeleitet. Der Modellansatz auf Basis eines O-dimensionalen stationären Strömungsprozesses zeichnet sich durch eine hohe Modellgüte auch in dynamischen Fahrsituationen sowie durch seine Übertragbarkeit auf verschiedene Aufladungssysteme aus. Mit Hilfe lokal linearer Modelle gelingt es, für den Gesamtwirkungsgrad des Turboladers ein Modell mit nur zwei Eingangsgrößen zu identiifizieren, das im gesamten Betriebsbereich eine hinreichende Modellgüte für die Ladedruckregelung bereitstellt. Das Gesamt-Systemverhalten wird anhand von Beschleunigungsmessungen mit verschiedenen Fahrzeugen bewertet. Das entworfene Verfahren zeichnet sich bei einer gezielten Variation der Umgebungsbedingungen durch ein reproduzierbares Regelungsergebnis aus. Die Experimente bestätigen das Potential des modellbasierten Ansatzes, ohne eine zusätzliche Parametrierung verschiedene Umgebungsbedingungen direkt zu kompensieren. Zur Analyse aller Eingangsgrößen der modellbasierten Vorsteuerung wird eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Diese erlaubt eine Priorisierung der Eingangsgrößen in Bezug auf die erforderliche Sensor- oder Modellunsicherheit und deckt empfindliche Signalpfade der Struktur auf. Darauf aufbauend liefert eine Stabilitätsanalyse anhand der Ortskurve des offenen Regelkreises Auslegungskriterien für die Parameter des Gesamtsystems. Die Analyse stellt die strukturelle Robustheit der entwickelten Ladedruckregelung in verschiedenen Arbeitspunkten heraus.

Supercharging of internal combustion engines is one of the key technologies to meet todays and future requirements for passenger cars concerning pollutant emissions and fuel economy. Therefore exhaust turbochargers are commonly used. This thesis presents a control strategy for an exhaust turbocharger to provide the necessary boost pressure for the combustion process. The essential part of this approach is a model-based nonlinear feedforward control for turbochargers. The prominent advantage of this control technique is a reduced parameterization effort for different engine variants while maintaining the necessary control performance. Modelling the exhaust turbine is a crucial design step of the developed control strategy. This thesis presents a uniform model description that characterizes both turbines with bypass and turbines with variable geometry. The developed model description is based on a O-dimensional stationary fluid flow process. It shows a high model accuracy especially in dynamic driving cycles and is suitable for modelling different turbocharging systems. The turbochargers total efficiency is described using local linear models. This method leads to an adequate model performance in the entire operating range although it has only two input variables. The overall system performance is tested via acceleration experiments with different cars. The developed model-based control strategy shows a high robustness in tracking performance, especially under selective variation of the environmental conditions. The experiments demonstrate the capability of this approach to compensate the variation of the environmental conditions without an additional parametrization. To analyse all the input variables of the model-based control structure a sensitivity analysis is examined. This technique leads to a prioritization of the input variables concerning uncertainty of sensors or models. The analysis reveals structure-based critical feedback loops as weIl. Based .on the results of the sensitivity analysis the state of stability is evaluated using the frequency response locus of the open control-loop. This technique offers tuning criteria for the parameters of the system in use. The analysis outlines the structural robustness of the developed controlstructure in different operating points.