AT4488U1 - Verfahren zur automatisierten kalibrierung der steuerung einer maschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung der Steuerung einer Maschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei für zumindest einen Betriebspunkt die Sensitivität verschiedener Betriebsparameter (X, Y, Z, ...) analysiert wird und für ausgewählte Messpunkte (M, M`0) mit vorbestimmten Betriebsparametern (X, Y, Z, ...) Betriebsmessungen an der Maschine durchgeführt werden. Um auf möglichst einfache Weise die Qualität der Kalibrierung der Steuerung einer Maschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine, zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass für zumindest einen nicht fahrbaren Messpunkt (M) Hilfsmesspunkte (A`1, A`2, A`3, A`4, ...) definiert werden, welche auf einer Verbindungslinie (L) zwischen einem stabilen Zentralmesspunkt (C) innerhalb der Betriebsgrenzen (G) der Maschine und dem Messpunkt (M) liegen, und dass der der Betriebsgrenze (G) am nächstenliegende fahrbare Hilfsmesspunkt (A`1, A`2, A`3, A`4, ...) als Ersatzmesspunkt (E) den weiteren Betriebsmessungen zugeführt wird.

Description

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  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Kalibrierung der   Ste e-   rung einer Maschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei für zumin- dest einen Lastpunkt die Sensitivität verschiedener Betriebsparameter analysiert wird und für ausgewählte Messpunkte mit vorbestimmten Betriebsparametern Betriebsmessungen an der Maschine durchgeführt werden. 



  Es ist bekannt, zur Kalibrierung der Steuerung von Brennkraftmaschinen für be- stimmte Betriebspunkte mit vordefinierter Drehzahl und/oder Last eine   Sensi i-   vitätsanalyse für verschiedene Betriebsparameter durchzuführen. Die aus der Sensitivitätsanalyse gewonnen Erkenntnisse können zur optimierten Kalibrierung der Steuerung der Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Werden für ein n Lastpunkt mehrere Betriebsparameter, beispielsweise Einspritzzeitpunkt, Zün - zeitpunkt, Kraftstoffdruck, Saugrohrdruck, Abgasrückführrate, etc. gleichzeitig verstellt, so ergibt sich eine äusserst grosse Zahl an möglichen Parameterkom i- nationen , welche einzeln in Betriebsmessungen am Versuchsmotor überpr' ft werden müssten. Dies würde allerdings einen erheblichen Messaufwand verursa- chen.

   Um den Messaufwand auf ein realistisches Mass zu beschränken, wird eine nach bestimmten Gesichtspunkten ausgewählte Anzahl von repräsentativen 
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 die Zielfunktion sind. Die Optimierung der Betriebsparameter erfolgt dann am Modell. Auf diese Weise lässt sich der Messaufwand von ursprünglich beispiel - weise 8. 000 Messungen auf beispielsweise 50 Messungen reduzieren. Die Aus- wahl der Messpunkte erfolgt üblicherweise nach statistischen Methoden , wobei je nach Zielsetzung und Fragestellung eine bestimmte Auswahlstrategie zur An- wendung kommt. Gemäss den Auswahistrategien werden die Messpunkte   entwe-   der gleichmässig in einem mehrdimensionalen Raummodell verteilt oder nach be- stimmten Gesichtspunkten gewichtet.

   Da die Auswahl der Messpunkte in UN- kenntnis der tatsächlichen Betriebsgrenzen nur nach rein statistischen Kriterien erfolgt, liegt - in Abhängigkeit des jeweiligen statistischen Versuchsplanes - in Teil der ausgewählten Messpunkte ausserhalb des stabilen Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine. Die nicht fahrbaren Messpunkte konnten bisher bei der Mo- dellbildung nicht berücksichtigt werden, da keine Messwerte   vorliegen.   Die Aus- sagequalität der Untersuchung wird dadurch mehr oder weniger stark nachteilig beeinflusst. 



  Das Fehlen der Messpunkte im nicht stabilen Betriebsbereich der   Brennkraftm -   schine liesse sich vermeiden, indem vor Auswahl der Messpunkte die genauen Betriebsgrenzen der Brennkraftmaschine für den jeweiligen Lastpunkt ermitt It werden würden. Diese Methode scheidet aber wegen des dafür nötigen unak- zeptabel hohen Messaufwandes aus. 

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  Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einem auto- matisierten Verfahren zur Kalibrierung der Steuerung von Maschinen mit gerin- gen Aufwand die Aussagekraft von Sensibilitätsanalysen zu verbessern. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass für zumindest einen nicht fahrbaren Messpunkt Hilfsmesspunkte definiert werden, welche auf einer Verbin- dungslinie zwischen einem stabilen Zentraimesspunkt innerhalb der Betriebs- grenzen der Maschine und dem Messpunkt liegen, und dass der der Betriebs- grenze am nächsten liegende fahrbare   Hilfsmesspunkt   als Ersatzmesspunkt den weiteren Betriebsmessungen zugeführt wird. Jeder Messpunkt wird für sich auf Limitverletzungen, das heisst auf Fahrbarkeit, überprüft. Stellt sich bei dieser Überprüfung heraus, dass ein Messpunkt ausserhalb der Betriebsgrenzen der Brennkraftmaschine liegt und somit nicht fahrbar ist, so wird der Messpunkt nicht ersatzlos gestrichen, sondern durch einen Ersatzmesspunkt ersetzt. Die Zahl der ursprünglich ausgewählten Messpunkte wird somit nicht vermindert.

   Dies ermög- licht es, die   Modellbildung   mit der ursprünglich geplanten Anzahl an Messpunk- ten und nur geringfügig schlechterer Genauigkeit durchzuführen. 



  In einer besonders einfachen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf- einanderfolgende Hilfsmesspunkte auf der Verbindungslinie gleichweit beabstan- det definiert werden. Die Verbindungslinie kann dabei durch eine gerade Linie gebildet werden. 



  Als Zentralmesspunkt kann jeder beliebige Punkt innerhalb der Betriebsgrenzen verwendet werden. Um den Messaufwand so klein wie möglich zu halten, ist es allerdings vorteilhaft, wenn ein einziger, stabiler Zentralmesspunkt innerhalb der Betriebsgrenzen für alle nicht fahrbaren Messpunkte gewählt wird. 



  In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass ausgehend vom   Zentralmesspunkt   jeder Hilfsmesspunkt auf Fahrbarkeit geprüft wird, und dass der letzte fahrbare Hilfsmesspunkt als Ersatzmesspunkt den wei- teren Betriebsmessungen zugeführt wird. Dies ermöglicht eine besonders rasche 
Bestimmung des Ersatzmesspunktes. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, dass ausgehend vom Messpunkt jeder Hilfsmesspunkt auf Fahrbarkeit überprüft wird, und dass der erste fahrbare Hilfsmesspunkt als Ersatzmesspunkt den wei- teren Betriebsmessungen an der Maschine zugeführt wird. 



   Die Ergebnisse der Betriebsmessungen aller Messpunkte und Ersatzmesspunkte können zur Kalibrierung der Steuerung einer statistischen und/oder mathemati- schen Auswertung, insbesondere Modellbildungsalgorithmen, beispielsweise In- terpolationsverfahren, zugeführt werden. 

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  In Weiterführung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Aufsuchen eines Er- satzmesspunktes die Einstellwerte von noch nicht den Betriebsmessungen   unt r-   zogenen Messpunkten neu berechnet werden. Dadurch kann eine ausgewogene Gesamtverteilung aller Messpunkte im n-dimensionalen Raum erreicht werd n, um für die nachfolgende Model/bildung die höchstmögliche Qualität zu gewähr- leisten. 



  Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert. 



  Die Figur zeigt ein dreidimensionales Schaubild, in welchem Messpunkte für die Betriebsparameter X, Y, Z, etc., aufgetragen sind. Selbstverständlich ist das er- findungsgemässe Verfahren nicht auf dreidimensionale Abhängigkeiten be- schränkt, sondern lässt sich besonders gut und vorzugsweise bei Lastpunkten mit mehr als drei Betriebsparametern anwenden. 



  Dient das Verfahren zur Kalibrierung der Steuerung von Brennkraftmaschinen, ;o können die Parameter X, Y, Z, etc., Einspritzzeitpunkt, Zündzeitpunkt,   Kraftstof-   druck, Saugrohrdruck, Abgasrückführrate, oder ähnliches sein. 



  Das beschriebene Verfahren dient dazu, um jeweils in einem bestimmten Ba- triebspunkt einer Brennkraftmaschine den Einfluss der Veränderung von be- stimmten Betriebsparametern auf das Laufverhalten der Brennkraftmaschine zu untersuchen. Für ein oder zwei Betriebsparameter wäre die Untersuchung leicht durchzuführen und trivial. Mit zunehmender Anzahl an gleichzeitig zu verändern- den Betriebsparametern steigt der damit verbundene Messaufwand allerdin s stark an. Werden pro Betriebsparameter beispielsweise auch nur 10 verschie- dene Werte untersucht, müssten bei zwei Parametern 100, bei drei Betriebspa- rametern 1. 000, bei vier Betriebsparametern 10. 000, und bei fünf Betriebspara- metern 100. 000 Messpunkte gefahren werden. Dieser Aufwand ist praktisch kaum durchführbar.

   Um den Messaufwand auf ein erträgliches Mass zu reduzi - ren, werden mit Hilfe von Methoden der statistischen Versuchsplanung   charak-   teristische Messpunkte aus der Gesamtmenge ausgewählt. Je nach   Anwei-   dungsfall stehen dabei verschiedene Auswahlverfahren zur Verfügung. Mittels d Verfahren der statistischen Versuchsplanung kann beispielsweise eine geeignete Aufteilung der Messpunkte M, Mo in einem fünfdimensionalen Raum   durchgefü rt   werden, beispielsweise mittels eines als "CCD (Center Composit Design)" be- kannten statistischen Versuchsplanes. Auf diese Weise wird die Anzahl an Mess- punkten M, Mo beispielsweise auf 50 reduziert, was einen realistischen und pr k- tikablen Wert darstellt.

   Messpunkte ausserhalb der Betriebsgrenzen G sind in er 
Fig. mit M, Messpunkte innerhalb der Betriebsgrenzen G mit Mo bezeichnet. 



   Da die genauen Betriebsgrenzen für die einzelnen Betriebsparameter nicht be- kannt sind, das aus den Messdaten erstellte Modell aber einen möglichst gross n 

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 Gültigkeitsbereich aufweisen soll, liegt im Allgemeinen ein Teil der mittels des Versuchsplanes ausgewählten Messpunkte M, Mo ausserhalb des stabilen Be- triebsbereiches der Brennkraftmaschine . Derartige Messpunkte M ausserhalb der Betriebsgrenzen B wurden bisher bei der   Modellbildung   nicht berücksichtigt . 



  Insbesondere dann, wenn ein grosser Teil der Messpunkte M, Mo ausserhalb des Betriebsbereiches liegt, wird allerdings die Aussagekraft der Untersuchung stark verfälscht und abgeschwächt. Hier setzt das beschriebene Verfahren an. 



  Es wird ein Zentraimesspunkt C ausgewählt, der mit Sicherheit einen stabilen und fahrbaren Betriebspunkt der Brennkraftmaschine darstellt. Dieser Zentral- messpunkt C wird mit ausserhalb des Betriebsbereiches liegenden Messpunkten M verbunden. Auf der beispielsweise durch eine Gerade gebildeten Verbindungslinie L zwischen dem zentralen Messpunkt C und dem nicht fahrbaren Messpunkt M wird eine variable Anzahl an Hilfsmesspunkten Al, A2, A3, A4, etc. aufgetragen, welche gleichmässig voneinander beabstandet sind. In einem weiteren Schritt wird jeder Hilfsmesspunkt Al, A2, A3, A4, etc. auf Limitverletzung untersucht, wo- bei vom Zentralmesspunkt C ausgegangen wird. Der zuletzt gefundene stabile Hilfsmesspunkt, also der Hilfsmesspunkt, der sich noch innerhalb der Betriebs- grenzen B befindet, wird zum Ersatzmesspunkt E erklärt.

   Der Ersatzmesspunkt E wird anstelle des durch den statistischen Versuchsplan vorgeschlagnen Mess- punktes M für die weiteren Betriebsmessungen an der Brennkraftmaschine he- rangezogen. Aus Anschaulichkeitsgründen wurden in der Fig. für jeden Mess- punkt M die gleichen Bezugszeichen verwendet. 



  Auf diese Weise kann für jeden nicht fahrbaren vorgeschlagenen Messpunkt M ein Ersatzmesspunkt E gefunden werden, welcher sich nahe der Betriebsgrenze B befindet. Für die weiteren Messungen und Auswertungen steht somit die ur- sprünglich definierte Zahl für die Betriebsmessung verwendeten Punkten zur Verfügung, wodurch nur ein geringer Qualitätsverlust bei der Modellbildung auftritt, der daher rührt, dass der anstatt eines nicht stabilen Messpunktes M gemessene Ersatzmesspunkt E die statistische Balance bei der Modellbildung verschlechtert.

   Eine weitere Variante des Verfahrens umgeht diesen Nachteil da- durch, dass nach dem Auftreten einer Grenzwertverletzung, auf Grund der statt dem ursprünglich angezielten Messpunkt M der Ersatzmesspunkt E gemessen wird, der Versuchsplan für die noch nicht durchgeführten Messungen dahinge- hend neu berechnet wird, so dass die statistische Balance wieder hergestellt wird. 



   Das aus den Messdaten des Zentralmesspunktes C und den Messpunkten M bzw. den entsprechenden Ersatzmesspunkten E gebildete Modell wird als Basis für die Optimierung der Einstellungen und somit für die Kalibrierung der Steuerung der 
Brennkraftmaschine verwendet. Mit dem beschriebenen Verfahren kann somit 

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 die Genauigkeit der Kalibrierung der Brennkraftmaschinensteuerung erhöht und der Messaufwand wesentlich verringet werden. Gleichzeitig erlaubt das be- schriebene Verfahren einen hohen Automatisierungsgrad. i

Claims (8)

1. ANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Kalibrierung der Steuerung einer Maschine, insbesondere ei- ner Brennkraftmaschine, wobei für zumindest einen Lastpunkt die Sensiti- vität verschiedener Betriebsparameter (X, Y, Z,...) analysiert wird und für ausgewählte Messpunkte (M, Mo) mit vorbestimmten Betriebsparametern (X, Y, Z,...) Betriebsmessungen an der Maschine durchgeführt werden, da- durch gekennzeichnet, dass für zumindest einen nicht fahrbaren Mess- punkt (M) Hilfsmesspunkte (A1, A2, A3, A4, ... ) definiert werden, welche auf einer Verbindungslinie (L) zwischen einem stabilen Zentralmesspunkt (C) innerhalb der Betriebsgrenzen (G) der Maschine und dem Messpunkt (M) liegen, und dass der der Betriebsgrenze (B) am nächsten liegende fahrbare Hilfsmesspunkt (A1, A2, A3, A4, ... ) als Ersatzmesspunkt (E) den weiteren Betriebsmessungen zugeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger, stabiler Zentralmesspunkt (C) innerhalb der Betriebsgrenzen (B) für alle nicht fahrbaren Messpunkte (M) gewählt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungslinie (L) durch eine gerade Linie gebildet wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende Hilfsmesspunkte (A1, A2, A3, A4, ... ) auf der Ver- bindungslinie (L) gleichweit voneinander beabstandet werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend vom Zentralmesspunkt (C) jeder Hilfsmesspunkt (A1, A2, A3, A4, ... ) auf Fahrbarkeit geprüft wird, und dass der letzte fahrbare Hilfs- messpunkt (A1, A2, A3, A4, ... ) als Ersatzmesspunkt (E) den weiteren Be- triebsmessungen zugeführt wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend vom Messpunkt (M) jeder Hilfsmesspunkt (A1, A2, A3, A4, ...) auf Fahrbarkeit überprüft wird, und dass der erste fahrbare Hilfsmess- punkt (A1, A2, A3, A4, ... ) als Ersatzmesspunkt (E) den weiteren Betriebs- messungen an der Maschine zugeführt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten aus den Betriebsmessungen der Maschine in den Mess- punkten (Mo) und den Ersatzmesspunkten (E) statistischen oder mathema- tischen Auswertemethoden, insbesondere Modellbildungsalgorithmen , zu- geführt werden. <Desc/Clms Page number 7>
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Aufsuchen eines Ersatzmesspunktes (E) die Einstellwerte von no h nicht den Betriebsmessungen unterzogenen Messpunkten (M, Mo) neu be- rechnet werden.