AT513551B1 - Verfahren zur Kalibrierung des Zusammenspiels von zumindest zwei Komponenten eines Fahrzeuges - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung des Zusammenspiels von zumindest zwei Komponenten, Komponentenfunktionen und/oder Systemfunktionen eines Fahrzeuges (11) aus der Gruppe, Brennkraftmaschine, Elektromotor, automatisches Getriebe, Trennkupplung, Fahrzeugbatterie und/oder Umrichter, wobei ein Testplan für zumindest einen Testlauf erstellt wird, und zumindest eine Komponente, Komponentenfunktion und/oder Systemfunktion des Fahrzeugs (11) mittels eines mathematischen Modells beschrieben wird, wobei auf der Basis des Testplanes und der Modellierung zumindest einer Komponente, Komponentenfunktion und/oder Systemfunktion der Testlauf durchgeführt wird und das Fahrverhalten bewertet und ausgewertet wird, wobei auf der Basis dieser Auswertung eine Kalibrierung durchgeführt wird. Der Testlauf wird auf einem Prüfstand (10) durchgeführt wird, wobei das Fahrverhalten automatisch bewertet und ausgewertet wird und auf der Basis dieser Auswertung eine Optimierung der Kalibrierung durchgeführt und zumindest ein Parameter, Skalar, Kennlinie oder Kennfeld der Modelleingangsgröße erstellt wird. Die Schritte Erstellung eines Testplanes, Simulieren der Fahrzeugkomponenten, Bewertung des Fahrverhaltens, systematische Veränderung der Modelleingangsgrößen und Kennfelderstellung werden an einem Computer durchgeführt.

Description

österreichisches Patentamt AT 513 551 B1 2014-11-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung des Zusammenspiels von zumindest zwei Komponenten, Komponentenfunktionen und/oder Systemfunktionen eines Fahrzeuges, insbesondere eines Hybrid- oder Elektrofahrzeuges, aus der Gruppe, Brennkraftmaschine, Elektromotor, automatisches Getriebe, Trennkupplung, Fahrzeugbatterie und/oder Umrichter, wobei ein Testplan für zumindest einen Testlauf erstellt wird, und zumindest eine Komponente, Komponentenfunktion und/oder Systemfunktion des Fahrzeugs mittels eines mathematischen Modells beschrieben wird, wobei auf der Basis des Testplanes und der Modellierung zumindest einer Komponente, Komponentenfunktion und/oder Systemfunktion der Testlauf durchgeführt wird und das Fahrverhalten bewertet und ausgewertet wird, wobei auf der Basis dieser Auswertung eine Kalibrierung durchgeführt wird.

[0002] Unter Fahrzeug-Kalibrierung versteht man im Allgemeinen das Einstellen des optimalen Zusammenspiels aller Fahrzeugkomponenten, beispielsweise automatisches Getriebe, Batterie, Brennkraftmaschine, Elektromotor, und dergleichen. Erst dadurch ist es möglich, das gesamte Potential des Fahrzeugs hinsichtlich Kraftstoffverbrauch, Emissionsausstoß, Fahrdynamik und dergleichen zu nutzen. Bisher wurde die Kalibrierung von Fahrzeugen von Applikationsingenieuren bzw. Testfahrern mit Fahrzeugprototypen auf einer Teststrecke durchgeführt. Um dieses Zusammenspiel optimieren zu können, war es notwendig den in Frage kommenden Parameter zu identifizieren und zu modifizieren, damit der Ingenieur letztendlich entscheiden konnte, ob sich das Fahrverhalten dadurch verbessert hat oder nicht. Diese Tätigkeit ist stark von den Erfahrungswerten des Ingenieurs abhängig, da es in erster Linie auf dessen subjektive Wahrnehmung ankommt.

[0003] Aus der DE 10 2010 038 322 A1 ist ein System und ein Verfahren zur Optimierung der Leistung eines Fahrzeuges unter normalen Betriebsbedingungen bekannt. Ein Fahrzeugsystem passt im Regelbetrieb als Reaktion auf vom Sensor empfangene Daten einen oder mehrere Fahrzeug-Betriebsparameter an. Ein tragbares Fahrzeug-Kommunikationsschnittstellenmodul wird wahlweise am Fahrzeug angebracht, ohne den normalen Betrieb des Fahrzeugs zu behindern. Wenn das Fahrzeug-Kommunikationsmodul am Fahrzeug angebracht ist, zeichnet es die Anpassungen auf, die vom Fahrzeugsystem im Regelbetrieb vorgenommen werden. Diese aufgezeichneten Werte werden dann verwendet, um die Kalibrierinformationen, die das Fahrzeugsystem als Standardwerte verwendet, zu aktualisieren. Da die Anpassung der Fahrzeug-Betriebsparameter im normalen Straßenbetrieb erfolgt, ist die Wiederholbarkeit nur eingeschränkt gegeben und erfordert erheblichen Zeitaufwand.

[0004] Die DE 10 2011 116 730 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bedatung eines Steuergerätes zum Steuern eines Antriebssystems eines Straßenfahrzeuges. Dabei wird eine erste Bedatung des Steuergerätes anhand von Funktionen und/oder Abschätzungen und eine Endbedatung des Steuergerätes anhand von Fahrversuchen vorgenommen. Die Endbedatung weist mehrere Schritte auf, nämlich das Erstellen eines Ablaufplanes für eine vorbestimmte Abfolge vorbestimmter Vorgaben. Der Ablaufplan ist dabei auf eine reale Teststrecke abgestimmt, auf welcher das Fahrzeug für die Fahrversuche bewegt wird. Anschließend erfolgt ein Abarbeiten des Ablaufplanes in den Fahrversuchen, wobei gleichzeitig ein Messen der Ist-Reaktionen des Fahrzeuges durchgeführt wird. Danach erfolgt eine Auswertung der Fahrversuche mit Soll-Ist-Vergleichen der Fahrzeugreaktionen, sowie eine Ermittlung eines korrigierten Steuersignals. Schließlich können in einem korrigierten Kennfeld die korrigierten Steuersignale den Vorgaben zugeordnet werden, um die Endbedatung abzuschließen.

[0005] Bei den bekannten Verfahren müssen sequenziell alle benötigten Manöver abgefahren werden, um anschließend betreffende Parameter abzuändern, um sehen zu können, ob sie zu einer Verbesserung oder Verschlechterung der Schaltvorgänge führen. Nachteilig ist, dass durch diese Vorgangsweise ein sehr großer Zeitbedarf erforderlich ist, insbesondere bei unterschiedlichen Optimierungszielen (Komfort, Sport, Eco, etc.). Somit kann bei dem aus der DE 10 2011 116 730 A1 bekannten Verfahren lediglich an einem Parameter zeitgleich gearbeitet wer- 1 /6 österreichisches Patentamt AT 513 551 B1 2014-11-15 den, dieser modifiziert und entsprechend optimiert werden.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit welchem eine rasche und effiziente Kalibrierung unter wiederholbaren Bedingungen und objektiv bewertet werden kann.

[0007] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der vorzugsweise automatische Testlauf auf einem Prüfstand durchgeführt wird, wobei das Fahrverhalten automatisch bewertet und ausgewertet wird, und wobei auf der Basis dieser Auswertung durch systematische Veränderung zumindest einer Modelleingangsgröße des mathematischen Modells der Komponente, Komponentenfunktion und/oder Systemfunktion eine Optimierung der Kalibrierung durchgeführt und zumindest ein Parameter, Skalar, Kennlinie oder Kennfeld der Modelleingangsgröße erstellt wird, und dass die Schritte Erstellung eines Testplanes, Simulieren der Fahrzeugkomponenten, Bewertung des Fahrverhaltens, systematische Veränderung der Modelleingangsgrößen und Kennfelderstellung, vorzugsweise prüfstandsfern, an einem Computer durchgeführt werden.

[0008] Auf Basis eines Testplans wird somit ein Testlauf automatisiert am Prüfstand, wobei durch systematische Veränderung von zumindest einer Modelleingangsgröße anschließend das mathematische Modell optimiert wird. Das mathematische Modell beschreibt die Auswirkungen einer Veränderung einer Modelleingangsgröße (Funktionalität einer Modelleingangsgröße oder Applikationswert/-parameter: Kennfeld, Kennlinie, Skalar) auf die Fahrbarkeit, welche während dem Testlauf automatisch und objektiv bewertet wird.

[0009] Die Kalibrierung mit zumindest einer abgeänderten Modelleingangsgröße wird danach verifiziert. Eine effektive und einfache Erstellung des Testlaufes und der Parametervariation wird auf Basis statistischer Versuchsplanung (DoE - Design of Experiments) ermöglicht.

[0010] Um schnelle Ergebnisse zu ermöglichen wird für die Durchführung des Verfahrens eine Software-Tool kette eingesetzt, welche ein Werkzeug zur objektiven Bewertung des Fahrverhaltens, ein Werkzeug zum Erstellen von Testläufen, ein Werkzeug zum Erstellen von Parametervariationen, ein Werkzeug zur Modellbildung und Optimierung, ein Werkzeug zur Steuerung des Fahrzeuges und ein Werkzeug zur Steuerung des Prüfstandes aufweist.

[0011] Derartige Werkzeuge sind im Handel verfügbar. Als Werkzeug zur Bewertung des Fahrverhaltens kann beispielsweise eine unter dem Handelsnamen AVL DRIVE™ bekannte Software und als Werkzeug zum Erstellen von Testfahrten beispielsweise eine unter dem Handelsnamen AVL CAMEO™ vertriebene Software eingesetzt werden. Für die Steuerung des Fahrzeuges und des Prüfstandes kann beispielsweise eine unter dem Namen AVL DRICON™ bekannte Software mit entsprechender Hardware verwendet werden. Einige Schritte des Verfahrens - wie die Erstellung eines Testplanes, Modellieren der Komponenten, Komponentenfunktionen und/oder Systemfunktionen bzw. der Fahrzeugeigenschaften (Erstellen eines Fahrzeugmodells) und Parametrieren der Systemumgebung, mathematische Modellerstellung, systematische Veränderung der Modelleingangsgrößen, Optimierung der Modelleingangsgrößen und die Kennfelderstellung - werden somit prüfstandsfern am Computer durchgeführt. Andere Schritte, wie die Testläufe und/oder die Verifikation werden am Prüfstand durchgeführt. Die Prüfstandsumgebung bietet im Vergleich zu Straßentests die Vorteile der einfachen Reproduzierbarkeit der Ergebnisse und der Unabhängigkeit von Umwelteinflüssen oder dergleichen. Darüber hinaus können Testläufe umbenannt und selbstständig durchgeführt werden.

[0012] Zum Unterschied zu bekannten Verfahren kann das vorliegende Verfahren die gesamte Fahrzeug-Umgebung mitberücksichtigen.

[0013] Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Fig. näher erläutert. Es zeigen schematisch [0014] Fig. 1 den Kalibrationsablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, [0015] Fig. 2 die Generierung eines mathematischen Modells aus durchgeführten Messun gen und [0016] Fig. 3 ein auf einem Prüfstand gefahrenes Fahrzeug zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens. 2/6 österreichisches Patentamt AT 513 551 B1 2014-11-15 [0017] In Fig. 1 sind die wesentlichsten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

[0018] Dabei wird in einem ersten Schritt 1 ein Testplan erstellt. Hierbei werden Daten - zum Beispiel Motormomentkennfeld und Getriebedaten - für ein Fahrzeugbeschleunigungsmodell eingegeben. Anhand dieses Modells kann später der gesamte fahrbare Bereich für jedes Manöver (beispielsweise Schaltung, Motorstart, etc.) berechnet werden. Die Anfahrprozedur benutzt dieses Fahrzeugbeschleunigungsmodell, um direkt jeden Betriebspunkt ohne vorherige Rollenversuche genau anfahren zu können. Dadurch können 99% aller Manöver (beispielsweise Schaltungen) erfolgreich gefahren werden. Anschließend wird der statistische Versuchsplan erstellt. Diese Erstellung der Versuchsplanung erfolgt unter Einbeziehung statistischer Methoden (zum Beispiel: DoE - "Design of Experiments"). In diesem Arbeitsschritt erfolgt die eigentliche Berechnung des globalen statistischen Versuchsplans mit Variations-, Start- und Wiederholpunkten. Der Vorteil hierbei liegt darin, dass Abweichungen von Betriebsgrößen irrelevant sind, und dass eine sehr geringere Anzahl an Messpunkten benötigt wird.

[0019] In einem zweiten Schritt 2 wird der Testlauf am Prüfstand 10 - einem Rollenprüfstand oder einem Antriebsstrangprüfstand - durchgeführt. Testläufe auf dem Fahrzeugprüfstand ermöglichen ein wesentlich rascheres Erreichen aufeinanderfolgender Betriebspunkte. Der Prüfstand erhält die Befehle zur Geschwindigkeits- und Fahrwiderstandsregelung, wobei die Schaltungen mittels AVL DRICON™ einem Schaltroboter oder durch Shift-by-wire durchgeführt werden. Synchron dazu erfolgt eine Bewertung der einzelnen Schaltvorgänge durch ein Bewertungsprogramm, beispielsweise durch die Software AVL DRIVE™, wobei die Ergebnisse an eine Software zum Erstellen von Testfahrten - beispielsweise AVL CAMEO™ - gesendet werden. Ein System zur Fehlerdiagnose und Fehlerbehandlung detektiert Fehlschaltungen und korrigiert diese.

[0020] In einem weiteren Schritt 3 kann eine statistische Datenanalyse vorgenommen werden.

[0021] Danach wird in einem Schritt 4 eine Modellierung und Optimierung durchgeführt.

[0022] Für die Optimierung werden im Wesentlichen globale Modelle der Noten oder physikalischen Messgrößen aus der Bewertung für das Verhalten des Antriebsstranges (beispielsweise den Schaltkomfort und -Spontanität, Schalt- und Verzögerungszeiten und "Flare" ("Aufflackern", Synchronschlupf)) mit bewährten Algorithmen aus der Motoroptimierung erzeugt. Weiters ist Expertenwissen in Form von Modellvorgaben von Nöten, die eine Behandlung vieler Modelleingangsgrößen erst ermöglichen. Anhand dieser Modelle können sehr einfache Optimierungen, denen unterschiedliche Kriterien als Grundlage dienen können, durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Maximierung der Komfortnote unter Einhaltung einer gegebenen Schalt-und Verzögerungszeit gefordert sein. Durch unterschiedliche Werte der Nebenbedingungen können ohne weiteren Messaufwand alle Varianten (beispielsweise sportlich, komfortabel, sparsam, etc.) erstellt werden. Mit globalen Modellen können im Gegensatz zu einzelnen lokalen Betriebspunktmodellen Optimierungen mit einer dichten Abdeckung des Betriebsbereiches auch an eventuell kritischen Rändern und direkt auf einem Kennfeldraster durchgeführt werden.

[0023] Im Falle von einer bloßen Variation des Datenstandes (Sportmodus, Normalmodus, etc.) ist die Durchführung des kompletten Kalibrierungsablaufs nicht nötig, hier ist lediglich eine Abarbeitung ab Schritt 4 aus Fig. 1 - Modellierung und Optimierung - erforderlich.

[0024] In einem vorletzten Schritt 5 werden aus den Optimierungsereignissen mit einem Kennfeldrechner optimierte Kennfeld-Kennlinien-Sätze und Wertesätze erstellt. Fig. 2 zeigt dazu beispielhaft den Einfluss von Parametern PA auf ein Schaltbewertungsnoten BN abbildendes mathematisches Modell MM. Die Punkte Pi bis P6 sind dabei bereits erfolgte Messungen. Über diese Messungen wird ein mathematisches Modell MM gelegt. Somit ist es möglich, einen Punkt P0, der sich zwischen den Messungen befindet, zu errechnen, um das vermeintliche Optimum herauszufinden.

[0025] Schließlich wird das Steuergerät mit diesen Daten beladen und in einem Verifikations-Testplan 6 nochmals geprüft. Hierbei werden ebenfalls mathematische Modelle generiert. Danach wird die Kalibrierung freigegeben worauf die Bedatung der Steuereinheit erfolgen kann. 3/6 österreichisches Patentamt AT 513 551 B1 2014-11-15

Mit Ausnahme der Schritte 2 und 6 können sämtliche Schritte in prüfstandsfernen "Offline"-Kalibrierphasen an einem mobilen oder ortsfesten Computer durchgeführt werden. Sowohl Schritt 2, als auch Schritt 6 können am Prüfstand 10 (Rollenprüfstand oder Antriebsstrangprüfstand) durchgeführt werden, wie in Fig. 3 schematisch gezeigt ist. Auf dem als Rollenprüfstandstand oder Antriebsstrangprüfstand ausgebildeten Prüfstand 10 für das Fahrzeug 11 wird ein detailgetreues Modell des Fahrzeuges 11 erstellt. Die Steuerung des Fahrzeuges 11 erfolgt über Fahrroboter oder Drive-by-Wire. Diese lösen Schaltungen aus und bedienen Fahr- und Bremspedal.

[0026] Die Steuerung des Prüfstandes 10 erfolgt durch eine beispielsweise durch das Programm AVL DRICON™ gebildete Steuerungssoftware 13, welche im Ausführungsbeispiel über eine Prüfstandsautomatik 12 den Prüfstand 10, und das Fahrzeug 11 über Gaspedal- und Bremspedalaktuatoren 14 sowie Schaltroboter 15 steuert. Der am Prüfstand 10 zu fahrende Testlauf wird zuvor mit einem Werkzeug zur Erstellung von Testläufen - beispielsweise der mit Bezugszeichen 16 angedeuteten Software AVL CAMEO™ - erstellt. Bei der Durchführung des Testlaufs, übergibt AVL CAMEO™ zeitgerecht die zuvor erstellten Datensätze an die Steuergeräte des Fahrzeugs, deren Auswirkungen anschließend bewertet werden.

[0027] Das Fahrverhalten wird mit einem Werkzeug 17 - beispielsweise der Software AVL DRIVE™ - unter Einbeziehung der Fahrzeuglängsbeschleunigung (wobei die Zugkraft mittels einer Kraftmessdose oder Sensoren ermittelt werden kann) und der davon abgeleiteten Größen 20 bewertet. Mit Bezugszeichen 18 ist eine Steuerungseinheit des Fahrzeuges 11 bezeichnet, welche mit dem Messsystem 19 und der Steuerungssoftware 13 kommuniziert. Mit einem Batterieemulator 21 können beispielweise verschiedene Betriebszustände und Eigenschaften (Temperatur, Ladezustand, Schädigungsgrad, etc.) der Batterie 22 bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug emuliert werden. Die Auswirkungen der modifizierten Applikationswerte der Steuergeräte auf die Fahrbarkeit (AVL DRIVE Rating, Parameter und/oder Kriterien) werden durch ein mathematisches Modell beschrieben. 4/6

Claims (8)

1. österreichisches Patentamt AT 513 551 B1 2014-11-15 Patentansprüche 1. Verfahren zur Kalibrierung des Zusammenspiels von zumindest zwei Komponenten, Komponentenfunktionen und/oder Systemfunktionen eines Fahrzeuges (11), insbesondere eines Hybrid- oder Elektrofahrzeuges, aus der Gruppe, Brennkraftmaschine, Elektromotor, automatisches Getriebe, Trennkupplung, Fahrzeugbatterie und/oder Umrichter, wobei ein Testplan für zumindest einen Testlauf erstellt wird, und zumindest eine Komponente, Komponentenfunktion und/oder Systemfunktion des Fahrzeugs (11) mittels eines mathematischen Modells beschrieben wird, wobei auf der Basis des Testplanes und der Modellierung zumindest einer Komponente, Komponentenfunktion und/oder Systemfunktion der Testlauf durchgeführt wird und das Fahrverhalten bewertet und ausgewertet wird, wobei auf der Basis dieser Auswertung eine Kalibrierung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise automatische Testlauf auf einem Prüfstand (10) durchgeführt wird, wobei das Fahrverhalten automatisch bewertet und ausgewertet wird, und wobei auf der Basis dieser Auswertung durch systematische Veränderung zumindest einer Modelleingangsgröße des mathematischen Modells der Komponente, Komponentenfunktion und/oder Systemfunktion eine Optimierung der Kalibrierung durchgeführt und zumindest ein Parameter, Skalar, Kennlinie oder Kennfeld der Modelleingangsgröße erstellt wird, und dass die Schritte Erstellung eines Testplanes, Simulieren der Fahrzeugkomponenten, Bewertung des Fahrverhaltens, systematische Veränderung der Modelleingangsgrößen und Kennfelderstellung, vorzugsweise prüfstandsfern, an einem Computer durchgeführt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung mit zumindest einer optimierten Modelleingangsgröße verifiziert wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Durchführung des Verfahrens eine Software-Toolkette eingesetzt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Software-Toolkette ein Werkzeug zur Bewertung des Fahrverhaltens aufweist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Software-Toolkette ein Werkzeug zum Erstellen von Testläufen aufweist.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Soft-ware-Toolkette ein Werkzeug zur Steuerung des Fahrzeuges (11) aufweist.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Testplan unter Verwendung einer statistischen Versuchsplanung erstellt wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Testlauf, vorzugsweise auch die Verifikation, am Prüfstand (10) durchgeführt werden. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 5/6