AT518677A1 - Verfahren zum Erstellen eines Analysedatensatzes - Google Patents

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AT518677A1 ATA50484/2016A AT504842016A AT518677A1 AT 518677 A1 AT518677 A1 AT 518677A1 AT 504842016 A AT504842016 A AT 504842016A AT 518677 A1 AT518677 A1 AT 518677A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Analysedatensatzes, ein Verfahren zur Optimierung einer Motorsteuerung und ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung eines Prüfstandes mit einem Prüfling, wobei der Analysedatensatz zur Optimierung der Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors auf einem Prüfstand unter Berücksichtigung von im praktischen oder im virtuellen Betrieb aufgenommenen Motor- und Emissionsdaten geeignet oder eingerichtet ist, umfassend folgende Schritte: Erstellen oder Bereitstellen eines RDE-Datensatzes eines Prüflings, Ermitteln oder Festlegen von Gewichtungsfaktoren zur Untergewichtung oder Ausblendung von Emissionsdaten des RDE-Datensatzes, die bei Betriebsbedingungen des Prüflings aufgenommen wurden, die von vordefinierten Betriebsbedingungen des Prüflings abweichen, und Bilden des Analysedatensatzes durch Gewichten der Emissionsdaten mit den Gewichtungsfaktoren und durch Zuweisen der gewichteten Emissionsdaten zu entsprechenden Wertepaarungen aus Drehzahl und Drehmoment des RDE-Datensatzes.

Description

Verfahren zum Erstellen eines Analysedatensatzes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erstellen eines Analysedatensatzes, wobei der Analysedatensatz zur Optimierung der Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors auf einem Prüfstand unter Berücksichtigung von im praktischen oder im virtuellen Betrieb aufgenommenen Motor- und Emissionsdaten geeignet oder eingerichtet ist. Ferner betrifft die Erfindung gegebenenfalls ein Verfahren, bei dem mehrere RDE-Datensätze („RDE“ steht in der vorliegenden Offenbarung für „Real Driving Emissions“) zu einem einzigen Analysedatensatz zusammengefasst werden. Gegebenenfalls betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Optimierung der Motorsteuerung eines verbrennungsmotorgetriebenen Kraftfahrzeuges, wobei ein Analysedatensatz zur Ableitung von Zielvorgaben für die Motorenentwicklung am Motorenprüfstand geeignet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Prüfstandes unter Berücksichtigung eines Analysedatensatzes und/oder der aus dem Analysedatensatz erhobenen Zielvorgaben zur Motorenoptimierung.
Gemäß Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren zur Analyse der Emissionsdaten von Verbrennungsmotoren bekannt. Aufgrund von gesetzgeberischen Vorgaben müssen bei der Auslegung und der Entwicklung von Verbrennungsmotoren auch sogenannte RDE-Daten berücksichtigt werden. RDE-Daten, also Daten zu „Real Driving Emissions“, sind Daten eines Prüflings, die meist im praktischen Betrieb aufgenommen werden. Derartige Daten können beispielsweise bei einer Messfahrt eines Kraftfahrzeuges mit einem onboard-Messgerät aufgenommen werden. Alternativ können RDE-Daten jedoch auch bei einer virtuellen Messfahrt in einer virtuellen Simulationsumgebung erstellt bzw. aufgenommen werden. Insbesondere entspricht es dem Stand der Technik, die Daten des praktischen (realen) Betriebs einem computergestützten Simulationsmodell zuzuführen, um virtuelle Messfahrten durchführen zu können.
Bei einer derartigen praktischen oder virtuellen Messfahrt wird gemäß Stand der Technik ein RDE-Datensatz erzeugt, der über die Zeit aufgenommene Daten wie beispielsweise Drehmoment und/oder Geschwindigkeit; Emissionsdaten wie beispielsweise C02-Emissionen, NOx-Emission, HC-Emission, CO-Emissionen und/oder Partikelemissionen; und/oder weitere Daten zu Motordrehzahl und/oder GPS-Daten enthält. Die bei einer praktischen Messfahrt erhobenen Daten hängen in der Realität stark von den Betriebsbedingungen der Messfahrt ab. So haben neben Umweltbedingungen wie Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit auch das persönliche Fahrprofil des Testfahrers sowie geografische Gegebenheiten, Verkehrsaufkommen, etc. großen Einfluss auf die Messergebnisse. Um dennoch vergleichbare RDE-Messergebnisse für unterschiedliche Messfahrten zu erhalten, sind verschiedene Verfahren bekannt, bei denen Messpunkte bzw. Messphasen untergewichtet oder ausgeschieden werden, die bei Betriebsbedingungen des Prüflings aufgenommen wurden, die von vordefinierten Standard-Betriebsbedingungen abweichen. So werden beispielsweise Messphasen mit zu hoher oder zu geringer Last, insbesondere auch Messphasen mit zu aggressivem oder zu degressivem Fahrverhalten untergewichtet oder ausgeblendet.
Von der Gesetzgebung wurde beispielsweise ein Gewichtungsverfahren gemäß Verordnung (EU) 2016/427 der Europäischen Kommission vom 10. März 2016 zur Änderung der Verordnung Nr. 629/2008 hinsichtlich der Emission von leichten Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen (Euro 6) definiert. Ein weiteres Beispiel für ein Gewichtungsverfahren ist die Verordnung (EU) Nr. 582/2011 vom 25. Mai 2011 zur Einführung und Änderung der Verordnung (EU) Nr. 595/2009 des Europäischen Parlaments und Rates hinsichtlich der Emissionen von schweren Nutzfahrzeugen (Euro 6) und zur Änderung der Anhänge I. und III. der Richtlinie 2007/46/EG des Europäischen Parlaments und des Rates.
Ergebnisse des Gewichtungsverfahrens sind Datenpunkte zu C02-Emissionen in Gramm pro Kilometer über der Geschwindigkeit in Kilometer pro Stunde. Zur weiteren Analyse werden zu diesen Datenpunkten Geschwindigkeitsbereiche definiert, die einer Stadtfahrt, einer Überlandfahrt und einer Autobahnfahrt zugewiesen werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass als Ergebnis zwar eine den gesetzlichen Vorgaben entsprechende Analyse der Emissionen erfolgen kann. Die erhaltenen Daten geben jedoch keinen direkten Aufschluss darüber, wie ein Motor modifiziert werden muss, sodass er den gesetzlichen Vorgaben und Grenzwerten entspricht.
Die Motorenentwicklung geschieht in der Regel auf Motorprüfständen, auf denen unterschiedliche Lastpunkte oder Fahrzyklen des Motors abgefahren werden können. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, dass die in der Realität auftretenden
Emissionen stark von den am Prüfstand gemessenen Emissionen abweichen können. Grund dafür sind beispielsweise unerwartete reale Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, die beispielsweise durch automatisierte Getriebe oder durch Zuschaltung von Verbrauchern entstehen aber auch herkömmliche Betriebsbedingungen, die durch gesetzlich vorgeschriebene Gewichtungsverfahren übergewichtet werden.
Motorenentwickler stehen somit in der Praxis vor der Problematik, dass aus den RDE-Daten zwar hervorgeht, welche Gesamtemissionswerte einer Messfahrt zulässige Grenzwerte überschreiten - aber in Ermangelung einer Analysemöglichkeit der „Real Driving Emissions“ keine direkte Information darüber ableitbar ist, durch welche Maßnahmen die RDE-Ergebnisse verbessert werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es nun die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Erstellen eines Analysedatensatzes zu schaffen, wobei der Analysedatensatz zur Optimierung der Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors auf einem Prüfstand unter Berücksichtigung von im praktischen oder im virtuellen Betrieb aufgenommenen Motor- und Emissionsdaten geeignet oder eingerichtet ist.
Die Erfindung wird insbesondere durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Bevorzugt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erstellen eines Analysedatensatzes, wobei der Analysedatensatz zur Optimierung der Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors auf einem Prüfstand unter Berücksichtigung von im praktischen oder im virtuellen Betrieb aufgenommenen Motor- und Emissionsdaten geeignet oder eingerichtet ist, umfassend folgende Schritte.
Bevorzugt umfasst das Verfahren folgende Schritte: - Erstellen oder Bereitstellen eines RDE-Datensatzes eines Prüflings, wobei der Prüfling insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor ist und wobei der RDE-Datensatz im praktischen oder im virtuellen Betrieb des Prüflings über die Zeit aufgenommene Daten zu Drehmoment, Geschwindigkeit und Drehzahl, Emissionsdaten der C02-Emissionen, sowie Emissionsdaten zu mindestens einem weiteren Abgasbestandteil wie NO, NOx, HC, CO und/oder Partikel enthält, - Ermitteln oder Festlegen von Gewichtungsfaktoren zur Untergewichtung oder Ausblendung von Emissionsdaten des RDE-Datensatzes, die bei Betriebsbedingungen des Prüflings aufgenommen wurden, die von vordefinierten Betriebsbedingungen des Prüflings abweichen, - und Bilden des Analysedatensatzes durch Gewichten der Emissionsdaten mit den Gewichtungsfaktoren und durch Zuweisen der gewichteten Emissionsdaten zu entsprechenden Wertepaarungen des RDE-Datensatzes, bevorzugt Wertepaarungen aus Drehzahl und Drehmoment des RDE-Datensatzes.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Bilden des Analysedatensatzes folgende Schritte umfasst: - Berechnen oder Festlegen eines Gewichtungsfaktors eines ersten Datenfensters des RDE-Datensatzes, - Identifizieren des Drehzahlwerts und des Drehmomentwerts für jeden RDE-Messpunkt des RDE-Datensatzes im ersten Datenfenster, - multiplizieren des Emissionswerts oder der Emissionswerte der RDE-Messpunkte des ersten Datenfensters mit dem Gewichtungsfaktor des ersten Datenfensters, - Zuweisen der gewichteten Emissionswerte aller RDE-Messpunkte des ersten Datenfensters zu der entsprechenden Wertepaarung aus Geschwindigkeitswert und Drehmomentwert der RDE-Messpunkte, - Berechnen oder Festlegen der Gewichtungsfaktoren weiterer Datenfenster, - Identifizieren der Drehzahlwerte und der Drehmomentwerte für jeden RDE-Messpunkt des RDE-Datensatzes der weiteren Datenfenster, - multiplizieren der Emissionswerte der RDE-Messpunkte mit den jeweiligen Gewichtungsfaktoren der weiteren Datenfenster, - Zuweisen der gewichteten Emissionswerte aller Messpunkte aller weiterer Datenfenster zu der entsprechenden Wertepaarungen aus Drehzahlwert und Drehmomentwert der Messpunkte aller Datenfenster, - und Kumulieren aller zu einer Wertepaarung zugewiesener gewichteter Emissionswerte einer Abgaskomponente oder getrenntes Kumulieren aller zu einer Wertepaarung zugewiesener gewichteter Emissionswerte unterschiedlicher Abgaskomponenten.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Ermitteln der Gewichtungsfaktoren und/oder das Gewichten der Emissionsdaten nach dem „Moving Average Window (MAW) -Verfahren“ gemäß „Verordnung(EU) 2016/427 der Kommission vom 10.März 2016 zur Änderung der Verordnung Nr. 629/2008 hinsichtlich der Emissionen von leichten Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen (EURO 6)“ erfolgt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Gewichten der Emissionsdaten folgende Schritte umfasst: - Bereitstellen eines WLTP Datensatzes gemäß „UNECE Global Technical Regulation No 15 — worldwide harmonised light vehicles test procedure (ECE/ TRANS/180/Add.15)“ des Prüflings, wobei der WLTP Datensatz unterschiedlichen Geschwindigkeiten zugeordnete C02-Emissionswerte umfasst, - Berechnen eines ersten MAW-Datenpunkts zum Zeitpunkt i des RDE-Datensatzes -- durch Kumulieren der C02 Emissionen des RDE-Datensatzes in einem ersten Datenfenster, wobei sich das erste Datenfenster vom Zeitpunkt i des RDE-Datensatzes bis zu einem Zeitpunkt i+t1 erstreckt, wobei die zeitliche Dauer t1 des ersten Datenfensters jener zeitlichen Dauer entspricht, in der bei dem RDE-Datensatz, beginnend vom Zeitpunkt i, die Hälfte der gesamten emittierten C02 Masse des WLTP-Datensatzes auftritt, -- und bevorzugt durch Dividieren der erhaltenen kumulierten C02-Emissionen durch die in dem ersten Datenfenster gemäß RDE-Datensatz zurückgelegten Strecke, - sowie durch Ermitteln der durchschnittlichen Geschwindigkeit in dem ersten Datenfenster.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Gewichten der Emissionsdaten folgende Schritte umfasst:
Berechnen eines weiteren MAW-Datenpunkts zum Zeitpunkt i+x des RDE-Datensatzes, - durch Kumulieren der C02-Emissionen des RDE-Datensatzes in einem weiteren Datenfenster, wobei sich das weitere Datenfenster vom Zeitpunkt i+x des RDE-Datensatzes bis zu einem Zeitpunkt i+x+tx erstreckt, wobei die zeitliche Dauer tx des weiteren Datenfensters jener zeitlichen Dauer entspricht, in der bei dem RDE-Datensatz beginnend vom Zeitpunkt i+x die Hälfte der gesamten emittierten C02 Masse des WLTP-Datensatzes auftritt, - und bevorzugt durch Dividieren der erhaltenen kumulierten C02-Emissionen durch die in dem Datenfenster gemäß RDE-Datensatz zurückgelegte Strecke, - sowie durch Ermitteln der durchschnittlichen Geschwindigkeit in dem weiteren Datenfenster.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Gewichten der Emissionsdaten folgende Schritte umfasst:
Berechnen weiterer MAW-Datenpunkte zu den Zeitpunkten i+x des RDE-Datensatzes - durch Kumulieren der C02-Emissionen des RDE-Datensatzes in weiteren Datenfenstern, wobei sich die weiteren Datenfenster von den Zeitpunkten i+x des RDE-Datensatzes bis zu Zeitpunkten i+x+tx erstrecken, wobei die zeitliche Dauer tx der weiteren Datenfenster jenen zeitlichen Dauern entspricht, in denen bei dem RDE-Datensatz beginnend vom Zeitpunkt i+x jeweils die Hälfte der gesamten emittierten C02 Masse des WLTP-Datensatzes auftritt, - und bevorzugt durch Dividieren der erhaltenen kumulierten C02-Emissionen durch die in den Datenfenstern gemäß RDE-Datensatz zurückgelegten Strecken, - sowie durch Ermitteln der durchschnittlichen Geschwindigkeiten in den weiteren Datenfenstern.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Werte x ganzzahlige Sekundenwerte von 1 bis y sind, wobei y dem Zeitpunkt des Beginns des letzten Datenfensters entspricht, der insbesondere dem Zeitpunkt des Endes der Messung abzüglich der Zeitdauer des letzten Datenfensters entspricht, und dass der Zeitpunkt i bevorzugt der Zeitpunkt 0 am Beginn der Messung ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Ermitteln der Gewichtungsfaktoren folgende Schritte umfasst: - Bereitstellen einer WLTP Datenlinie des Prüflings gemäß „UNECE Global Technical Regulation No 15 — worldwide harmonised light vehicles test procedure (ECE/ TRANS/180/Add.15)“, wobei die WLTP Datenlinie C02-Daten über der durchschnittlichen Geschwindigkeit umfasst, - und Bestimmen eines Gewichtungsfaktors für jedes Datenfenster je nach C02-Differenz des jeweiligen MAW-Datenpunkts des betrachteten Datenfensters zur WLTP-Datenlinie bei der entsprechenden Geschwindigkeit des MAW-Datenpunktes des betrachteten Datenfensters, insbesondere nach dem „Moving Average Window (MAW) - Verfahren“ gemäß „Verordnung(EU) 2016/427 der Kommission vom 10.März 2016 zur Änderung der Verordnung Nr. 629/2008 hinsichtlich der Emissionen von leichten Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen (EURO 6)“.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren folgende Schritte: - Erstellen oder Bereitstellen mehrerer RDE-Datensätze, - Ausfuhren des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche für alle RDE-Datensätze, - Bilden eines einzigen Analysedatensatzes durch Zuweisen der Emissionsdaten aller gewichteter RDE-Datensätze zu den entsprechenden Wertepaarungen aus Drehzahl und Drehmoment.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die RDE-Datensätze: - RDE-Daten unterschiedlicher Fahrzeuge mit baugleichen Motoren, - RDE-Daten baugleicher Fahrzeuge mit baugleichen Motoren, - RDE-Daten mehrerer virtueller oder praktischer Messfahrten, - RDE-Daten mehrerer virtueller oder praktischer Messfahrten unterschiedlicher Fahrzeuge mit baugleichen Motoren, oder - RDE-Daten unterschiedlicher Fahrzeuge einer Fahrzeugflotte sind.
Gegebenenfalls betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Optimierung der Motorsteuerung eines verbrennungsmotorgetriebenen Kraftfahrzeugs auf einem Prüfstand unter Berücksichtigung von im praktischen oder im virtuellen Betrieb aufgenommenen Motor-und Emissionsdaten unter Verwendung eines Analysedatensatzes.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass aus den Emissionsdaten des Analysedatensatzes Zielvorgaben für die Motorentwicklung am Motorenprüfstand abgeleitet werden und/oder dass direkt aus den Emissionsdaten des Analysedatensatzes Zielvorgaben für die Motorentwicklung am Motorenprüfstand in einer automatisierten statistischen Versuchsplanung abgeleitet werden.
Gegebenenfalls betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung eines Prüfstandes mit einem Prüfling, wobei die Anordnung bevorzugt als Motorenprüfstand mit einem angeschlossenen Motor, als Antriebsstrangprüfstand mit einem angeschlossenen Antriebsstrang oder als Rollenprüfstand mit einem angeschlossenen Fahrzeug ausgebildet ist, wobei die Steuerung des Prüfstandbetriebs durch Zielvorgaben gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt.
In bevorzugter Weise geschieht eine Gewichtung der RDE-Daten bei der Erstellung des Analysedatensatzes. Diese Gewichtung erfolgt insbesondere gemäß den in dem jeweiligen Land bzw. in dem jeweiligen Geltungsbereich dieses Patents herrschenden gesetzgeberischen Vorschriften. Alternativ oder zusätzlich kann die Gewichtung der Daten des RDE-Datensatzes jedoch auch aus Vorgaben der Motorenentwicklung bzw. der Motorenoptimierung stammen. So kann es von Vorteil sein, beispielsweise jene Emissionsdaten des RDE-Datensatzes unterzugewichten, die in hochdynamischen Betriebszuständen aufgenommen wurden. Ferner können beispielsweise jene Emissionsdaten des RDE-Datensatzes übergewichtet werden, die in statischen bzw. quasistatischen Betriebszuständen aufgenommen wurden.
Ein Beispiel für ein Gewichtungsverfahren gemäß einer gesetzgeberischen Vorgabe ist die Verordnung (EU) 2016/427 der Europäischen Kommission vom 10. März 2016 zur Änderung der Verordnung Nr. 629/2008 hinsichtlich der Emission von leichten Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen (Euro 6). Ein weiteres Beispiel für ein taugliches Verfahren wäre die Verordnung (EU) Nr. 582/2011 vom 25. Mai 2011 zur Einführung und Änderung der Verordnung (EU) Nr. 595/2009 des Europäischen Parlaments und Rates hinsichtlich der Emissionen von schweren Nutzfahrzeugen (Euro 6) und zur Änderung der Anhänge I. und III. der Richtlinie 2007/46/EG des Europäischen Parlaments und des Rates.
Die Gewichtung der Emissionsdaten ist insbesondere dann von gesteigerter Bedeutung, wenn zur Beurteilung der Emissionen eines Fahrzeuges die bei einer Messfahrt ermittelten Abgasbestandteile zuerst gewichtet und dann kumuliert, also aufsummiert werden. Bei dem bekannten „Moving Average Window (MAW)-Verfahren“ gemäß der EU-Verordnung 2016/427 kommt es insbesondere zu einer weiteren Verstärkung der Gewichtung von Emissionswerten, da durch das MAW-Verfahren einzelne RDE-Messpunkte des RDE-Datensatzes mit unterschiedlichen Gewichtungsfaktoren mehrmals in die kumulierte Gesamtbilanz einfließen.
Aufgrund dieser Verzerrung der Messergebnisse müssen die gesetzlich vorgeschriebenen Auswerteverfahren auch bei der Motorenentwicklung berücksichtigt werden.
Bevorzugt wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein RDE-Datensatz erstellt oder bereitgestellt. Dieser RDE-Datensatz kann beispielsweise ein mit einem onboard-Messgerät aufgenommener Datensatz einer realen Prüffahrt sein. Gegebenenfalls kann der RDE-Datensatz auch durch einen virtuellen Betrieb eines Prüflings, insbesondere bei einer virtuellen Testfahrt in einer computergenerierten Simulationsumgebung erstellt werden. Ferner kann der RDE-Datensatz auf einem Rollenprüfstand erstellt werden.
Der RDE-Datensatz umfasst bevorzugt zumindest Daten zu Drehmoment, Geschwindigkeit und Drehzahl sowie Emissionsdaten der C02-Emissionen des Prüflings. Ferner umfasst der RDE-Datensatz Emissionsdaten zu mindestens einem weiteren Abgasbestandteil, wie beispielsweise NO, NOx, HC, CO und/oder Partikel. Die Messwerte des RDE-Datensatzes können in allen Ausführungsformen in Form von RDE-Messpunkten vorliegen. Diese RDE-Messpunkte können beispielsweise durch die Messfrequenz der Messgeräte bestimmt sein. Beispielsweise kann die Auflösung des RDE-Datensatzes, und insbesondere die zeitliche Messfrequenz der RDE-Messpunkte etwa 1 Hz betragen.
Ferner werden, wie bereits beschrieben, Gewichtungsfaktoren zur Gewichtung der Emissionsdaten des RDE-Datensatzes ermittelt oder festgelegt. Insbesondere können durch diese Gewichtungsfaktoren jene Betriebsbedingungen des Prüflings untergewichtet werden, die von vordefinierten Betriebsbedingungen des Prüflings abweichen. So können beispielsweise zu statische und/oder zu dynamische Betriebsbedingungen untergewichtet oder gar ausgeblendet werden.
Zur Analyse der RDE-Daten und zur Optimierung der Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors müssen die Daten in weiterer Folge unter Berücksichtigung der Gewichtung transformiert werden. Dies geschieht insbesondere durch Zuweisen der gewichteten Emissionsdaten zu entsprechenden Wertepaarungen aus Drehzahl und Drehmoment des RDE-Datensatzes. So umfasst jeder RDE-Messpunkt unterschiedliche Daten, die insbesondere das Drehmoment, die Geschwindigkeit, die Drehzahl, die C02-Emissionen sowie weitere Emissionsdaten zu mindestens einem weiteren Abgasbestandteil betreffen.
Bevorzugt wird zum Bilden des Analysedatensatzes der RDE-Datensatz in unterschiedliche Datenfenster aufgeteilt, wobei die Datenfenster einander überlappend angeordnet sein können, womit es gegebenenfalls nicht ausgeschlossen ist, dass ein RDE-Messpunkt in unterschiedlichen Datenfenstern enthalten ist. Für jedes Datenfenster kann nun in weiterer Folge ein Gewichtungsfaktor bestimmt oder festgelegt werden.
Zu jedem Messpunkt wird bevorzugt eine Drehzahl-Drehmoment-Kombination identifiziert. Dieser Drehzahl-Drehmoment-Kombination eines RDE-Messpunktes des RDE-Datensatzes werden nun getrennt voneinander die gewichteten Emissionsdaten unterschiedlicher Abgasbestandteile zugewiesen. Bevorzugt werden die gewichteten Emissionsdaten zugewiesen und kumuliert, also aufsummiert.
Bevorzugt werden alle RDE-Messpunkte des ersten Datenfensters analysiert und den entsprechenden Drehzahl-Drehmoment-Kombinationen zugewiesen. Die Emissionswerte dieser RDE-Messpunkte werden dabei mit dem Gewichtungsfaktor des entsprechenden Datenfensters multipliziert und der entsprechenden Wertepaarung aus Drehzahl und Drehmoment zugewiesen. Insbesondere werden alle zu einer Wertepaarung zugewiesenen gewichteten Emissionswerte kumuliert und somit aufsummiert.
In einem nächsten Schritt werden bevorzugt dieselben Schritte für das zweite Datenfenster durchgeführt, sodass die Emissionswerte der RDE-Messpunkte des zweiten Datenfensters mit dem Gewichtungsfaktor des zweiten Datenfensters multipliziert werden, wobei der Gewichtungsfaktor des zweiten Datenfensters vom Gewichtungsfaktors des ersten Datenfensters abweichen kann.
Auch die Länge der Datenfenster kann variieren, wie dies beispielsweise in dem MAW-Verfahren gemäß der EU-Verordnung 2016/427 beschrieben ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere ein Analysedatensatz gebildet, aus dem ein Kennfeld zu Emissionen über Drehmoment und Drehzahl direkt ableitbar ist. Dieses Kennfeld bzw. dieser Analysedatensatz kann unmittelbar zur Ableitung von Zielvorgaben für die Motorenentwicklung auf einem Motorenprüfstand eingesetzt werden. Insbesondere kann der Analysedatensatz direkt zur Ableitung von Zielvorgaben für die Motorenentwicklung am Motorenprüfstand in einer automatisierten statistischen Versuchsplanung eingesetzt werden. Dadurch ist es möglich, bei der Motorenentwicklung am Motorenprüfstand, insbesondere unter Verwendung einer automatisierten statischen Versuchsplanung, RDE-Daten und insbesondere nach der entsprechenden Gesetzgebung gewichtete RDE-Daten zu berücksichtigen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung können mehrere RDE-Datensätze bereitgestellt oder erstellt werden, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einem einzigen Analysedatensatz zusammengefasst werden. Dadurch können beispielweise Motoren optimiert werden, die in unterschiedlichen Fahrzeugen eingesetzt werden. Die Emissionsdaten der unterschiedlichen RDE-Datensätze werden bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens in einem einzigen Analysedatensatz aufsummiert.
In weiterer Folge wird die Erfindung anhand eines in exemplarischen Figuren dargestellten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels weiter beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 eine grafische Darstellung exemplarischer Daten eines RDE-Datensatzes,
Fig. 2 eine schematische Darstellung exemplarischer Daten der MAW-Datenpunkte, wie sie beispielsweise bei dem MAW-Verfahren gebildet werden, und
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte grafische Darstellung eines Kennfeldes, wie es aus einem erfindungsgemäßen Analysedatensatz abgeleitet werden kann.
Die Erfindung wird in weiterer Folge anhand einer Gewichtung gemäß MAW-Verfahren beschrieben, wobei angemerkt wird, dass sich die Erfindung insbesondere aus den Merkmalen der Patentansprüche ergibt und nicht auf das MAW-Verfahren beschränkt ist.
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte grafische Darstellung eines RDE-Datensatzes, bei dem (von oben nach unten) über die Zeit ermittelte Werte zu 02, C02, NO, Geschwindigkeit, Gesamtabgasmasse und Drehmoment dargestellt sind. Bei der Erstellung des RDE-Datensatzes können in allen Ausführungsformen manche der notwendigen Werte für den RDE-Datensatz direkt oder indirekt aufgenommen werden. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit auch über die Motordrehzahl und die Getriebeübersetzung oder über GPS-Daten indirekt ermittelt werden.
Gemäß MAW-Verfahren werden mehrere Datenfenster definiert. Das erste Datenfenster startet in der vorliegenden Ausführungsform zum Zeitpunkt 1 (t=0) und endet bei einem Zeitpunkt 5 (t=0+t1). Die Dauer t1 des ersten Datenfensters entspricht jener zeitlichen Dauer, bei der bei dem vorliegenden RDE-Datensatz, beginnend vom Zeitpunkt 1, die Hälfte der gesamten emittierten C02-Masse eines WLTP-Datensatzes für den Prüfling auftritt. Der WLTP-Datensatz ist ein für das entsprechende Fahrzeug charakteristischer Datensatz, der insbesondere gemäß „UNECE Global Technical Regulations No. 15 - Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure (ECE/TRAN/180/Add.15)“ definiert ist. Zur Bestimmung der zeitlichen Länge des ersten
Datenfensters wird die Hälfte der gesamten emittierten C02-Masse der WLTP-Prozedur ermittelt, und mit der C02-Masse der RDE-Datensatzes verglichen. Die C02-Emissionen werden zur Ermittlung der Dauer t1 so lange integriert bzw. kumuliert, bis der halbe Wert des WLTP-Datensatzes erreicht ist. Dadurch wird der Endzeitpunkt 5 des erstens Datenfensters bestimmt.
In weiterer Folge wird nach einer festgelegten Zeit nach dem Zeitpunkt 0, beispielsweise nach einer Sekunde, ein zweiter Zeitpunkt 2 bestimmt, an dem ein zweites Datenfenster seinen Anfangspunkt hat. Von diesem Zeitpunkt werden nun wiederum die C02-Daten kumuliert, bis die Hälfte der gesamten emittierten C02-Emissionen des WLTP-Datensatzes auftritt. Dadurch wird der Endpunkt 6 des zweiten Datenfensters bestimmt. In gleicher Weise wird das dritte Datenfenster mit dem Startpunkt 3 und dem Endpunkt 7 und das vierte Datenfenster mit dem Startpunkt 4 und dem Endpunkt 8 bestimmt. Dieses Verfahren wird auf dem gesamten RDE-Datensatz angewendet, womit in der Regel weitere Datenfenster definiert werden. Für jedes Datenfenster werden die mittlere Geschwindigkeit und die durchschnittliche C02-Emission in Gramm pro Kilometer bestimmt. Jedes der Datenfenster ergibt somit einen Punkt in dem Diagramm der Fig. 2. Die punktierte Linie 14 setzt sich somit aus den Werten aller Datenfenster des zuvor beschriebenen Verfahrens zusammen.
In Fig. 2 ist darüber hinaus die WLTP-Datenlinie 9 des Prüflings eingezeichnet, die jenen C02-Emissionen in Gramm pro Kilometer über die Geschwindigkeit entspricht, wie sie bei der WLTP auftritt. Ausgehend von dieser Datenlinie 9 werden Hilfslinien 10, 11,12 und 13 eingezeichnet, die eine prozentuelle Erhöhung oder Verringerung der C02-Werte für eine diesem C02-Wert entsprechende Geschwindigkeit darstellen. Werte, die innerhalb der Linien 10 und 11 liegen, werden als normaler Betriebsmodus definiert und fließen unverändert in die Analyse ein. Werte, die zwischen den Linien 10 und 12 bzw. zwischen den Linien 11 und 13 liegen, werden als „soft“ oder als „aggressive“ definiert und bei der weiteren Analyse untergewichtet. Werte, die außerhalb des Bereiches zwischen den Linien 12 und 13 liegen, werden bei der weiteren Analyse ausgeblendet und dadurch nicht berücksichtigt.
Der Gewichtungsfaktor ergibt sich somit im Wesentlichen aus dem vertikalen Abstand des MAW-Datenpunktes von der WLTP-Datenlinie 9, also aus der C02-Differenz des jeweiligen MAW-Datenpunktes des betrachteten Datenfensters und der WLPT-
Datenlinie bei der entsprechenden Geschwindigkeit des MAW-Datenpunktes des betrachteten Datenfensters.
Zur Bildung des Analysedatensatzes bzw. zur grafischen Darstellung gemäß Fig. 3 wird nun folgendes Verfahren angewendet: Für den ersten RDE-Messpunkt des ersten Datenfensters werden der Drehzahlwert und der Drehmomentwert dieses Messpunktes identifiziert. Ferner wird der Emissionswert dieses RDE-Messpunktes (beispielsweise der NO-Wert) mit dem Gewichtungsfaktor des ersten Messfensters multipliziert und in weiterer Folge der entsprechenden Wertepaarung aus Geschwindigkeitswert und Drehmomentwert zugewiesen. Anschließend wird derselbe Schritt mit dem zweiten RDE-Messpunkt und allen weiteren RDE-Messpunkten des ersten Datenfensters durchgeführt. Dabei werden alle zu einer Wertepaarung zugewiesenen gewichteten Emissionswerte einer Abgaskomponente kumuliert und dadurch aufsummiert. Insbesondere werden unterschiedliche Abgaskomponenten bzw. deren gewichtete Emissionswerte getrennt voneinander zu Wertepaarungen zugewiesen und kumuliert.
In weiterer Folge wird der erste RDE-Messpunkt des zweiten Datenfensters in analoger Weise verarbeitet. Insbesondere werden dessen Emissionswerte mit dem Gewichtungsfaktor des zweiten Datenfensters gewichtet und einer entsprechenden Wertepaarung aus Geschwindigkeitswert und Drehmomentwert zugeordnet.
In analoger Weise wird nun für alle weiteren Datenfenster vorgegangen, wodurch bei unterschiedlichen Wertepaarungen unterschiedlich große kumulierte Werte der Emissionen auftreten.
Das in Fig. 3 dargestellte Kennfeld des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Analysedatensatzes erlaubt nun einem Motorenentwickler, die Maßnahmen zu identifizieren, die an einem Verbrennungsmotor bzw. dessen Motorsteuerung vorgenommen werden müssen, um den RDE-Kriterien (besser) zu entsprechen.

Claims (12)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zum Erstellen eines Analysedatensatzes, wobei der Analysedatensatz zur Optimierung der Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors auf einem Prüfstand unter Berücksichtigung von im praktischen oder im virtuellen Betrieb aufgenommenen Motor- und Emissionsdaten geeignet oder eingerichtet ist, umfassend folgende Schritte: - Erstellen oder Bereitstellen eines RDE-Datensatzes eines Prüflings, wobei der Prüfling ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor ist und wobei der RDE-Datensatz im praktischen oder im virtuellen Betrieb des Prüflings über die Zeit aufgenommene Daten zu Drehmoment, Geschwindigkeit und Drehzahl, Emissionsdaten der C02-Emissionen, sowie Emissionsdaten zu mindestens einem weiteren Abgasbestandteil wie NO, NOx, HC, CO und/oder Partikel enthält, - Ermitteln oder Festlegen von Gewichtungsfaktoren zur Untergewichtung oder Ausblendung von Emissionsdaten des RDE-Datensatzes, die bei Betriebsbedingungen des Prüflings aufgenommen wurden, die von vordefinierten Betriebsbedingungen des Prüflings abweichen, - und Bilden des Analysedatensatzes durch Gewichten der Emissionsdaten mit den Gewichtungsfaktoren und durch Zuweisen der gewichteten Emissionsdaten zu entsprechenden Wertepaarungen aus Drehzahl und Drehmoment des RDE-Datensatzes.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden des Analysedatensatzes folgende Schritte umfasst: - Berechnen oder Festlegen eines Gewichtungsfaktors eines ersten Datenfensters des RDE-Datensatzes, - Identifizieren des Drehzahlwerts und des Drehmomentwerts für jeden RDE-Messpunkt des RDE-Datensatzes im ersten Datenfenster, - multiplizieren des Emissionswerts oder der Emissionswerte der RDE-Messpunkte des ersten Datenfensters mit dem Gewichtungsfaktor des ersten Datenfensters, - Zuweisen der gewichteten Emissionswerte aller RDE-Messpunkte des ersten Datenfensters zu der entsprechenden Wertepaarung aus Geschwindigkeitswert und Drehmomentwert der RDE-Messpunkte, - Berechnen oder Festlegen der Gewichtungsfaktoren weiterer Datenfenster, - Identifizieren der Drehzahlwerte und der Drehmomentwerte für jeden RDE-Messpunkt des RDE-Datensatzes der weiteren Datenfenster, - multiplizieren der Emissionswerte der RDE-Messpunkte mit den jeweiligen Gewichtungsfaktoren der weiteren Datenfenster, - Zuweisen der gewichteten Emissionswerte aller Messpunkte aller weiterer Datenfenster zu der entsprechenden Wertepaarungen aus Drehzahlwert und Drehmomentwert der Messpunkte aller Datenfenster, - und Kumulieren aller zu einer Wertepaarung zugewiesener gewichteter Emissionswerte einer Abgaskomponente oder getrenntes Kumulieren aller zu einer Wertepaarung zugewiesener gewichteter Emissionswerte unterschiedlicher Abgaskomponenten.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Gewichtungsfaktoren und/oder das Gewichten der Emissionsdaten nach dem „Moving Average Window (MAW) - Verfahren“ gemäß „Verordnung(EU) 2016/427 der Kommission vom 10.März 2016 zur Änderung der Verordnung Nr. 629/2008 hinsichtlich der Emissionen von leichten Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen (EURO 6)“ erfolgt.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichten der Emissionsdaten folgende Schritte umfasst: - Bereitstellen eines WLTP Datensatzes gemäß „UNECE Global Technical Regulation No 15 — worldwide harmonised light vehicles test procedure (ECE/ TRANS/180/Add.15)“ des Prüflings, wobei der WLTP Datensatz unterschiedlichen Geschwindigkeiten zugeordnete C02-Emissionswerte umfasst, - Berechnen eines ersten MAW-Datenpunkts zum Zeitpunkt i des RDE-Datensatzes - durch Kumulieren der C02 Emissionen des RDE-Datensatzes in einem ersten Datenfenster, wobei sich das erste Datenfenster vom Zeitpunkt i des RDE-Datensatzes bis zu einem Zeitpunkt i+ti erstreckt, wobei die zeitliche Dauer ti des ersten Datenfensters jener zeitlichen Dauer entspricht, in der bei dem RDE-Datensatz, beginnend vom Zeitpunkt i, die Hälfte der gesamten emittierten C02 Masse des WLTP-Datensatzes auftritt, -- und durch Dividieren der erhaltenen kumulierten C02-Emissionen durch die in dem ersten Datenfenster gemäß RDE-Datensatz zurückgelegten Strecke, -- sowie durch Ermitteln der durchschnittlichen Geschwindigkeit in dem ersten Datenfenster.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichten der Emissionsdaten folgende Schritte umfasst: Berechnen eines weiteren MAW-Datenpunkts zum Zeitpunkt i+x des RDE-Datensatzes, - durch Kumulieren der C02-Emissionen des RDE-Datensatzes in einem weiteren Datenfenster, wobei sich das weitere Datenfenster vom Zeitpunkt i+x des RDE-Datensatzes bis zu einem Zeitpunkt i+x+txerstreckt, wobei die zeitliche Dauer tx des weiteren Datenfensters jener zeitlichen Dauer entspricht, in der bei dem RDE-Datensatz beginnend vom Zeitpunkt i+x die Hälfte der gesamten emittierten C02 Masse des WLTP-Datensatzes auftritt, - und durch Dividieren der erhaltenen kumulierten C02-Emissionen durch die in dem Datenfenster gemäß RDE-Datensatz zurückgelegte Strecke, - sowie durch Ermitteln der durchschnittlichen Geschwindigkeit in dem weiteren Datenfenster.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichten der Emissionsdaten folgende Schritte umfasst: Berechnen weiterer MAW-Datenpunkte zu den Zeitpunkten i+x des RDE-Datensatzes - durch Kumulieren der C02-Emissionen des RDE-Datensatzes in weiteren Datenfenstern, wobei sich die weiteren Datenfenster von den Zeitpunkten i+x des RDE-Datensatzes bis zu Zeitpunkten i+x+tx erstrecken, wobei die zeitliche Dauer tx der weiteren Datenfenster jenen zeitlichen Dauern entspricht, in denen bei dem RDE-Datensatz beginnend vom Zeitpunkt i+x jeweils die Hälfte der gesamten emittierten C02 Masse des WLTP-Datensatzes auftritt, - und durch Dividieren der erhaltenen kumulierten C02-Emissionen durch die in den Datenfenstern gemäß RDE-Datensatz zurückgelegten Strecken, - sowie durch Ermitteln der durchschnittlichen Geschwindigkeiten in den weiteren Datenfenstern.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte x ganzzahlige Sekundenwerte von 1 bis y sind, wobei y dem Zeitpunkt des Beginns des letzten Datenfensters entspricht, der insbesondere dem Zeitpunkt des Endes der Messung abzüglich der Zeitdauer des letzten Datenfensters entspricht, und dass der Zeitpunkt i bevorzugt der Zeitpunkt 0 am Beginn der Messung ist.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Gewichtungsfaktoren folgende Schritte umfasst: - Bereitstellen einer WLTP Datenlinie des Prüflings gemäß „UNECE Global Technical Regulation No 15 — worldwide harmonised light vehicles test procedure (ECE/TRANS/180/Add.15)“, wobei die WLTP Datenlinie C02-Daten über der durchschnittlichen Geschwindigkeit umfasst, - und Bestimmen eines Gewichtungsfaktors für jedes Datenfenster je nach C02-Differenz des jeweiligen MAW-Datenpunkts des betrachteten Datenfensters zur WLTP-Datenlinie bei der entsprechenden Geschwindigkeit des MAW-Datenpunktes des betrachteten Datenfensters, insbesondere nach dem „Moving Average Window (MAW) - Verfahren“ gemäß „Verordnung(EU) 2016/427 der Kommission vom 10.März 2016 zur Änderung der Verordnung Nr. 629/2008 hinsichtlich der Emissionen von leichten Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen (EURO 6)“
  9. 9. Verfahren zum Erstellen eines Analysedatensatzes, umfassend folgende Schritte: - Erstellen oder Bereitstellen mehrerer RDE-Datensätze, - Ausführen des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche für alle RDE-Datensätze, - Bilden eines einzigen Analysedatensatzes durch Zuweisen der Emissionsdaten aller gewichteter RDE-Datensätze zu den entsprechenden Wertepaarungen aus Drehzahl und Drehmoment.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die RDE-Datensätze: - RDE-Daten unterschiedlicher Fahrzeuge mit baugleichen Motoren, - RDE-Daten baugleicher Fahrzeuge mit baugleichen Motoren, - RDE-Daten mehrerer virtueller oder praktischer Messfahrten, - RDE-Daten mehrerer virtueller oder praktischer Messfahrten unterschiedlicher Fahrzeuge mit baugleichen Motoren, oder - RDE-Daten unterschiedlicher Fahrzeuge einer Fahrzeugflotte sind.
  11. 11. Verfahren zur Optimierung der Motorsteuerung eines verbrennungsmotorgetriebenen Kraftfahrzeugs auf einem Prüfstand unter Berücksichtigung von im praktischen oder im virtuellen Betrieb aufgenommenen Motor- und Emissionsdaten unter Verwendung eines Analysedatensatzes nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Emissionsdaten des Analysedatensatzes Zielvorgaben für die Motorentwicklung am Motorenprüfstand abgeleitet werden und/oder dass direkt aus den Emissionsdaten des Analysedatensatzes Zielvorgaben für die Motorentwicklung am Motorenprüfstand in einer automatisierten statistischen Versuchsplanung abgeleitet werden.
  12. 12. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung eines Prüfstandes mit einem Prüfling, wobei die Anordnung als Motorenprüfstand mit einem angeschlossenen Motor, als Antriebsstrangprüfstand mit einem angeschlossenen Antriebsstrang oder als Rollenprüfstand mit einem angeschlossenen Fahrzeug ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Prüfstandbetriebs durch Zielvorgaben gemäß Patentanspruch 11 erfolgt.
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