DE10020448A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs eines Verbrennungsmotors - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs eines VerbrennungsmotorsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung des Betriebs eines Verbrennungsmotors, insbesondere hinsichtlich ökologischer und ökonomischer Zielgrößen, wobei der Verbrennungsmotor mehrere Aktuatoren aufweist, die von einem Steuergerät in Abhängigkeit von Kennfeldern betätigt werden, die für eine Vielzahl von Betriebspunkten des Verbrennungsmotors Stellgrößen für die Aktuatoren enthalten. Dabei werden für jeden Betriebspunkt für jeden Aktuator von vorbestimmten Belastungsgrenzen des Verbrennungsmotors abhängige Einstellgrenzen für die Stellgrößen in eine Datenbank eingelesen. Für jeden Betriebspunkt wird für eine bestimmte Anzahl von Variationen der Stellgrößen der Verbrennungsmotor betrieben, wobei die Zielgrößen für den Motorbetrieb gemessen und in der Datenbank gespeichert werden. Mit den Variationen der Stellgrößen und den dazu ermittelten Zielgrößen wird ein die Abhängigkeit der Zielgrößen von den Stellgrößen beschreibendes physikalisches Motormodell kalibriert. Für jeden Betriebspunkt werden mit dem kalibrierten physikalischen Motormodell in Abhängigkeit von einstellbaren Kriterien für die Zielgrößen und innerhalb der Einstellgrenzen diejenigen Stellgrößen berechnet und in der Datenbank gespeichert, die für den jeweiligen Betriebspunkt die eingestellten Kriterien optimal erfüllen. Die Kennfelder des Steuergerätes werden in Abhängigkeit der berechneten optimalen Stellgrößen bedatet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung des
Betriebs eines Verbrennungsmotors, insbesondere hinsichtlich
ökologischer und ökonomischer Zielgrößen. Die Erfindung
betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung eines
solchen Verfahrens.
Ein moderner Verbrennungsmotor weist mehrere Aktuatoren auf,
wie z. B. eine Drosselklappe, mehrere Einspritzventile, ein
Abgasrückführungsventil, einen Verstellantrieb für einen
Turbolader mit verstellbarer Turbinengeometrie, eine
Kraftstoffpumpe, ein Regelelement für einen Ladeluftkühler.
Diese Aktuatoren werden üblicherweise mit einem Steuergerät in
Abhängigkeit von Kennfeldern betätigt, die für eine Vielzahl
von Betriebspunkten des Verbrennungsmotors die passenden
Stellgrößen für die Aktuatoren enthalten. Verbrennungsmotoren
müssen immer strenger werdende Abgasgrenzwerte erfüllen und
sollen dabei möglichst niedrigere Kraftstoffverbräuche und
Geräuschemissionen zeigen. Beispielsweise muß bei diesen
Motoren das Verbrennungsgeräusch durch eine entsprechende
Abstimmung der Verbrennung möglichst leise gehalten werden. Es
ist klar, daß zur Erzielung einer langen Lebenszeit
vorgegebene Belastungsgrenzen hinsichtlich thermischer
und/oder mechanischer Beanspruchungen der Bauteile nicht
überschritten werden dürfen.
Mit Hilfe der am Verbrennungsmotor ausgebildeten Aktuatoren
und der zugehörigen Hilfsaggregate wird versucht, in
Abhängigkeit des jeweiligen Motorbetriebszustandes, z. B. die
Abgasemission und den Kraftstoffverbrauch zu beeinflussen.
Eine entsprechende Sensorik ermöglicht dabei die Ermittlung
des jeweiligen Motorbetriebszustandes. Das Steuergerät des
Verbrennungsmotors betätigt die Aktuatoren im Sinne einer
Steuerung und/oder einer Regelung in Abhängigkeit von
Kennfeldern bzw. Kennlinien, in denen die Stellgrößen für die
Aktuatoren in Abhängigkeit der Betriebszustände abgelegt sind.
Beispielsweise wird ein Motorbetriebszustand regelmäßig durch
die Motorlast und die Motordrehzahl definiert, wobei sich die
Motorlast bei einem Verbrennungsmotor, der für alle Zylinder
eine gemeinsame Hochdruckleitung für die Kraftstoffzuführung
("Common-Rail-Prinzip") aufweist, besonders einfach aus der
Einspritzdauer und dem Einspritzdruck ermitteln läßt, da die
Motorlast von der eingespritzten Kraftstoffmenge abhängt.
Die bei einem Serienfahrzeug vorhandene Sensorik ermöglicht
keine direkte Messung der oben genannten Belastungsgrenzen und
Zielgrößen für den Motorbetrieb, wie Kraftstoffverbrauch,
Abgas- und Geräuschemissionen sowie thermische und mechanische
Motorbelastung. Dementsprechend müssen für jeden einzelnen
Betriebspunkt des Verbrennungsmotors die optimalen Werte für
die Stellgrößen der Aktuatoren in einem speziellen
Motorprüfstand ermittelt werden, der die entsprechende
Sensorik für die Messung der Zielgrößen und Motorbelastungen
aufweist. Das Auffinden der optimalen Stellgrößen in einem
Motorprüfstand und deren Speicherung in Kennfeldern wird als
Bedatung des Steuergerätes bezeichnet. Diese Bedatung wird
derzeit manuell von einem Versuchsingenieur oder Applikateur
durchgeführt. Durch die steigende Anzahl von Aktuatoren und
durch die wechselseitige Verkopplung von Stellgrößen und
Zielgrößen wird diese Bedatung des Steuergerätes extrem
aufwendig und zeitintensiv, so daß im Hinblick auf vorgegebene
Zielgrößen optimale Stellgrößen nicht mehr gefunden werden
können. Die in den Kennfeldern abgelegten Stellgrößen stellen
daher regelmäßig nur noch einen Kompromiß dar, der im Rahmen
eines vertretbaren Aufwandes noch die Einhaltung der
gesetzlich vorgeschriebenen Zielgrößen gewährleistet.
Herkömmlicherweise geht der Applikateur nach dem Prinzip der
sogenannten "Rasterfahndung" vor, um die optimalen
Stellgrößen für den Betrieb des Verbrennungsmotors zu finden.
Hierbei müssen zur Suche des Minimums einer Zielfunktion alle
möglichen Stellgrößen der Aktuatoren systematisch eingestellt
werden. Da der funktionale Zusammenhang der
Aktuatorenstellungen und der jeweiligen Zielfunktion mehrere
lokale Minima aufweisen kann, müssen für jede einzelne
Aktuatorstellung wenigstens fünf Variationen am Motorprüfstand
eingestellt werden. Durch das notwendige Abwarten, bis sich
jeweils ein konstanter oder statischer Motorzustand
eingestellt hat und die notwendige Zeit zur Erfassung der
Meßwerte ergibt sich ein Zeitbedarf pro Variation von etwa 6
bis 8 Minuten. Wenn beispielsweise 8 unabhängig voneinander
verstellbare Aktuatoren vorliegen, ergibt sich dadurch ein
Zeitbedarf von ca. 40.000 Stunden pro Betriebspunkt. Da ein
Kennfeld in der Regel 256 Betriebspunkte umfaßt, kann eine
Rasterfahndung bei modernen Verbrennungsmotoren normalerweise
nicht zu einer optimalen Kombination der Stellgrößen für den
gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors führen.
Mit Hilfe von sogenannten "Ansatzfunktionen" kann die Anzahl
der notwendigen Variationen für die Aktuatoreneinstellungen
gegenüber der Rasterfahndung beträchtlich reduziert werden.
Hierbei werden die funktionalen Zusammenhänge zwischen
Stellgrößen und Zielgrößen mittels vorgegebener Polynome
mathematisch beschrieben. Diese Polynome beschreiben dabei
keinen physikalischen Zusammenhang, sondern sind rein
empirisch durch Approximation bereits vorhandener Daten
aufgestellte Polynome. Die in den Polynomen auftretenden
Koeffizienten müssen durch voneinander unabhängige Variationen
der Stellgrößen an jedem Betriebspunkt berechnet werden.
Sinnvollerweise müssen mehr Variationen durchgeführt werden,
als Koeffizienten in den Polynomen auftreten, um entscheiden
zu können, ob der mittels des Polynoms beschriebene
Zusammenhang am jeweiligen Betriebspunkt gilt oder ausreichend
genau ist. Eine erfolgreiche Anwendung der Ansatzfunktionen
setzt daher eine umfangreiche Datenbasis voraus. Bei wenigen
Aktuatoren, d. h. nicht mehr als 3 Aktuatoren, können die
Ansatzfunktionen sinnvoll eingesetzt werden. Bei einer
größeren Anzahl von Einstellgrößen, die bei modernen
Verbrennungsmotoren vorliegt, wird die Ermittlung der
Ansatzfunktionen schnell aufwendig. Insbesondere dann, wenn
sich die Aktuatorenstellungen gegenseitig beeinflussen, kann
sich die Ermittlung der Ansatzfunktionen als extrem aufwendig
oder sogar unmöglich herausstellen.
Für jeden neuen Verbrennungsmotor muß eine solche Bedatung des
Steuergerätes durchgeführt werden. Darüberhinaus muß für jede
den Betrieb des Verbrennungsmotors beeinflussende
Konstruktionsänderung des Verbrennungsmotors eine neue
Bedatung des Steuergerätes durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
die Optimierung des Betriebs eines Verbrennungsmotors zu
vereinfachen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, am
Motorprüfstand, d. h. On-Line, eine Datenbasis für jeden
Betriebspunkt zu schaffen, die es in Verbindung mit einem
physikalischen Motormodell ermöglicht, den funktionalen
Zusammenhang zwischen den Stellgrößen und den Zielgrößen zu
beschreiben. Hierdurch ist es dann möglich, am Rechner, d. h.
Off-Line, die Optimierung der Stellgrößen in Abhängigkeit
gewünschter Zielgrößen durchzuführen. Da beim
erfindungsgemäßen Verfahren die eigentliche Optimierung der
Stellgrößen am Computer bzw. am Rechner erfolgt, können die
einzelnen Variationen der Stellgrößen extrem schnell
durchgeführt werden. Bei heutigen Rechnern benötigt die
Ermittlung der Zielgrößen für eine erfindungsgemäß Off-Line
durchgeführte Stellgrößenvariation etwa 5 Sekunden, während
eine herkömmliche On-Line durchgeführte Stellgrößenvariation -
wie oben angeführt - etwa 6 bis 8 Minuten benötigt. Dieser
Vorteil wird jedoch mit schnelleren und leistungsstärkeren
Rechnern zunehmend vergrößert. Der sich dadurch ergebende
wirtschaftliche Vorteil liegt auf der Hand.
Unter einem physikalischen Motormodell wird hierbei die
mathematisch physikalische Beschreibung des Verbrennungsmotors
als Modell verstanden. Dabei ist es durchaus möglich, das
Motormodell in mehrere Teilmodelle aufzuteilen, beispielsweise
jeweils ein separates physikalisches Teilmodell für den
Ladeluftkühler, den Turbolader, die Abgasrückführung. Jedes
der Teilmodelle beschreibt vollständig das für die
automatische Motoroptimierung relevante motorische Verhalten
und ermöglicht die Ermittlung der erforderlichen Zielgrößen in
Abhängigkeit der Stellgrößen. Das physikalische Motormodell
beschreibt insbesondere die Thermodynamik und Strömungsdynamik
des Systems "Verbrennungsmotor". Mechanische Einflüsse, z. B.
in Form der Motorreibung, können durch Kennfelder
berücksichtigt werden. Das physikalische Motormodell kann
dabei mehrere halbempirische Näherungsfunktionen zur
Berechnung enthalten, deren Koeffizienten
betriebspunktabhängig kalibriert werden müssen.
Dementsprechend benötigt auch ein physikalisches Modell
Variationen der Stellgrößen, um es an jedem Betriebspunkt
abzustimmen. Jedoch ist die Anzahl dieser Parameter-
Variationen bzw. Stellgrößen-Variationen deutlich kleiner als
beispielsweise bei der Ermittlung der Ansatzfunktionen. Denn
im physikalischen Motormodell sind z. B. die thermodynamischen
Zusammenhänge enthalten und müssen nicht durch empirische
Formeln beschrieben werden. Insbesondere können die z. B. bei
Ansatzfunktionen auftretenden Schwierigkeiten hinsichtlich
gegenseitiger Abhängigkeiten der Stellgrößen vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren benötigt für jeden
Betriebspunkt die Einstellgrenzen für die Stellgrößen aller
Aktuatoren. Diese Einstellgrenzen sind entweder aus früheren
Versuchen bereits bekannt und können dann ohne weiteres aus
einem entsprechenden Datenspeicher in die Datenbank eingelesen
werden. Falls die Einstellgrenzen jedoch nicht bekannt sind,
müssen diese im Motorenprüfstand ermittelt werden. Zu diesem
Zweck wird bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Einstellen und Variieren der Stellgrößen ein
spezielles Entwicklungssteuergerät verwendet, das die
Verstellung der Stellgröße eines Aktuators unabhängig von den
Stellgrößen der anderen Aktuatoren ermöglicht. Auf diese Weise
kann eine eindeutige Zuordnung zwischen den Stellgrößen und
den Betriebsgrenzen sowie den Zielgrößen erreicht werden.
Dies ist von besonderer Bedeutung, da ein herkömmliches
Motorsteuergerät stets so aufgebaut ist, daß die Stellgrößen
der Aktuatoren auf eine vorbestimmte Art miteinander verknüpft
sind. Dies hat zur Folge, daß die Einstellung einer Stellgröße
bei einem einzigen Aktuator stets eine Verstellung der
Stellgröße bei wenigstens einem anderen Aktuator zur Folge
hat. Die Verwendung eines solchen Entwicklungssteuergerätes
hat demnach für das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren
eine extreme Vereinfachung zur Folge.
Wenn der Verbrennungsmotor mit einem grundsätzlich
herkömmlichen Seriensteuergerät betrieben werden soll, bei dem
eine interne Verknüpfung der Stellgrößen der Aktuatoren
vorliegt, muß dies bei der Bedatung der Kennfelder dieses
Seriensteuergerätes berücksichtigt werden, da die berechneten
optimierten Stellgrößen durch die Wechselwirkung mit anderen
Stellgrößen nicht zu den gewünschten Zielgrößen führen können.
Entsprechend einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Optimierungsverfahrens können für die Bedatung der Kennfelder
des Seriensteuergerätes die Kennfelddaten des
Seriensteuergerätes für jeden Betriebspunkt so lange variiert
werden, bis die vom Seriensteuergerät generierten und
miteinander verknüpften Stellgrößen den mit dem physikalischen
Motormodell berechneten optimalen Stellgrößen entsprechen. Auf
diese Weise erfolgt eine Adaption der optimierten Stellgrößen
an das jeweilige Seriensteuergerät. Diese Adaption kann
systematisch und somit programmgesteuert durchgeführt werden.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den
Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die
nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der
jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den
Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den
Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des physikalischen
Motormodells,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung für den Ablauf der
Datenerfassung zur Bildung einer Datenbasis,
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung für den Ablauf der
Datenoptimierung und Steuergerätbedatung.
Entsprechend Fig. 1 kann ein physikalisches Motormodell 1 aus
mehreren Teilmodellen 2 bis 7 aufgebaut sein. Das Teilmodell 2
beschreibt beispielsweise die Vorgänge eines Ladeluftkühlers.
Das Teilmodell 3 kann eine mathematische bzw. physikalische
Beschreibung der Vorgänge in einem Turbolader widerspiegeln.
Die Funktionsweise einer Abgasrückführungseinrichtung kann
z. B. im Teilmodell 4 erläutert sein, während das Teilmodell 5
beispielsweise den Reibungseinfluß innerhalb des Motors
beschreibt. Im Teilmodell 6 können die Zusammenhänge der
Kraftstoffverbrennung in den Motorzylindern dargestellt
werden, während das Teilmodell 7 beispielsweise die
Ladungswechselvorgänge beschreibt. Die vorgenannten
Teilmodelle 2 bis 7 sind lediglich beispielhaft aufgezählt, so
daß durchaus weitere Teilmodelle hinzukommen können. Ebenso
können mehrere Teilmodelle zusammengefaßt werden.
Im physikalischen Motormodell 1 werden naturgemäß
ausschließlich mathematische bzw. physikalische Größen
verarbeitet. Dementsprechend erhält das Motormodell 1 an einer
Eingangsseite 8 physikalische Eingangsgrößen 9 und 10, die
durch Pfeile symbolisiert sind. Die physikalischen
Eingangsgrößen 9 repräsentieren beispielsweise elektrische
Stellsignale, die durch einen Pfeil 11 symbolisiert sind und
einer Übertragungseinheit 12 zugeführt werden, welche die
elektrischen Stellsignale 11 in physikalische Eingangsgrößen 9
für das Motormodell 1 umwandelt. Die Stellsignale 11
repräsentieren ihrerseits die Stellgrößen der Aktuatoren, die
in Fig. 1 in einem Feld 13 zusammengefaßt sind.
Andere physikalische Eingangsgrößen 10 repräsentieren
beispielsweise elektronische Meßsignale 14, die gemäß dem
zugeordneten Pfeil ebenfalls einer Übertragungseinheit 15
zugeführt werden, die aus den eingehenden elektrischen
Meßsignalen 14 physikalische Eingangsgrößen 10 ermittelt. Die
Meßsignale 14 repräsentieren ihrerseits Meßgrößen von
Sensoren, die hier in einem Feld 16 zusammengefaßt sind. Diese
Sensoren sind dabei Bestandteil einer Sensorik des
Verbrennungsmotors und können beispielsweise bei einem
Verbrennungsmotor mit Common-Rail-System den Einspritzdruck,
den sogenannten "Rail-Druck" messen.
Aus den physikalischen Eingangsgrößen 9 und 10 ermittelt das
physikalische Motormodell 1 mit Hilfe seiner Teilmodelle 2 bis
7 physikalische Ausgangsgrößen 17, 18, 19, die hier ebenfalls
durch Pfeile symbolisiert sind und an einer Ausgangsseite 20
des Motormodells 1 bereitgestellt werden. Beispielsweise
liefert das Motormodell 1 physikalische Ausgangsgrößen 17, die
zunächst wieder einer Übertragungseinheit 21 zugeführt und
dort in elektronische Signale 22 transferiert werden, die
beispielsweise Meßgrößen repräsentieren. Diese Meßgrößen 22
können ihrerseits wieder mittels einer Sensorik 23 des
Verbrennungsmotors gemessen werden. Das Motormodell 1
berechnet somit auch Meßgrößen, die sich aufgrund der
gewählten Aktuatorenstellungen am Verbrennungsmotor
selbsttätig einstellen. Insoweit werden hier berechnete
Meßgrößen 23 von konditionierten bzw. vorgegebenen Meßgrößen
16 unterschieden.
Das Motormodell 1 liefert auch physikalische Ausgangsgrößen
18, die Zielgrößen 24 entsprechen, die den Anlaß für die
Motoroptimierung geben. Zielgrößen 24 sind beispielsweise die
Schadstoffemission, die Geräuschentwicklung und der
Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors.
Des weiteren berechnet das Motormodell Ausgangsgrößen 19, die
Belastungsgrenzen 25 des Verbrennungsmotors zugeordnet sind,
die bei der Optimierung des Verbrennungsmotors zwingend
berücksichtigt werden müssen. Derartige Belastungsgrenzen 25
sind beispielsweise die Abgastemperatur und der Spitzendruck
bei der Kraftstoffverbrennung.
Das physikalische Motormodell 1 liefert somit Ausgangsgrößen
17, 18, 19, d. h. Meßgrößen 23, Zielgrößen 24,
Belastungsgrenzen 25, in Abhängigkeit von Eingangsgrößen 9,
10, d. h. Stellgrößen 13 und Meßgrößen 16.
Dieses Motormodell 1 enthält mehrere halbempirische
Näherungsfunktionen zur Berechnung bestimmter physikalischer
Größen, beispielsweise für die NOx-Bildung. Die Koeffizienten
dieser Näherungsfunktionen müssen betriebspunktabhängig
kalibriert werden, um das physikalische Motormodell 1 an den
jeweiligen Verbrennungsmotor anzupassen. Dementsprechend
benötigt das physikalische Motormodell Variationen der
Stellgrößen 13, um es an jedem Betriebspunkt des
Verbrennungsmotors abzustimmen.
Entsprechend Fig. 2 wird zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens ein Motorprüfstand 26
benötigt, der hier durch einen mit unterbrochener Linie
dargestellten Rahmen symbolisiert ist. In diesem
Motorprüfstand 26 kann ein Verbrennungsmotor 27 betrieben
werden, wobei der Motorprüfstand 26 über eine geeignete
Sensorik verfügt, mit denen die Zielgrößen 24 des
Motorbetriebs ermittelt werden können. Der Motorprüfstand 26
wird beispielsweise mit Hilfe einer Prüfstandsteuerung 28
betrieben, wobei diese Prüfstandsteuerung 28 hier eine
Meßdatenerfassung enthält, die mit der Sensorik des
Prüfstandes 26 verbunden ist.
Die Prüfstandsteuerung 28 kommuniziert mit einer
Datenverarbeitungsanlage 29 und leitet dieser die
Betriebsdaten des Motorprüfstandes 26 sowie die Meßwerte der
Sensorik zu. Die Datenverarbeitungsanlage 29 umfaßt dabei
einen Rechner 30 mit einer Ermittlungseinheit 31, einer
Kalibriereinheit 32, einer Modelleinheit 33 und einer
Überprüfungseinheit 34. Außerdem verfügt der Rechner 30 über
eine Datenbank 35. Die Ermittlungseinheit 31 enthält eine zur
Ermittlung der Einstellgrenzen geeignete Programmierung, d. h.
die Ermittlungseinheit 31 repräsentiert die dazu
erforderlichen Algorithmen. Dementsprechend enthält die
Kalibriereinheit 32 eine zur Kalibrierung des physikalischen
Motormodells 1 geeignete Programmierung bzw. repräsentiert die
dazu erforderlichen Algorithmen. In der Modelleinheit 33 ist
das physikalische Motormodell 1 enthalten, wobei die
Modelleinheit 33 die entsprechende Programmierung bzw. die
zugehörigen Algorithmen repräsentiert. In entsprechender Weise
enthält die Überprüfungseinheit 34 eine zur Überprüfung der
Kalibrierung des physikalischen Motormodells 1 geeignete
Programmierung, d. h. auch die Überprüfungseinheit 34
repräsentiert die dazu erforderlichen Algorithmen. Die
Datenbank 35 kann in den Rechner 30 integriert sein oder
extern angeordnet sein.
Eine Steuerungseinheit 36 enthält ein Entwicklungssteuergerät
37 zur Betätigung der nicht näher dargestellten Aktuatoren des
Verbrennungsmotors 27. Die Steuerungseinheit 36 ist mit der
Datenverarbeitungsanlage 29 bzw. mit deren Rechner 30
gekoppelt. Ein zusätzlicher Rechner oder Applikationsrechner
38 bildet eine Schnittstelle zwischen Rechner 30 und
Entwicklungssteuergerät 37.
Eine erste Phase der Motoroptimierung, die auch als "On-Line-
Optimierung" bezeichnet werden kann, läuft im wesentlichen
wie folgt ab:
Für jeden zu optimierenden Betriebspunkt des
Verbrennungsmotors 27 werden für jeden einzelnen Aktuator die
Einstellgrenzen für die Stellgrößen 13 in die Datenbank 35
eingelesen. Sofern die Einstellgrenzen des Verbrennungsmotors
27 an sich bekannt sind, erfolgt dieses Einlesen entweder
manuell oder aus einem entsprechenden Speichermedium. Die
Einstellgrenzen hängen dabei von Belastungsgrenzwerten des
Verbrennungsmotors 27 ab, wie z. B. Abgastemperatur,
Spitzendruck, Gleichlaufschwankungen der Verbrennung.
Für den Fall, daß die Einstellgrenzen nicht bekannt sind,
läuft das Programm der Ermittlungseinheit 31 ab, wobei jeder
einzelne Aktuator über die Steuerungseinheit 36 so lange
verstellt wird, bis eine der vorbestimmten und einstellbaren
Belastungsgrenzen erreicht ist. Die so ermittelten
Einstellgrenzen werden in der Datenbank 35 gespeichert.
Um diese Ermittlung der Einstellgrenzen durchführen zu können,
wird das spezielle Entwicklungssteuergerät 37 benötigt, das
eine Verstellung der Stellgröße eines Aktuators unabhängig von
den Stellgrößen der anderen Aktuatoren ermöglicht. Ein
Seriensteuergerät kann hierzu nicht verwendet werden, da dort
regelmäßig eine interne Verknüpfung der Stellgrößen vorgegeben
ist, so daß die Verstellung einer Stellgröße eines Aktuators
regelmäßig die Verstellung der Stellgröße von wenigstens einem
weiteren Aktuator zur Folge hat.
Die Überwachung der Belastungsgrenzen erfolgt dabei durch die
Sensorik des Motorprüfstandes 26. Bei dieser Art der
Ermittlung der Einstellgrenzen muß der Verbrennungsmotor 27 im
Motorprüfstand 26 in Abhängigkeit der jeweils eingestellten
Stellgrößen betrieben werden.
Nach der Ermittlung der Einstellgrenzen läuft das Programm der
Kalibriereinheit 32 ab, wobei der Motor 27 für eine definierte
Anzahl von Variationen der Stellgrößen betrieben wird. Der
Motorprüfstand 26 ermöglicht dann die Messung der Zielgrößen,
die sich aufgrund der jeweils eingestellten Stellgrößen-
Variation am Verbrennungsmotor 27 einstellen. Bei der Auswahl
der Stellgrößen für die jeweilige Variation werden die zuvor
ermittelten Einstellgrenzen berücksichtigt. Die minimale
Anzahl an einzustellenden und auszumessenden Stellgrößen-
Variationen entspricht dabei der Anzahl der zu bestimmenden
Koeffizienten im physikalischen Motormodell. Bei einer
größeren Anzahl als der minimal erforderlichen Anzahl wird die
beste Annäherung nach der Methode der "kleinsten
Fehlerquadratsumme" rechnerisch gesucht.
Nach dieser Kalibrierung des physikalischen Motormodells wird
das Programm der Überprüfungseinheit 34 abgearbeitet, um
festzustellen, ob das kalibrierte Motormodell ausreichend
genau arbeitet. Zur Überprüfung wird dann wenigstens eine
weitere Stellgrößen-Variation am Verbrennungsmotor 27
eingestellt, um die durch den Motorbetrieb daraus
resultierenden Zielgrößen (Ist-Zielgrößen) On-Line zu
erfassen. Parallel dazu werden die Zielgrößen (Soll-
Zielgrößen) in Abhängigkeit dieser Stellgrößen-Variation mit
Hilfe des kalibrierten Motormodells Off-Line berechnet.
Anschließend werden die am realen Verbrennungsmotor 27
gemessenen Ist-Zielgrößen mit den für den virtuellen
Verbrennungsmotor des Motormodells berechneten Soll-Zielgrößen
verglichen. Die Überprüfungseinheit 34 stellt anhand dieses
Vergleichs fest, ob das kalibrierte Motormodell hinreichend
genau mit der Realität übereinstimmt oder ob zu große
Abweichungen zwischen Realität und Modell vorliegen.
Für den Fall, daß das kalibrierte Motormodell nicht
hinreichend genau arbeitet, werden beispielsweise die
Einstellgrenzen der Aktuator-Stellgrößen reduziert, um den
möglichen Einstellbereich etwas einzuschränken. Anschließend
wird die Kalibrierung des Motormodells wiederholt und erneut
eine Überprüfung durchgeführt.
Falls das kalibrierte Motormodell hinreichend genau mit der
Realität übereinstimmt, werden die berechneten Koeffizienten
des kalibrierten physikalischen Motormodells für den
jeweiligen Betriebspunkt in der Datenbank 35 gespeichert.
Auch für die Einstellung der Stellgrößen-Variationen, d. h. für
die Kalibrierung des physikalischen Motormodells sowie für die
Überprüfung des kalibrierten Motormodells, ist die Verwendung
des Entwicklungssteuergerätes 37 von besonderem Vorteil, da
hier einzelne Stellgrößen gezielt, also unabhängig von den
anderen Stellgrößen, eingestellt werden können.
Diese Prozedur wird für jeden einzelnen Betriebspunkt
durchgeführt.
Auf diese Weise wird in der Datenbank 35 eine Datenbasis
geschaffen, mit deren Hilfe die im folgenden beschriebene
zweite Phase der Motoroptimierung, die sogenannte "Off-Line-
Optimierung" durchgeführt werden kann:
Entsprechend Fig. 3 wird mittels eines Optimierungsrechners
53, der zur Durchführung eines mathematischen Verfahrens, z. B.
eine genetische Analyse, programmiert ist, für jeden einzelnen
Betriebspunkt die optimale Kombination der Stellgrößen für die
Aktuatoren im Hinblick auf vorbestimmte Zielgrößen, wie z. B.
gesetzliche vorgeschriebene Grenzwerte für Schadstoffemission
und Geräuschemission und ein geringer Kraftstoffverbrauch,
berechnet. Hierbei werden die Stellgrößen am virtuellen Motor
des kalibrierten physikalischen Motormodells 39 "eingestellt"
bzw. als Eingangsgrößen verwendet, um daraus ohne Motorbetrieb
im Prüfstand, also Off-Line, die daraus resultierenden
Zielgrößen zu berechnen. Hierbei berücksichtigt der
Optimierungsrechner 53 außerdem die Belastungsgrenzen des
Verbrennungsmotors sowie die Einstellgrenzen der Aktuatoren.
Die dazu erforderliche Datenbasis 40 wird durch die Datenbank
35 zur Verfügung gestellt, in der die relevanten Daten
gespeichert sind.
Bei dieser eigentlichen Optimierungsprozedur zeigt sich der
große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens in aller
Deutlichkeit, denn während für jede Stellgrößen-Kombination
bei einer herkömmlichen On-Line-Optimierung mit einem reellen
Motorbetrieb im Prüfstand stets ein stationärer Motorbetrieb
abgewartet werden muß, was ca. 6 bis 8 Minuten beansprucht, um
die Zielgrößen zuverlässig messen zu können, benötigt der
virtuelle Motor des kalibrierten Motormodells 39 dafür bei den
heutigen Rechnern nur etwa 5 Sekunden. Bei einer
fortschreitenden Rechnerentwicklung läßt sich diese Rechenzeit
außerdem weiter verkürzen, während die Zeitdauer für die
Einstellung eines stationären Motorbetriebes unverändert hoch
bleibt.
Wenn nach dem Programmablauf des Optimierungsrechners 53 für
alle Betriebspunkte die optimalen Stellgrößen-Kombinationen
vorliegen, ist die eigentliche Motoroptimierung im
wesentlichen abgeschlossen.
Der Verbrennungsmotor soll jedoch regelmäßig mit einem
Steuergerät ausgestattet werden, dem sogenannten
"Seriensteuergerät", bei dem interne Verknüpfungen
Wechselwirkungen zwischen den Stellgrößen hervorrufen, so daß
eine weitere Prozedur erforderlich ist, um dieses
Seriensteuergerät an die optimierten Stellgrößen anzupassen.
Ein übliches Seriensteuergerät ist intern zweiteilig
strukturiert und besitzt einen Datenrahmen mit den Kennfeldern
sowie einen Funktionsrahmen, der aus den im Datenrahmen
abgelegten Stellgrößen die Stellsignale für die Aktuatoren in
Echtzeit berechnet und über entsprechende Endstufen des
Seriensteuergerätes die Aktuatoren damit ansteuert. Die
Bedatung des Seriensteuergerätes, z. B. durch einen
Applikateur, betrifft nur den Datenrahmen; der Funktionsrahmen
ist dem Applikateur nicht zugänglich. Änderungen im
Funktionsrahmen können regelmäßig nur durch den
Steuergerätelieferanten durchgeführt werden.
Um dem Applikateur die Bedatung des Datenrahmens zu
ermöglichen und um die notwendigen Berechnungen in Echtzeit
durchführen zu können, ist der Datenrahmen üblicherweise so
strukturiert, daß maximal zweidimensionale Kennfelder
existieren, z. B. Raildruck als Funktion von Drehzahl und Last.
Höher dimensionale Zusammenhänge, z. B. Raildruck als Funktion
von Drehzahl, Last und Ladedruck werden in Form von 2-
dimensionalen Kennfeldern, 1-dimensionalen Kennlinien und 0-
dimensionalen Korrekturwerten dargestellt. Dies wird damit
begründet, daß höherdimensionale Zusammenhänge komplex sind
und von einem Applikateur nicht mehr manuell bearbeitet werden
können. Die funktionalen Zusammenhänge sind in der Regel in
Form diskreter Stützstellen dargestellt, d. h. im Datenrahmen
existieren regelmäßig keine mathematischen Funktionen, z. B.
Polynome, deren Koeffizienten zu bedaten wären. Die Bedatung
richtet sich damit zwangsläufig nach diesen Stützstellen.
Diese Stützstellen können manuell bearbeitet werden, da sie im
Unterschied zu abstrakten Koeffizienten relativ anschaulich
sind. Außerdem ermöglichen Stützstellen eine einfache, sichere
und schnelle Berechenbarkeit, da zwischen den Stützstellen
üblicherweise nur linear interpoliert wird. Darüber hinaus
werden im Datenrahmen als unabhängige Variablen sogenannte
"pseudophysikalische" Größen verwendet bzw. berechnet, um
auch hier wieder Größen zur Verfügung zu stellen, die dem
motorischen Verständnis des Applikateurs entsprechen.
Beispielsweise sind die Drehzahl und die Last derartige
unabhängige Variablen. Die Verwendung dieser
pseudophysikalischen Größen ermöglicht außerdem einen
stufenweisen Aufbau der Bedatung des Seriensteuergerätes,
wobei zunächst diejenigen Kennfelder und Kennlinien bedatet
werden, die zu den pseudophysikalischen Größen führen, und
erst anschließend die eigentliche Optimierungsbedatung
durchgeführt wird.
Zusammenfassend heißt dies, daß herkömmliche
Seriensteuergeräte hinsichtlich ihrer Struktur für eine
manuelle Bedatung ausgelegt sind. Hierbei wird in Kauf
genommen, daß durch diese Struktur eine systematische
Verstellung einzelner Einstellgrößen nicht oder nur mit großem
Aufwand möglich ist, da die scheinbar unabhängigen Variablen
selbst wieder abhängige Variablen einer vorhergehenden
Bedatung bzw. Berechnung sind. Um auch hier grundsätzlich die
Möglichkeit einer manuellen Nachbearbeitung durch einen
Applikateur offen zu halten, wird derzeit an dieser Struktur
der Seriensteuergeräte festgehalten.
Entsprechend Fig. 3 ist zum Abgleich der aufgefundenen
optimalen Stellgrößen-Kombinationen an das Seriensteuergerät
eine Adaptionseinheit 41 vorgesehen, die vom
Optimierungsrechner 53 einerseits für jeden Betriebspunkt die
zugehörige optimierte Stellgrößen-Kombination 42 und
andererseits die zu diesem Betriebspunkt zugehörige
Sensorsignal-Kombination 43 erhält.
Die Übertragung der Stellgrößen-Kombination 42 ist in Fig. 3
durch einen Pfeil symbolisiert, während ein anderer Pfeil die
Übertragung der zugehörigen Sensorgrößen-Kombination 43
symbolisiert. Die Adaptionseinheit 41 führt die einem
bestimmten Betriebspunkt 46 zugeordnete Sensorsignal-
Kombination 43 einer Steuerungseinheit 44 zu, wobei die
jeweiligen Betriebspunkte 46 hier durch ein mit einem
Verbindungspfeil 45 verknüpftes Rechteck symbolisiert sind.
Die Steuerungseinheit 44 enthält das Seriensteuergerät 47
sowie einen für die Bedatung erforderlichen
Applikationsrechner 48. Das Seriensteuergerät enthält
Kennfelder, in deren Abhängigkeit jedem eingehenden
Betriebspunkt 46 eine Stellgrößen-Kombination 49 zugeordnet
wird, die das Seriensteuergerät 47 über eine entsprechende
Verbindung der Adaptionseinheit 41 übermittelt. Diese
Verbindung ist hier durch einen Verbindungspfeil 50
symbolisiert, der mit einem Rechtecksymbol verbunden ist, das
diejenige Stellgrößen-Kombination 49 repräsentiert, die das
Seriensteuergerät 47 als Reaktion auf den zugeführten
Betriebspunkt 46 liefert.
Die Adaptionseinheit 41 verändert dann für jeden Betriebspunkt
46 die Kennfelder des Datenrahmens des Seriensteuergerätes 47
systematisch solange, bis die von Seriensteuergerät 47
übermittelte Stellgrößen-Kombination 49 mit der vom
Motormodell für diesen Betriebspunkt 46 berechneten optimalen
Stellgrößen-Kombination 42 übereinstimmt. Die Beeinflussung
der Kennfelder des Seriensteuergerätes 47 durch die
Adaptionseinheit 41 ist in Fig. 3 durch eine
Doppelpfeilverbindung 51 symbolisiert. Die veränderten und
angepaßten Kennfelder 52 werden hierbei durch ein mit dem
Verbindungspfeil 51 gekoppeltes Rechteck symbolisiert. Die
Adaptionseinheit 41 arbeitet dabei progammgesteuert, also
automatisch, wobei die Veränderung der Kennfelder 52 über eine
entsprechende Ansteuerung des Adaptionsrechners 48 erfolgt.
Die Adaption des Seriensteuergerätes 47 erfolgt hierbei in
einer sogenannten "Hardware-in-the-Loop-Umgebung" oder kurz
"HIL-Umgebung", bei der die Hardware, also das
Seriensteuergerät 47, direkt in die Programm-Prozedur der
Adaptionseinheit 41 eingebunden ist.
Wenn für jeden einzelnen Betriebspunkt die Kennfelder des
Seriensteuergerätes 47 an die berechneten optimalen
Stellgrößen angepaßt sind, ist die Bedatung des
Seriensteuergerätes 47 im Sinne einer lokalen Optimierung
beendet.
Unter einer "lokalen Optimierung" wird hierbei die Suche nach
der optimalen Stellgrößen-Kombination für jeden einzelnen
Betriebspunkt verstanden.
Hiervon wird die sogenannte "globale Optimierung"
unterschieden, bei der zunächst für einen vorbestimmten
Testzyklus, z. B. ECE-Test oder FTP75-Test,
Ersatzbetriebspunkte aus den von diesem Testzyklus betroffenen
Betriebspunkten berechnet werden. Die Ersatzbetriebspunkte
sind im Unterschied zu den Betriebspunkten, aus denen sie
hervorgehen, bezüglich eines vorbestimmten Parameters
gewichtet. Vorzugsweise sind die Ersatzbetriebspunkte
entsprechend ihres Zeitanteils im Testzyklus gewichtet.
Die globale Optimierung hat zum Ziel, entsprechend den
vorgegebenen Zielgrößen, z. B. minimaler Kraftstoffverbrauch
und minimales Verbrennungsgeräusch bei Einhaltung
vorgeschriebener Grenzwerte für die Abgasemissionen und bei
Einhaltung vorgegebener Belastungsgrenzen, den Motorbetrieb
über alle Ersatzbetriebspunkte zu Optimieren. Im wesentlichen
bedeutet dies, daß global definierte Grenzwerte, z. B. der
gesamte NOx-Ausstoß über alle Ersatzbetriebspunkte, also über
den gesamten Testzyklus, dazu benutzt werden können, daß
Ergebnis der lokalen Optimierung zu verbessern. Hierbei ist es
durchaus möglich, daß der globale Grenzwert bei einzelnen
Betriebspunkten, das heißt lokal, überschritten wird, um z. B.
einen besseren Kraftstoffverbrauch zu erzielen, solange über
alle Ersatzbetriebspunkte, das heißt über den gesamten
Testzyklus, der globale Grenzwert eingehalten wird.
Diese globale Optimierung wirkt sich in der Regel nur für
einen Teilbereich der Kennfelder aus. Hinsichtlich aller
Ersatzbetriebspunkte können mit Hilfe des (lokal) kalibrierten
physikalischen Motormodells die optimalen Stellgrößen-
Kombinationen für die Ersatzbetriebspunkte berechnet werden.
Eine derartige globale Optimierung wird durch das
erfindungsgemäße Optimierungsverfahren extrem vereinfacht.
Die vorbeschriebene Optimierung des Motorbetriebs betrifft
grundsätzlich die stationäre Optimierung, das heißt die
Bedatung des Seriensteuergerätes bei stationären
Motorzuständen. Eine instationäre Optimierung, also die
Bedatung von Korrekturfunktionen, die während instationärer
Motorbetriebszustände, wie z. B. Beschleunigung, Verzögerung,
Startverhalten und Warmlauf, das Motorverhalten optimieren,
kann hierbei in der üblichen Weise durchgeführt werden. Das
heißt, es wird zunächst von einer stationären Optimierung
ausgegangen, so daß die Güte der instationären Optimierung
entscheidend von der Güte der stationären Optimierung abhängt.
Durch die erfindungsgemäß verbesserte stationäre Optimierung
wird somit auch die darauf aufbauende instationäre Optimierung
des Motorbetriebs verbessert.
Claims (16)
1. Verfahren zur Optimierung des Betriebs eines
Verbrennungsmotors, insbesondere hinsichtlich ökologischer und
ökonomischer Zielgrößen,
wobei der Verbrennungsmotor mehrere Aktuatoren aufweist, die von einem Steuergerät in Abhängigkeit von Kennfeldern betätigt werden,
wobei die Kennfelder für einen Vielzahl von Betriebspunkten des Verbrennungsmotors Stellgrößen für die Aktuatoren enthalten,
mit folgenden Schritten:
wobei der Verbrennungsmotor mehrere Aktuatoren aufweist, die von einem Steuergerät in Abhängigkeit von Kennfeldern betätigt werden,
wobei die Kennfelder für einen Vielzahl von Betriebspunkten des Verbrennungsmotors Stellgrößen für die Aktuatoren enthalten,
mit folgenden Schritten:
- 1. A: für jeden Betriebspunkt werden für jeden Aktuator von vorbestimmten Belastungsgrenzen des Verbrennungsmotors abhängige Einstellgrenzen für die Stellgrößen in eine Datenbank eingelesen,
- 2. B: für jeden Betriebspunkt wird für eine bestimmte Anzahl von Variation der Stellgrößen der Verbrennungsmotor betrieben, wobei die Zielgrößen für den Motorbetrieb gemessen und in der Datenbank gespeichert werden,
- 3. C: mit den Variationen der Stellgrößen und den dazu ermittelten Zielgrößen wird ein die Abhängigkeit der Zielgrößen von den Stellgrößen beschreibendes physikalisches Motormodell kalibriert,
- 4. D: für jeden Betriebspunkt werden mit dem kalibrierten physikalischen Motormodell in Abhängigkeit von einstellbaren Kriterien für die Zielgrößen und innerhalb der Einstellgrenzen diejenigen Stellgrößen berechnet und in der Datenbank gespeichert, die für den jeweiligen Betriebspunkt die eingestellten Kriterien optimal erfüllen,
- 5. E: die Kennfelder des Steuergerätes werden in Abhängigkeit der berechneten optimalen Stellgrößen bedatet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Schritt A die Einstellgrenzen dadurch ermittelt
werden, daß für jeden Aktuator die zugehörige Stellgröße
solange verstellt wird, bis einer der vorbestimmten
Belastungsgrenzwerte erreicht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß für den Verbrennungsmotor ein Seriensteuergerät als
Steuergerät verwendet wird, das einen Datenrahmen und einen
Funktionsrahmen aufweist, wobei der Datenrahmen die Kennfelder
enthält und wobei der Funktionsrahmen eine vorbestimmte
Verknüpfung der Stellgrößen der Aktuatoren enthält, so daß die
Verstellung der Stellgröße eines Aktuators bei wenigstens
einem anderen Aktuator die Verstellung der zugehörigen
Stellgröße bewirkt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Einstellen und Variieren der Stellgrößen ein
Entwicklungssteuergerät verwendet wird, das die Verstellung
der Stellgröße eines Aktuators unabhängig von den Stellgrößen
der anderen Aktuatoren ermöglicht.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Bedatung der Kennfelder des Seriensteuergerätes
die Kennfelddaten des Datenrahmens für jeden Betriebspunkt
solange variiert werden, bis die vom Funktionsrahmen
generierten und miteinander verknüpften Stellgrößen den mit
dem kalibrierten physikalischen Motormodell berechneten
optimalen Stellgrößen entsprechen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Schritten C und D eine Überprüfung des
kalibrierten physikalischen Motormodells durchgeführt wird,
wobei diese Überprüfung die folgenden Schritte aufweist:
- 1. a: Einstellen wenigstens einer zusätzlichen Variation von Stellgrößen,
- 2. b: Betreiben des Verbrennungsmotors mit dieser Stellgrößen- Variation,
- 3. c: Messen von sich dabei ergebenen Ist-Zielgrößen,
- 4. d: Berechnen von Soll-Zielgrößen aus der Stellgrößen-Variation mit dem kalibrierten physikalischen Motormodell,
- 5. e: Vergleichen der gemessenen Ist-Zielgrößen mit den berechneten Soll-Zielgrößen,
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Falle einer unzulässigen Abweichung zwischen den Ist-
Zielgrößen und den Soll-Zielgrößen die Einstellgrenzen
verändert werden und das Verfahren ab Schritt B einschließlich
wiederholt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß Schritt C für jeden Betriebspunkt separat durchgeführt
wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß für Betriebspunkte, die von einem vorbestimmten Testzyklus
betroffen sind, Schritt D wie folgt geändert wird:
- 1. a: aus den vom Testzyklus betroffenen Betriebspunkten werden Ersatzbetriebspunkte berechnet, die hinsichtlich eines einstellbaren Parameters gewichtet sind,
- 2. b: für die Ersatzbetriebspunkte werden mit dem kalibrierten physikalischen Motormodell in Abhängigkeit von einstellbaren Kriterien für die Zielgrößen und innerhalb der Einstellgrößen diejenigen Stellgrößen berechnet und in der Datenbank gespeichert, die für die Gesamtheit aller Ersatzbetriebspunkte die einstellbaren Kriterien für die Zielgrößen optimal erfüllen.
10. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 9,
mit einem Motorprüfstand (26), in dem der Verbrennungsmotor (27) betrieben werden kann,
mit einer Sensorik, die zum Messen der Zielgrößen des Motorbetriebs geeignet ist,
mit einer Datenverarbeitungsanlage (29) umfassend
eine Datenbank (35),
eine Modelleinheit (33), die eine das physikalische Motormodell beschreibende Programmierung enthält,
eine Kalibriereinheit (32), die eine zur Kalibrierung des physikalischen Motormodells geeignete Programmierung enthält,
einen Rechner (30).
mit einem Motorprüfstand (26), in dem der Verbrennungsmotor (27) betrieben werden kann,
mit einer Sensorik, die zum Messen der Zielgrößen des Motorbetriebs geeignet ist,
mit einer Datenverarbeitungsanlage (29) umfassend
eine Datenbank (35),
eine Modelleinheit (33), die eine das physikalische Motormodell beschreibende Programmierung enthält,
eine Kalibriereinheit (32), die eine zur Kalibrierung des physikalischen Motormodells geeignete Programmierung enthält,
einen Rechner (30).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Datenverarbeitungsanlage (29) eine Ermittlungseinheit
(31) aufweist, die eine zur Ermittlung der Einstellgrenzen
geeignete Programmierung enthält.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Datenverarbeitungsanlage (29) eine Überprüfungseinheit
(34) aufweist, die eine zur Überprüfung der Kalibrierung des
physikalischen Motormodells geeignete Programmierung enthält.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung ein Entwicklungssteuergerät (37) aufweist,
das die Verstellung der Stellgröße eines Aktuators unabhängig
von den Stellgrößen der anderen Aktuatoren ermöglicht.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung ein Seriensteuergerät (47) aufweist, das
einen Datenrahmen und einen Funktionsrahmen aufweist, wobei
der Datenrahmen die Kennfelder enthält und wobei der
Funktionsrahmen eine vorbestimmte Verknüpfung der Stellgrößen
der Aktuatoren enthält, derart, daß die Verstellung der
Stellgröße eines Aktuators bei wenigstens einem anderen
Aktuator die Verstellung der zugehörigen Stellgröße bewirkt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Datenverarbeitungsanlage (29) eine Adaptionseinheit
(41) aufweist, die eine Programmierung enthält, die für die
Bedatung der Kennfelder des Seriensteuergerätes (47) die
Kennfelddaten des Datenrahmens für jeden Betriebspunkt solange
variiert, bis die vom Funktionsrahmen generierten und
miteinander verknüpften Stellgrößen den mit dem kalibrierten
physikalischen Motormodell berechneten optimalen Stellgrößen
entsprechen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Datenverarbeitungsanlage (29) eine
Globaloptimierungseinheit aufweist, die eine Programmierung
enthält, die für Betriebspunkte, die von einem vorbestimmten
Testzyklus betroffen sind, Ersatzbetriebspunkte berechnet, die
hinsichtlich eines einstellbaren Parameters gewichtet sind,
und für diese Ersatzbetriebspunkte mit dem kalibrierten
physikalischen Motormodell in Abhängigkeit von einstellbaren
Kriterien für die Zielgrößen und innerhalb der Einstellgrenzen
diejenigen Stellgrößen berechnet und in der Datenbank
speichert, die für die Gesamtheit aller Ersatzbetriebspunkte
die einstellbaren Kriterien für die Zielgrößen optimal
erfüllen.
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