DE102006007786B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Abschätzung mindestens eines Steuerparameters einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine für eine Zieleinspritzmenge - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Abschätzung mindestens eines Steuerparameters einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine für eine Zieleinspritzmenge Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Abschätzung mindestens eines Steuerparameters einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine für eine Zieleinspritzmenge. Die Abschätzung des Steuerparameters basiert auf linearen Regressionstechniken, die zwischen vorgegebenen Gitterpunkten und ermittelten Testpunkten in einem Beriebsbereich der Einspritzanlage ermittelt werden.

Description

  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Abschätzen eines Kennfelds einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine zur Steuerung der Einspritzung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Abschätzung mindestens eines Steuerparameters für eine Zieleinspritzmenge.
  • 2. Hintergrund der Erfindung
  • Die genaue Abschätzung kleiner eingespritzter Kraftstoffmengen ist erforderlich, um die Einspritzparameter der Einspritzanlage genau auf den Bereich kleiner Einspritzmengen abzustimmen. Dies bildet die Grundlage für die Fähigkeit, eine angeforderte Kraftstoffmenge konsistent und verlässlich einzuspritzen, so dass die neuen europäischen Abgasanforderungen für neue Kraftfahrzeuge eingehalten werden können. In diesem Zusammenhang sollte man beachten, dass unerwünschte Emissionen von Brennkraftmaschinen besonders empfindlich auf eine ungenaue Einstellung der Einspritzparameter im Bereich kleiner Einspritzmengen reagieren.
  • Die meisten Kraftfahrzeuge besitzen einen Kurbelwellensensor, der die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle erfasst. Diese Variable stellt eine ausgezeichnete Quelle für die Herleitung dynamischer Größen bereit, die aus einzelnen Verbrennungen im Zylinder ableitbar sind. Bisherige technische Anordnungen verwenden eine hoch auflösende Rauschmessung im Motor mit Hilfe von einem oder mehreren Mikrofonen oder Klopfsensoren. Diese sind am Motorblock nahe der Zylinder befestigt. Gemäß einer weiteren Alternative werden Zylinderdruckmessungen mit Hilfe eines Zylinderdrucksensors durchgeführt. Zylinderdrucksensoren können an verschiedenen Positionen innerhalb des Zylinders angeordnet sein. Beide Ansätze haben jedoch den Nachteil, dass sie nicht standardmäßig in Kraftfahrzeugen installiert sind und daher wesentlich die Herstellungskosten des Kraftfahrzeugs erhöhen.
  • Bekannte Ansätze aus dem Stand der Technik zum Abschätzen der Einspritzsteuerparameter beinhalten das Abschätzen eines isolierten Punktes entsprechend einer Betätigungszeit einer elektrischen Einspritzanlage, an dem eine Verbrennung erfassbar ist (vgl. DE 198 09 173 A1 und DE 199 45 618 A1 ). Ein anderes Verfahren versucht das von einer isolierten Einspritzung resultierende Drehmoment abzuschätzen. Dieser Ansatz kann ebenfalls dazu verwendet werden, in einem offenen Regelkreis die Einspritzparameter den eingespritzten Kraftstoffmengen zuzuordnen. Dieser Ansatz beinhaltet ebenfalls, dass die Zuordnung basierend auf mehreren unterschiedlichen Punkten erfolgt bzw. abgeschätzt wird, um auf diese Weise eine höhere Genauigkeit bereitzustellen. Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die Informationen der abgeschätzten Punkte nicht gemeinsam genutzt werden.
  • Andere Ansätze wiederum beschreiben die Anpassung der einer Piezoeinspritzanlage zugeführten Energie anstelle der Anpassung einer Betätigungszeit der Einspritzanlage, um auf diese Weise die Zuordnung der Einspritzparameter zu einzelnen Einspritzmengen zu identifizieren und zu korrigieren. All diese Ansätze basieren darauf, dass eingespritzte Kraftstoffmengen oder Drehmomente ausgehend von isolierten Einspritzungen bestimmt werden, indem man die Geschwindigkeitssignale der Kurbelwelle bzw. die Signale des Kurbelwellensensors der Brennkraftmaschine auswertet.
  • die jeweilige Einspritzanlage aufgenommen, die den Zusammenhang zwischen einer eingespritzten Kraftstoffmenge und verschiedenen Steuerparametern darstellen. Der mathematische Zusammenhang zwischen Einspritzmenge und Steuerparameter wird mit Hilfe einer Funktion beschrieben, mit der nachfolgend die Steuerung der Einspritzanlage kalibriert wird, so dass diese an die tatsächliche Leistung der Einspritzanlage angepasst ist.
  • DE 199 10 035 A1 beschreibt ein Verfahren zur automatischen Erstellung von geglätteten Kennfeldern für eine elektronische Motorsteuerung von Brennkraftmaschinen. Mit Hilfe einer Referenz-Kolbenbrennkraftmaschine werden vorgegebene Betriebspunkte gezielt angefahren und die dort erzielten Randbedingungen mit Sollwerten für diese Randbedingungen verglichen. Mit Hilfe eines Optimierungssystems wird nachfolgend die Verstellgrößenkombination der Brennkraftmaschine optimiert, um die vorgegebenen Sollwerte zu erreichen.
  • DE 102 15 610 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zum Korrigieren des Einspritzverhaltens eines Injektors bzw. einer Einspritzanlage. An mehreren Prüfpunkten der Einspritzanlage werden die Sollwerte und Istwerte des jeweiligen Prüfpunkts erfasst und gespeichert. Zur Korrektur der Abweichungen zwischen Ist- und Sollwerten wird ein Mengenkorrekturkennfeld eingesetzt, in dem die erfassten Daten ausgewertet werden.
  • DE 103 28 787 A1 offenbart ein Verfahren zur korrelationsbasierten Bedatung eines diskretisierten Kennfelds in einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine. Dieses Kennfeld setzt sich aus diskretisierten Stützstellen zusammen. Basierend auf einer ermittelten Messreihe werden Referenzpunkte mit Istdaten-versehen, um für einen festgelegten Referenzpunkt eine Regressionsberechnung mit Hilfe verfügbarer Korrelationspunkte durchführen zu können.
  • EP 1 526 267 A2 offenbart ein Verfahren zur Driftkompensation einer Einspritzanlage für die Direkteinspritzung in Brennkraftmaschinen. Dieses Verfahren unterteilt zunächst den Wertebereich des Betriebsparameters der Einspritzanlage in diskrete Abschnitte. Innerhalb dieser Abschnitte wird für wenigstens einen Betriebspunkt ein von dem Betriebsparameter abhängiger Korrekturwert bestimmt und zusammen mit seinem Betriebspunkt gespeichert. Ist der Korrekturwert für einen Betriebspunkt gefragt, der zwischen zwei vermessenen Betriebspunkten liegt, wird eine entsprechende Interpolation zwischen den benachbarten Korrekturwerten durchgeführt. Dieses Verfahren liefert jedoch nur eine grobe Abschätzung für die Größe der Korrekturwerte, so dass beispielsweise die Steuerspannung für eine Einspritzanlage nur ungenau korrigiert wird.
    •
  • Um den immer niedrigeren Grenzwerten moderner Abgasanforderungen genügen zu können, ist es erforderlich, ein im Vergleich zum Stand der Technik genaueres Verfahren zur Abschätzung ei nes Steuerparameters einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine bereitzustellen.
  • 3. Zusammenfassung der Erfindung
  • Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 bzw. eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 4 gelöst. Modifikationen, Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des obigen Verfahrens gehen aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den anhängenden Patentansprüchen hervor.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. Vorrichtung zur Abschätzung mindestens eines Steuerparameters einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine für eine Zieleinspritzmenge umfasst die folgenden Schritte: Bestimmen eines Einspritzsteuergitters mit einer Mehrzahl von Gitterpunkten beschrieben durch jeweils mindestens einen Gitterparameter und eine Gittereinspritzmenge, während das Einspritzsteuergitter einen Betriebsbereich der Einspritzanlage beschreibt, Bestimmen mindestens eines Testpunkts auf Grundlage mindestens einer isolierten Testeinspritzung der Einspritzanlage, während der mindestens eine Testpunkt durch jeweils mindestens einen Testparameter und eine Testeinspritzmenge beschrieben wird, und Abschätzen des Steuerparameters einer Zieleinspritzmenge mit Hilfe beschränkter linearer Regression zwischen Gitterpunkten und Testpunkt innerhalb mindestens eines Teilbereichs des Betriebsbereichs der Einspritzanlage.
  • Das vorliegende Verfahren basiert zunächst auf einem Einspritzsteuergitter, das beispielsweise durch eine Anfangskalibrierung der Einspritzanlage der Brennkraftmaschine gebildet wird. Dieses Einspritzsteuergitter deckt den gesamten oder einen Teilbereich des gesamten Betriebsbereichs der Einspritzanlage ab. Es wird durch einzelne Gitterpunkte aufgespannt, deren Koordinaten durch mindestens einen Parameter der Einspritzanlage, den Gitterparameter, und eine dem Gitterparameter zugeordnete Einspritzmenge, die Gittereinspritzmenge, cha rakterisiert werden. Diese Gitterpunkte geben eine grobe Abschätzung für den Betriebsbereich der Einspritzanlage, d.h. sie liefern einzelne Einspritzparameter in Form von Gitterparametern, mit denen bestimmte Einspritzmengen in Form der Gittereinspritzmengen erzielt werden.
  • Um die Steuerparameter einer Zieleinspritzmenge abschätzen zu können, wird innerhalb des Einspritzsteuergitters mindestens ein Testpunkt oder werden eine Mehrzahl von Testpunkten generiert. Die Erzeugung dieser Testpunkte, die in ähnlicher Weise wie die Gitterpunkte durch jeweils einen Testparameter der Einspritzanlage und eine dem Testparameter zugeordnete Testeinspritzmenge charakterisiert sind, werden mit Hilfe isolierter Testeinspritzungen erzeugt. Derartige isolierte Testeinspritzungen bezeichnen im Vergleich zum normalen Schubbetrieb der Brennkraftmaschine kleine Kraftstoffmengen, die in Phasen abgeschalteter Kraftstoffzufuhr in die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Die Verbrennung der isolierten Testeinspritzungen erzeugen auswertbare Drehmomentschwankungen, aus denen die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge ableitbar ist. Mit Hilfe dieser Vorgehensweise wird einem vorgegebenen Testparameter eine tatsächliche Testeinspritzmenge zugeordnet. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2006 006 303.1 beschrieben.
  • Nachdem sowohl eine Mehrzahl von Gitterpunkten als auch mindestens ein oder eine Mehrzahl von Testpunkten vorliegen, wird eine lineare Regression zwischen dem oder den ausgewählten Testpunkten und Gitterpunkten durchgeführt, so dass mit der erzielten linearen Regression in Form einer Geradengleichung der Steuerparameter einer Zieleinspritzmenge abschätzbar ist. Um das Finden des Steuerparameters der Zieleinspritzmenge zu erleichtern, wird eine derartige Geradengleichung bzw. lineare Regression für mindestens einen Teilbereich des Betriebsbereichs der Einspritzanlage ermittelt. Die Gitterpunkte und der mindestens eine Testpunkt für die mindestens eine Geradengleichung werden bevorzugt derart ausgewählt, dass sich die beiden Geradengleichungen bzw. beschränkten linearen Regressionen von unterschiedlichen Seiten, bevorzugt von annähernd gegenüberliegenden Seiten, der angestrebten Zieleinspritzmenge nähern. Je besser somit die Testpunkte mit den isolierten Testeinspritzungen die angestrebte Zieleinspritzmenge annähern, umso genauer kann die Abschätzung der Zieleinspritzmenge und des zugeordneten Steuerparameters mit Hilfe der linearen Regressionen zwischen den Gitterpunkten und diesen Testpunkten erfolgen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt ein Erzeugen der obigen Testpunkte, bis eine Anzahl von Testpunkten innerhalb eines Toleranzbereichs, der um die Zieleinspritzmenge angeordnet ist, oder eine Mindestanzahl von Iterationen über die Testpunkte erreicht ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Bestimmen des Steuerparameters der Zieleinspritzmenge auf Grundlage der Randbedingung, dass sich die zwei Geradengleichungen bzw. linearen Regressionen auf Höhe der Zieleinspritzmenge im Betriebsbereich der Einspritzanlage treffen.
    •
  • 4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnung
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 zeigt ein beispielhaftes Programm zur Beschreibung einer Einspritzanlage, das durch einen teilweise linearen Verlauf zur Beschreibung der Beziehung zwischen Betätigungszeit der Einspritzanlage und Einspritzmenge charakterisiert ist.
  • 2 zeigt eine beispielgebende stückweise lineare Regression zur Abschätzung des Steuerparameters einer Zieleinspritzmenge.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Ermittlung von Steuerparametern einer Zieleinspritzmenge einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine.
  • 4 zeigt eine beispielgebende Iteration der Steuerparameter.
  • 5. Detaillierte Beschreibung
  • Die vorliegende Erfindung offenbart eine Abschätzung der Steuerparameter p einer Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen. Das bedeutet, dass in einem offenen Regelkreis individuelle Abschätzungen für Steuerwerte bzw. -parameter p sowie anderer Einflussgrößen uj der Kraftstoffeinspritzung als Funktion eingespritzter Kraftstoffmengen m bereitgestellt werden. p = g(m, u1, u2, ...)
  • Zu den Steuerparametern in diesem offenen Regelkreis zählen beispielsweise die Betätigungszeit, die Betätigungsspannung oder -energie sowie alle anderen Parameter der Einspritzanlage, die einen Einfluss auf die eingespritzte Kraftstoffmenge haben. Die Funktion g ist in Kraftfahrzeuganwendungen gewöhnlich eine über Kalibrierung definierte Interpolationstabelle basierend auf einem endlichen Gitter aus Kraftstoffmengen und anderen Einflussgrößen der Einspritzung.
  • Es liegen beispielsweise nm Gitterpunkte für Kraftstoffmengen und nj Gitterpunkte für jede weitere Einflussgröße uj vor. Es ist bekannt, dass die Funktion g aufgrund von Alterungsprozessen der Einspritzanlage nicht konstant über die gesamte Lebensdauer der Einspritzanlage ist. Daher ist eine Anpassung von g in einem geschlossenen Regelkreis erforderlich, um eine genaue Einspritzung der Kraftstoffmengen zu gewährleisten. Die hier dargestellte Adaptionsstrategie in einem geschlossenen Regelkreis passt jeden einzelnen Punkt im Gitter an, so dass eine Gesamtheit von n = nm × n1 × n2 × ... Gitterpunkten vorliegt.
  • Messpunkte bzw. Testpunkte werden erfasst, in dem bei festgehaltenem p und uj die resultierenden eingespritzten Kraftstoffmengen m bestimmt werden.
  • Verschiedene Messungen bzw. Tests werden durchgeführt, in denen p auf bestimmte Weise wiederholt angewandt wird, bis entweder die gemessenen Kraftstoffmengen m ausreichend nahe an dem gesuchten Punkt liegt oder eine maximale Anzahl von Iterationen durchlaufen worden ist. Ein Merkmal des unten beschriebenen Ansatzes besteht darin, dass unter Verwendung der benachbarten Gitterpunkte ein Mess- bzw. Testpunkt ausreichend ist, um eine genaue Abschätzung des Steuerparameters am Sollwert der Einspritzmenge zu liefern.
  • Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass charakteristische Linien im Kennfeld zur Steuerung der Einspritzung in einer Näherung stückweise linear verlaufen. Dies ist beispielgebend in 1 dargestellt. Die Abszisse in 1 beschreibt die elektrische Betätigungszeit oder Einspritzzeit in Millisekunden (ms), während die Ordinate die eingespritzte Kraftstoffmenge in Milligramm (mg) darstellt. Anhand des Kurvenverlaufs ist zu erkennen, dass die Beziehung zwischen Einspritzparameter und eingespritzter Kraftstoffmenge durch einen stückweise linearen Verlauf der Kurve angenähert werden kann.
  • Wendet man nun gemäß der vorliegenden Erfindung Techniken beschränkter linearer Regression auf mindestens einen ausgesuchten Teilbereich des Betriebsbereichs der Einspritzanlage an, lassen sich Einspritzparameter im Vergleich zum Stand der Technik mit höherer Genauigkeit abschätzen. In mindestens einem ausgesuchten Teilbereich des Betriebsbereichs der Einspritzanlage werden eingespritzte Kraftstoffmengen und entsprechende Parameter mit Hilfe abschnittsweise beschränkter linearer Modelle und der Methode der kleinsten Fehlerquadrate angenähert.
  • In 2 ist beispielgebend ein Anpassungsproblem dargestellt. Es ist ein Update für den Parameter ps des Kraftstoffmengen-Sollwerts ms gesucht. Dabei wird ein Schnitt durch das Einspritzsteuerkennfeld betrachtet, indem die Größen uj konstant gehalten werden und jeder Einspritzmengen-Sollwert in dem Gitter einzeln angepasst wird. Der Vorteil dieser Anpassungsstrategie besteht darin, dass benachbarte Einspritzmengen-Gitterwerte ml, mr und die entsprechend gespeicherten Einspritzparameter pl und pr dazu genutzt werden, um zur Abschätzung der Funktion g, d.h. beispielsweise des Einspritzparameters ps, für den gesuchten Kraftstoffmengen-Sollwerte ms beizutragen. Somit berechnet sich eine neue Abschätzung des Einspritzparameters ps, est am Sollwert der Einspritzmenge ms unter Verwendung der Messwerte bzw. Testwerte mi für die getesteten Einspritzsteuerparameter pi, i = 1, 2, 3.
  • Der abschließende neue Steuerparameter pnew kann von dem aktualisierten bzw. abgeschätzten Steuerparameter pest abweichen. Dies folgt daraus, dass der aktualisierte Steuerparameter pest nicht einfach den alten Steuerparameter pold dieses Einspritzmengen-Sollwerts ersetzt. Stattdessen berechnet sich der neue Steuerparameter pnew als gewichteter Mittelwert aus dem alten Steuerparameter pold und dem aktualisierten Steuerparameter Pest. Dieser Zusammenhang ist ebenfalls unten erläutert.
  • Zunächst wird im Betriebsbereich der Einspritzanlage ein Steuergitter mit einer Mehrzahl von Gitterpunkten in einem interessierenden Einspritzmengenbereich bestimmt. Die Gittepunkte werden durch mindestens einen Gitterparameter, d.h. einen Steuerparameter (siehe oben) der Einspritzanlage, und eine entsprechende Gittereinspritzmenge identifiziert. Ein derartiges Gitter entspricht beispielsweise einer Grundkalibrierung der Einspritzanlage, in der verschiedenen Gittereinspritzmengen entsprechende Gitterparameter zugeordnet sind. Derartige Gitterpunkte sind in 2 durch Dreiecke dargestellt.
  • Im Weiteren wird beispielsweise für die Einspritzmenge von 1 mg Kraftstoff eine Abschätzung für den entsprechenden Steuerparameter der Einspritzanlage gesucht. Diese Zieleinspritzmenge von 1 mg Kraftstoff und der entsprechende Steuerparame ter sind in 2 beispielgebend durch das quadratische Symbol veranschaulicht.
  • Um den Steuerparameter abschätzen zu können, wird in Ergänzung zu den bereits existierenden Gitterpunkten (dreieckige Symbole in 2) im Betriebsbereich der Einspritzanlage eine Mehrzahl von Testpunkten bestimmt. Die Testpunkte, die in 2 durch Kreise veranschaulicht sind, sollten sich möglichst im Nahbereich der Zieleinspritzmenge (quadratisches Symbol in 2) befinden. Die Testpunkte werden mit Hilfe von isolierten Einspritzungen erzeugt. D.h., es werden in Phasen abgeschalteter Kraftstoffzufuhr durch das Vorgeben von Testparametern Testeinspritzungen in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt und gezündet. Das durch die Verbrennung erzeugte Moment wird mit Hilfe des Kurbelwellensensors ausgewertet, so dass die tatsächlich eingespritzte Testeinspritzmenge bestimmbar ist. Auf diese Weise werden den Testparametern die tatsächlich eingespritzten Testeinspritzmengen zugeordnet, so dass eine Mehrzahl von Testpunkten generiert wird (vgl. kreisförmige Symbole in 2). Das Generieren der Testpunkte ist im Detail in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2006 006 303.1 beschrieben.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Testpunkte in einem Nahbereich ε der Zieleinspritzmenge erzeugt. Bei einer beispielgebenden Zieleinspritzmenge von 1 mg Kraftstoff bezeichnet der Nahbereich ε den in 2 durch senkrechte Linien eingegrenzten Bereich um die oben genannte Zieleinspritzmenge. Liegen die Testpunkte im Nahbereich ε, wird dadurch eine genauere Abschätzung des Steuerparameters für die Zieleinspritzmenge unterstützt.
  • Zur Ermittlung der Testpunkte mit Hilfe von isolierten Einspritzungen ist es möglich, gleich beabstandete Testparameter der Reihe nach durch isolierte Einspritzungen abzuarbeiten und die entsprechenden Testeinspritzmengen zu bestimmen. Gemäß einer weiteren Alternative der vorliegenden Erfindung ist folgendes Vorgehen bevorzugt. Gemäß Testpunkt 1 (vgl. 2) wurde für den vorgegebenen Testparameter 1,15 die Testeinspritzmenge von 1,3 mg bestimmt. Um das Bestimmen der Testpunkte zu optimieren, werden die Testparameter ausgehend von Testpunkt 1 beispielsweise nicht schrittweise um 0,05 verkleinert, bis die entsprechenden Einspritzmengen im Nahbereich ε liegen. Stattdessen wird gleich versucht, den nachfolgenden Testparameter (vgl. beispielsweise Testpunkt 3 in 2) derart zu wählen, dass der neu erzeugte Testpunkt um einen größeren Parametersprung beabstandet ist und sofort im Nahbereich ε der Zieleinspritzmenge liegt. Dieses Vorgehen verkürzt die Messzeit zur Abschätzung des Steuerparameters und verkleinert die auszuwertende Datenmenge an Testpunkten. Zudem würden gemäß einer Ausführungsform die unten beschriebenen Iterationen beendet werden, sobald der letzte der nacheinander erzeugten Testpunkte 1, 2, 3, also Testpunkt 3, im ε-Intervall liegen würde.
  • Sobald eine Mehrzahl von Gitterpunkten und mindestens ein oder eine Mehrzahl von Testpunkten vorhanden sind, wird der Steuerparameter der Zieleinspritzmenge mit Hilfe beschränkter linearer Regression zwischen Gitterpunkten und Testpunkten innerhalb mindestens eines Teilbereichs des Betriebsbereichs der Einspritzanlage abgeschätzt. Zu diesem Zweck werden die Koordinaten der in 2 dargestellten Gitterpunkte mit (ml, pl) (linker Gitterpunkt) und (mr, pr) (rechter Gitterpunkt) bezeichnet. al bezeichnet den Anstieg innerhalb einer Geradengleichung, deren Gerade eine lineare Regression durch den linken Gitterpunkt (ml, pl) und den Testpunkt 2 darstellt (vgl. 2). ar bezeichnet den Anstieg innerhalb der Geradengleichung, deren Gerade eine lineare Regression durch den rechten Gitterpunkt (mr, pr) und die Testpunkte 1 und 2 darstellt. ms bezeichnet die Zieleinspritzmenge von beispielsweise 1 mg Kraftstoff, für die eine Abschätzung des entsprechenden Steuerparameters ps gesucht ist. Für die beiden oben genannten Geraden der Geradengleichungen durch die genannten Gitterpunkte und Testpunkte ergeben sich dann die in 2 gestrichelt dargestellten Linien. Diese werden mathematisch durch Gleichung (1) beschrieben: p = al(m – ml) + pl, m ≤ ms, p = –ar(mr – m) + pr, m ≥ ms, (1)
  • Die gestrichelten Linien in 2 erfüllen nicht die unten diskutierten Randbedingungen, dass sich die Geraden im Punkt der Zieleinspritzmenge treffen.
  • Der Steuerparameter soll mit Hilfe beschränkter linearer Regression durch die vorhandenen Testpunkte (mi, pi) bestimmt werden. Dabei wird einerseits die Summe der Fehlerquadrate
    Figure 00130001
    minimiert. Andererseits sollen die zu findenden Geradengleichungen die Randbedingung erfüllen, dass sie sich im Punkt der Zieleinspritzmenge ms und des entsprechenden Steuerparameters ps treffen. Diese Randbedingung ist in den folgenden Gleichungen (2) dargestellt. ps = al(ms – ml) + pl, ps = –ar(mr – ms) + pr. (2)
  • Die Lösung zu einem beschränkten linearen Regressionsproblem Y = Xβ mit unbekannten Parametern β und den Randbedingungen r = Rβ wird mit Hilfe von Lagrange-Techniken ermittelt. Diese sind beispielgebend in den Gleichungen (3) zusammengefasst. β = (XTX)–1XTY βr = β + (XTX)–1RT[R(XTX)–1RT]–1(r – Rβ) (3)
  • Yr = Xβr liefert die Lösung unter Berücksichtigung der Randbedingungen. In dieser Anwendung wird differenziert, ob sich ein Messpunkt mi auf der linken oder der rechten Seite der Zieleinspritzmenge ms befindet. Jeder Messpunkt (mi, pi) bezeichnet dann eine Zeile Yi im Vektor Y und eine Zeile Xi in der Matrix X, wie in den Gleichungen (4) dargestellt ist.
    Figure 00140001
  • In den Gleichungen (4) ist I{A} gleich 1, wenn die Gleichung oder Ungleichung A erfüllt ist, und gleich 0, wenn sie nicht erfüllt ist. Die verbleibenden Werte sind definiert als: β = [al ar]T, R = [(ms – ml) – (mr – ms)], r = pr – pl. (5)
  • Ist des Weiteren
    Figure 00140002
    ergibt sich für die Abschätzung des Steuerparameters ps
    Figure 00140003
  • Die Größe alr bezeichnet den durch die Randbedingungen eingeschränkten Anstieg, der zur eingeschränkten optimalen Lösung βr = [alr arr]T gehört. Wie man aus den obigen Gleichungen erkennen kann, ist lediglich die Berechnung eines der unbekannten Parameter erforderlich, da das Ergebnis aus der Randbedingung hervorgeht. Die Gerade der Geradengleichung zur Abschätzung des Steuerparameters und unter Berücksichtigung der Randbedingung ist in 2 durch eine durchgezogene Linie veranschaulicht.
  • Nach erfolgreicher Abschätzung eines Steuerparameters ps, old für eine Zieleinspritzmenge ms ist es denkbar, dass nach einer gewissen Betriebszeit der Einspritzanlage der Brennkraftmaschine eine erneute Abschätzung des Steuerparameters für die gleiche Zieleinspritzmenge ms angefordert wird. Eine derartige neue Abschätzung liefert den Steuerparameter ps, new für die Zieleinspritzmenge ms, die der vorherigen Einspritzmenge ms, old entspricht. Um eine geringere Anfälligkeit der vorliegenden Abschätzung zu gewährleisten, werden die alten Werte (ms, old, ps, old) nicht einfach durch die neuen Werte (ms, new, ps, new) ausgetauscht. Stattdessen erfolgt eine gewichtete Kombination der alten Werte (ms, ps, old) mit den neuen Werten (ms, ps, new). Die Streuung oder Varianz der Messwerte s2(y) berechnet sich dann gemäß der folgenden Gleichung ps,new = α(s2(y))ps + (1 – α(s2(y)))ps,old, (8).
  • Innerhalb der Gleichung (8) beschreibt α(•) eine nichtlineare Funktion.
  • Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 3 wird die Anpassung der Kraftstoff-Einspritzmenge ms an das Einspritzsteuergitter betrachtet. Die Anpassung beginnt mit dem Überprüfen der kalibrierten im Kennfeld oder in der Kennlinie gespeicherten Werte. Daher ist der erste zu prüfende Steuerwert p0 = ps, old. Eine Reihe von Testeinspritzungen wird durchgeführt und man erhält eine Abschätzung für die Testeinspritzmenge m0.
  • m0 weicht gewöhnlich von ms ab. Wenn m0 im ε-Intervall um ms liegt (vgl. 4), dann wird die Anpassung beendet und die beschränkte lineare Regression angewandt. Wenn m0 jedoch weiter von ms entfernt liegt, dann wird der Anstieg im kalibrierten Kennfeld genutzt, um den nächsten zu testenden Einspritzsteuerparameter zu bestimmen. Es wird angenommen, dass die tatsächliche Kennlinie bzw. das tatsächliche Kennfeld einen identischen Anstieg im Vergleich zur kalibrierten Kennlinie bzw. zum kalibrierten Kennfeld aufweist, jedoch durch eine Parallelverschiebung versetzt zur kalibrierten Kennlinie angeordnet ist. Des Weiteren wird angenommen, dass die erhaltene Abschätzung der Testeinspritzmenge auf der tatsächlichen Kennlinie liegt. In diesem Fall ist der ideal zu prüfende Steuerparameter p1 = p0 + δp. δp = p0 – pref, i und pref, i bezeichnet den Wert auf der kalibrierten Kennlinie, der m0 entspricht. Dieser Zusammenhang ist grafisch in 4 dargestellt.
  • Wenn die beiden vorhergehenden Annahmen richtig sind und die neue Einspritzmengenabschätzung auf der tatsächlichen Kennlinie liegt, dann ist ml = ms. Im Allgemeinen verhindern Rauschen und numerische Fehler diese Übereinstimmung. Der Ansatz garantiert jedoch eine schnelle Konvergenz zum Sollwert, wobei in vielen Fällen nur eine Iteration erforderlich ist, um sich dem Sollwert anzunähern.
  • Die Iterationen können mit dem Erreichen eines Toleranzniveaus beendet werden, wie beispielsweise |mi – ms| < ε, oder wenn eine bestimmte Anzahl an Iterationen durchgeführt worden ist. Sobald das Ende des Iterationsvorgangs erreicht ist, wird auf die gesammelten statistischen Werte das obige beschränkte lineare Regressionsschema angewandt. Auf diese Weise erhält man eine neue Abschätzung eines Steuerparameters für den Sollwert einer Einspritzmenge. In letzterem Fall sind aber minimal zwei Messpunkte erforderlich. Dieser Vorgang ist noch einmal schematisch in 4 zusammengefasst.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Abschätzung mindestens eines Steuerparameters einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine für eine Zieleinspritzmenge, das die folgenden Schritte aufweist: a. Bestimmen mindestens eines Einspritzsteuergitters mit einer Mehrzahl von Gitterpunkten beschrieben durch jeweils mindestens einen Gitterparameter und eine Gittereinspritzmenge, während das Einspritzsteuergitter einen Betriebsbereich der Einspritzanlage beschreibt, b. Bestimmen mindestens eines oder einer Mehrzahl von Testpunkten auf Grundlage mindestens einer oder einer Mehrzahl isolierter Testeinspritzungen der Einspritzanlage, während die Testpunkte durch jeweils mindestens einen Testparameter und eine Testeinspritzmenge beschrieben werden, c. Erzeugen der Testpunkte, bis eine Anzahl von Testpunkten innerhalb eines Toleranzbereichs um die Zieleinspritzmenge angeordnet ist oder eine Anzahl von Iterationen über die Testpunkte erreicht ist. d. Abschätzen des Steuerparameters einer Zieleinspritzmenge mit Hilfe beschränkter linearer Regression zwischen Gitterpunkten und Testpunkten innerhalb mindestens eines Teilbereichs des Betriebsbereichs der Einspritzanlage.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt: Erzeugen von zwei Geradengleichungen aus Gitterpunkten und Testpunkten, die sich von unterschiedlichen Seiten einem Intervall um die Zieleinspritzmenge annähern.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, mit dem weiteren Schritt: Bestimmen des Steuerparameters der Zieleinspritzmenge auf Grundlage der Randbedingung, dass sich die zwei Geradengleichungen auf Höhe der Zieleinspritzmenge im Betriebsbereich der Einspritzanlage treffen.
  4. Vorrichtung zur Abschätzung mindestens eines Steuerparameters einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine für eine Zieleinspritzmenge mit: a. einer Einheit zum Bestimmen mindestens eines Einspritzsteuergitters mit einer Mehrzahl von Gitterpunkten, die durch jeweils mindestens einen Gitterparameter und eine Gittereinspritzmenge beschrieben sind, während das Einspritzsteuergitter einen Betriebsbereich der Einspritzanlage beschreibt, b. einer Einheit zum Bestimmen von mindestens einem oder mehreren Testpunkten auf Grundlage mindestens einer oder einer Mehrzahl isolierter Testeinspritzungen der Einspritzanlage, während die Testpunkte durch jeweils mindestens einen Testparameter und eine Testeinspritzmenge beschrieben werden, und zum Erzeugen der Testpunkte, bis eine Anzahl von Testpunkten innerhalb eines Toleranzbereichs um die Zieleinspritzmenge angeordnet ist oder eine Anzahl von Iterationen über die Testpunkte erreicht ist, und c. eine Einheit zum Abschätzen des Steuerparameters einer Zieleinspritzmenge mit Hilfe beschränkter linearer Regression zwischen Gitterpunkten und Testpunkten innerhalb mindestens eines Teilbereichs des Betriebsbereichs der Einspritzanlage.
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