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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Korrigieren einer Steuerung in einem System, insbesondere einer
Steuerung eines Verbrennungsmotors, während des Betriebs des Systems.
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Stand der Technik
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Bei
Einspritzsystemen von Verbrennungsmotoren werden eine Reihe von
Größen, wie
beispielsweise eine Größe, die
Ruckelschwingungen bei Lastwechseln, den Lambdaverlauf bei Lastwechseln
oder dergleichen beschreibt, nicht geregelt, sondern ein durch entsprechendes
Einwirken auf Ansteuergrößen des
Verbrennungsmotors nur gesteuert.
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Die
hierfür
vorgesehenen Steuerungen werden üblicherweise
durch Kalibrierung von einem oder mehreren Steuerparametern von
Steuerfunktionen an einen bestimmten Verbrennungsmotor angepasst. Diese
Anpassung erfolgt in der Regel an einem Referenzmotor, der bezüglich Fertigungstoleranzen
mit Mittellagekomponenten ausgestattet ist, die noch nicht gealtert
sind. Als Betriebsmittel wird außerdem für die Kalibrierung Zertifizierungskraftstoff
mit definierten Eigenschaften verwendet.
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In
der Praxis können
jedoch die Komponenten des Verbrennungsmotors toleranzbehaftet und einem
Alterungsprozess unterworfen sein. Weiterhin können von dem Zertifizierungskraftstoff
abweichende Kraftstoffe verwendet werden. Die zuvor mit dem Referenzmotor
ermittelten Steuerparameter der Steuer funktionen eignen sich daher
unter Umständen
nicht zur Steuerung in einem Fahrzeug mit gealterten bzw. toleranzbehafteten
Komponenten.
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Diese
Abweichungen der Steuerparameter können zu einem unerwünschten
Verhalten führen. Daher
ist es sinnvoll, dass die Steuerparameter der Steuerfunktionen für jeden
individuellen Verbrennungsmotor und auf das jeweilige Alter angepasst werden.
Da dies aufgrund des Aufwandes nicht motorindividuell durchführbar ist,
ist es bereits bekannt, für
bestimmte Größen im Steuergerät Adaptionsfunktionen
vorzusehen, die die Abweichungen im normalen Fahrbetrieb erkennen
und ausgleichen sollen.
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Derartige,
herkömmliche
Adaptionsfunktionen basieren entweder auf klassischer Regelungstechnik,
wobei beispielsweise Integralanteile entsprechender Regler ausgewertet
werden, oder es werden modellbasierte Regelungsverfahren verwendet,
wobei ein Modell der Regelstrecke im Steuergerät hinterlegt ist und die Informationen
aus diesem Modell zur Darstellung der Regelung verwendet werden.
Bei dieser Art der Regelung kann versucht werden, anhand geeigneter
Systemgrößen das
Systemverhalten während
des Betriebs zu lernen und die im Steuergerät hinterlegten Modelle der
Regelstrecke an das geänderte
Streckenverhalten anzupassen.
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Für ungeregelte,
nur gesteuerte Größen ist
in der Regel keine zufriedenstellende Anpassung von Steuerparametern
einer Steuerfunktion an ein im Vergleich zum Referenzsystem geändertes
Systemverhalten möglich,
da oft kein geeignetes Referenzkriterium zur Verfügung steht.
Beispiele für
solche Größen sind
beispielsweise die Ruckelschwingungen bei Lastwechseln und ein Lambdaverlauf
bei Lastwechseln.
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Für solche
Steuerungen werden die Steuerparameter der Steuerfunktionen üblicherweise
einmalig für
das Referenzsystem festgelegt und bleiben dann während der gesamten Lebensdauer
des Systems unverändert.
Eine Verschlechterung des Verhaltens aufgrund von Alterung oder
aufgrund der Verwendung von unterschiedlichen Betriebsmitteln wird nicht
erkannt und muss vom Endkunden somit akzeptiert werden.
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Für bestimmte
Funktionen sind Adaptionsfunktionen für gesteuerte Systeme bekannt,
wie beispielsweise die Adaption der Wandfilmkompensation bei unterschiedlichen
Kraftstoffen. Diese bekannten Adaptionsfunktionen sind jedoch speziell
an den Anwendungsfall angepasst und können nicht auf andere Größen übertragen
werden. Da eine Referenzgröße in der
Regel von vielen Einflussfaktoren abhängt, sind diese Adaptionsfunktionen
normalerweise nur in einem sehr kleinen Betriebsbereich aktiv.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für eine Online-Adaption von Größen, die über eine
reine Steuerung beeinflusst werden, bereitzustellen, um eine Kompensation
von Effekten zu ermöglichen,
die durch Komponentenstreuung, Betriebsmittel oder Alterung verursacht
werden. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
für eine
Adaption bereitzustellen, das im Prinzip auf verschiedene Steuergrößen angewendet werden
kann und das in einem weiten Betriebsbereich eingesetzt werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren zum Korrigieren einer Steuerung
gemäß Anspruch
1 und durch die Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten
Anspruch gelöst.
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Weitere
Ausgestaltungen sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum
Korrigieren einer Steuerung in einem System bereit, insbesondere
einer Steuerung eines Verbrennungsmotors, während des Betriebs des Systems
anhand eines Kriteriums der Steuerung, wobei die Steuerung eine
Steuerfunktion aufweist, so dass sich bei Vorgabe eines Verlaufs einer
Eingangsgröße für die Steuerfunktion
ein entsprechender Verlauf einer zu steuernden Größe in dem
System einstellt; wobei das Kriterium einer Größe entspricht, die bei einem
momentanen Betriebsbereich des Systems den Verlauf der zu steuernden Größe in dem
System bezüglich
eines Verlaufs der Eingangsgröße für die Steuerfunktion
bei Vorliegen mindestens eines bestimmten Steuerparameters, der die
Steuerfunktion bestimmt, charakterisiert, mit folgenden Schritten:
- – Ermitteln
eines Istwerts des Kriteriums für
das System bei dem momentanen Betriebsbereich des Systems;
- – Bereitstellen
eines Optimalkriterium-Modells, das einen bezüglich einer vorgegebenen Bewertungsfunktion
für die
zu steuernde Größe optimalen
Wert des Kriteriums über
mehreren Betriebsbereichen für
ein Referenzsystem abbildet;
- – Ermitteln
des optimalen Werts des Kriteriums für den momentanen Betriebsbereich
mit Hilfe des Optimalkriterium-Modells;
- – Detektieren
einer Abweichung zwischen dem optimalen Wert des Kriteriums und
dem Istwert des Kriteriums für
den momentanen Betriebsbereich; und
- – Korrigieren
des mindestens einen Steuerparameters abhängig von dem Vorliegen einer
Abweichung zwischen dem Istwert und dem optimalen Wert und/oder
abhängig
von einer Höhe
der Abweichung zwischen dem Istwert und dem optimalen Wert.
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Durch
Verwendung eines an einem Referenzsystem ermittelten optimalen Werts
des Kriteriums kann eine Abweichung des zu steuernden Verhaltens
des Systems vom Referenzsystem einfach erkannt werden, so dass eine
Adaption der Steuerung ausgelöst
werden kann.
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Im
Prinzip können
dabei beliebige Steuerparameter adaptiert werden und die Adaptionsfunktionen
für einzelne
Steuerparameter können
einfach angepasst werden, da jeder Adaption ein einheitliches Konzept
zugrunde liegt. Weiterhin können
mit den an dem Referenzsystem entwickelten optimalen Werten für das Kriterium
einheitliche Gütekriterien über die
gesamte Flotte eingehalten werden und ein gutes Systemverhalten
kann über
die gesamte Lebensdauer ermöglicht
werden.
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Das
Kriterium kann einer der folgenden Größen entsprechen:
- – einer
Frequenz eines zeitlichen Verlaufs der zu steuernden Größe; oder
- – einer
Amplitude eines zeitlichen Verlaufs der zu steuernden Größe; oder
- – einem
zeitlichen Gradienten einer Änderung
einer Frequenz oder einer Amplitude eines zeitlichen Verlaufs der
zu steuernden Größe; oder
- – einem
Integralwert eines zeitlichen Verlaufs der zu steuernden Größe.
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Hierdurch
können
auf eine einfache Art und Weise zeitlich ausgedehnte Prozesse, wie
beispielsweise Ruckelschwingungen oder Lambdaverläufe bei
Lastwechseln in einem Verbrennungsmotor, auf einen einzelnen Kriterienwert
(Kriterium) abgebildet werden, d. h. bestimmte Verhaltensmuster
des Systems werden analysiert und der Kriterienwert als Maß für die Güte der Steuerung
bzw. des Systemverhaltens verwendet.
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Der
optimale Wert des Kriteriums gemäß der Bewertungsfunktion
für jeden
Betriebsbereich kann dabei als
- – ein maximaler
Wert des Kriteriums; oder
- – ein
minimaler Wert des Kriteriums; oder
- – eine
minimale Abweichung des Wert des Kriteriums von einem vorgegebenen
Sollwert des Kriteriums
bezüglich des mindestens einen
Steuerparameters der Steuerfunktion für das Referenzsystem bestimmt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird das Korrigieren mit Hilfe eines Steuerparameter-Kriterien-Modells
des Systems durchgeführt, wobei
das Steuerparameter-Kriterien-Modell ermittelt wird, indem während des
Betriebs des Systems bei den auftretenden Betriebsbereichen der
Wert des Steuerparameters variiert wird und das entsprechende Kriterium
ermittelt wird, wobei das Steuerparameter-Kriterien-Modell des Systems
die Werte des mindestens einen Steuerparameters den entsprechenden
Kriterien bei den auftretenden Betriebsbereichen zuordnet, wobei
das Korrigieren des mindestens einen Steuerparameters durchgeführt wird,
indem als Steuerparameter derjenige Steuerparameter gewählt wird,
dessen gemäß dem Steuerparameter-Kriterien-Modell
zugeordnetes Kriterium dem gemäß der Bewertungsfunktion
optimalen Wert des Kriteriums in dem momentanen Betriebsbereich
am nächsten kommt.
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Ein
derartiges Steuerparameter-Kriterien-Modell ermöglicht es, einen Zusammenhang
zwischen dem mindestens einen Steuerparameter und dem Kriterium
direkt darzustellen und somit besonders einfach die adaptierten
Steuerparameter für
vorgegebene Kriterienwerte zu bestimmen.
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Hierbei
kann vor dem Korrigieren festgestellt werden, ob das eingelernte
Steuerparameter-Kriterien-Modell des Systems in dem momentanen Betriebsbereich
gültig
ist, wobei das Steuerparameter-Kriterien-Modell für den momentanen
Betriebsbereich gültig
ist, wenn für
den momentanen Betriebsbereich bereits der mindestens eine Steuerparameter
erfasst worden ist, wobei, wenn das eingelernte Steuerparameter-Kriterien-Modell
des Systems nicht gültig
ist, bei dem momentanen Betriebsbereich der Wert des mindestens
einen Steuerparameters variiert wird und das entsprechende Kriterium
durch Auswerten des Verlaufs der zu steuernden Größe in dem System
ermittelt wird, wobei das Steuerparameter-Kriterien-Modell des Systems
den variierten Werten des mindestens einen Steuerparameters dem entsprechenden
Kriterium bei dem momentanen Betriebsbereich zuordnet.
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Durch
Variation des Steuerparameters kann bei der Modelltrainingssequenz
ein großer
Wertebereich für
den Steuerparameter abgedeckt werden, so dass das Steuerparameter-Kriterien-Modell
zuverlässig
an das Verhalten des Systems angepasst werden kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann das Korrigieren mit Hilfe eines Steuerparameter-Kriterien-Modells
des Systems durchgeführt
werden, wobei das Steuerparameter-Kriterien-Modell ermittelt wird,
indem während
des Betriebs des Systems bei den auftretenden Betriebsbereichen ein
dynamisches Systemmodell erstellt wird, indem eine oder mehrere
Eingangsgrößen des
Systems erfasst und eine oder mehrere entsprechende Ausgangsgrößen des
Systems ermittelt werden, wobei mit Hilfe der einen oder der mehreren
Eingangsgrößen und
der entsprechenden Ausgangsgrößen des Systems
das dynamische Systemmodell trainiert wird, wobei während des
Betriebs des Systems bei den auftretenden Betriebsbereichen der
Wert des mindestens einen Steuerparameters der Steuerfunktion variiert
wird und das entsprechende Kriterium anhand des dynamischen Systemmodells
ermittelt wird, wobei das Steuerparameter-Kriterien-Modell des Systems
den variierten Werten des Steuerparameters dem entsprechenden Kriterium
beiden auftretenden Betriebsbereichen zuordnet, wobei das Korrigieren
des mindestens einen Steuerparameters durchgeführt wird, indem als Steuerparameter
derjenige Steuerparameter gewählt
wird, dem der gemäß der Bewertungsfunktion
opti male Wert der Kriterien aus dem Steuerparameter-Kriterien-Modell
in dem momentanen Betriebsbereich zugeordnet ist.
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Als
dynamisches Systemmodell können
hierbei vorhandene physikalische Modelle des Systems verwendet werden,
insbesondere kann ein und dasselbe dynamische Systemmodell zur Adaption
unterschiedlicher Steuerparameter verwendet werden.
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Hierbei
kann vor dem Korrigieren festgestellt werden, ob das trainierte
dynamische Systemmodell in dem momentanen Betriebsbereich gültig ist,
wobei das dynamische Systemmodell für den momentanen Betriebsbereich
gültig
ist, wenn die Abweichung zwischen einer modellierten Ausgangsgröße des dynamischen
Systemmodells und einer aktuellen Ausgangsgröße des Systems für den momentanen
Betriebsbereich einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet,
wobei, wenn das eingelernte Steuerparameter-Kriterien-Modell des Systems nicht gültig ist,
bei dem momentanen Betriebsbereich der Wert des mindestens einen
Steuerparameters variiert wird und die entsprechenden Kriterien
anhand des dynamischen Systemmodells ermittelt werden, wobei das Steuerparameter-Kriterien-Modell
des Systems die Werte des mindestens einen Steuerparameters den entsprechenden
Kriterien bei dem momentanen Betriebsbereich zuordnet.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
werden bei der Modelltrainingssequenz die Steuerparameter nicht
verstellt, so dass der Benutzer während des Betriebs keine unerwünschten
Effekte aufgrund geänderter
Steuerparameter bemerkt. Das Optimalkriterium-Modell kann bei der
vorliegenden Erfindung erzeugt werden, indem ein Referenz-Steuerparameter-Kriterien-Modell
des Referenzsystems ermittelt wird, wobei das Referenz-Steuerparameter-Kriterien-Modell
ein Referenzkriterium, das bei einem momentanen Betriebsbereich
des Referenzsystems den Verlauf der zu steuernden Größe in dem
Referenzsystem bezüglich
eines Verlaufs der Eingangsgröße für die Steuerfunktion
bei Vorliegen mindestens eines bestimmten Steuerparameters, der
die Steuerfunktion bestimmt, charakterisiert, bezüglich des
mindestens einen Steuerparameters und bezüglich Betriebsbereichen beschreibt,
und indem für
jeden Betriebsbereich der optimale Wert des Referenzkriteriums mit
Hilfe der Bewertungsfunk tion durch Auslesen aus dem Referenz-Steuerparameter-Kriterien-Modell
ermittelt wird.
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Weiterhin
stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Korrigieren
einer Steuerung, insbesondere einer Steuerung eines Verbrennungsmotors,
in einem System während
des Betriebs des Systems anhand eines Kriteriums der Steuerung bereit,
wobei die Steuerung eine Steuerfunktion aufweist, so dass sich bei
Vorgabe eines Verlaufs einer Eingangsgröße für die Steuerfunktion ein entsprechender
Verlauf einer zu steuernden Größe in dem System
einstellt; wobei das Kriterium einer Größe entspricht, die bei einem
momentanen Betriebsbereich des Systems den Verlauf der zu steuernden Größe in dem
System bezüglich
eines Verlaufs der Eingangsgröße für die Steuerfunktion
bei Vorliegen mindestens eines bestimmten Steuerparameters, der die
Steuerfunktion bestimmt, charakterisiert, umfassend:
- – eine
Einrichtung zum Ermitteln eines Istwerts des Kriteriums für das System
bei dem momentanen Betriebsbereich des Systems;
- – eine
Einrichtung zum Bereitstellen eines Optimalkriterium-Modells, das
einen bezüglich
einer Bewertungsfunktion für
die zu steuernde Größe optimalen
Wert des Kriteriums über
Betriebsbereichen für
ein Referenzsystems abbildet;
- – eine
Einrichtung zum Ermitteln des optimaler Werts des Kriteriums für den momentanen
Betriebsbereich mit Hilfe des Optimalkriterium-Modells; und
- – eine
Einrichtung zum Detektieren einer Abweichung zwischen dem optimalen
Wert des Kriteriums und dem Istwert des Kriteriums für den momentanen
Betriebsbereich; und
- – eine
Einrichtung zum Korrigieren des mindestens einen Steuerparameters
abhängig
von dem Vorliegen einer Abweichung zwischen dem Istwert und dem
optimalen Wert und/oder abhängig von
einer Höhe
der Abweichung zwischen dem Istwert und dem optimalen Wert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm für ein Steuergerät in einem
Kraftfahrzeug zur Durchführung
des obigen Verfahrens vorgesehen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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1 schematisch
ein Motorsystem mit einem Steuergerät und einem Verbrennungsmotor;
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2 eine
schematische Darstellung eines Referenzsystems zur Ermittlung von
Optimalkriterienwerten in Abhängigkeit
von dem Betriebsbereich;
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3 schematisch
ein Steuergerät
zur Adaption einer Steuerung;
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4 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Adaptieren einer Steuerung bei
einem Verbrennungsmotor;
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5 ein
Verfahren zur Adaption eines Steuerparameters gemäß einer
Ausführungsform;
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6 ein
Verfahren zur Adaption eines Steuerparameters gemäß einer
weiteren Ausführungsform;
und
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7 einen
Adaptionskoordinator zur parallelen Durchführung mehrerer Adaptionsverfahren
für unterschiedliche
Steuerparameter.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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In 1 ist
schematisch ein Motorsystem 10 mit einem Steuergerät 20 zur
Ansteuerung eines Verbrennungsmotors 30 mit Ansteuergrößen dargestellt. Das
Steuergerät 20 führt eine
Steuerfunktion aus, um eine Größe in dem
Verbrennungsmotor 30 einzustellen bzw. zu steuern.
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Die
Steuerfunktion wird gemäß einem
oder mehreren Steuerparametern durchgeführt. Bei dem Steuerparameter
handelt es sich um einen beliebigen Parameter einer Steuerfunktion,
beispielsweise um einen Parameter zur Korrektur einer Einspritzmenge
bei der Wandfilmkompensation bei Lastwechseln eines Verbrennungsmotors
oder dergleichen. Allgemein wird als Steuerparameter eine das Verhalten
der Steuerfunktion bestimmende Größe bezeichnet. Steuerparameter
können
beispielsweise Koeffizienten von polynomischen Steuerfunktionen
oder sonstige in Steuerfunktionen verwendete Konstanten sein.
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Zur
Beurteilung einer Abweichung des vorliegenden Systems von einem
Referenzsystem mit Hilfe eines Kriterienwerts wird zunächst mit
Hilfe des Referenzsystems ein Optimalkriterienmodell ermittelt.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Referenzsystems zur Ermittlung
von optimalen Werten von Kriterien in Abhängigkeit von dem Betriebsbereich.
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Ein
Kriterium entspricht einer Größe, die
ein Systemverhalten beschreibt. Das Kriterium wird aus der zu steuernden
Größe des Systems
(Ausgangsgröße) abgeleitet
und stellt vorzugsweise einen einzelnen Wert dar Das Kriterium kann
beispielsweise entsprechen:
- – einer
Frequenz einer Schwingung der zu steuernden Größe; oder
- – einer
maximalen Amplitude der Schwingung der zu steuernden Größe; oder
- – einer
Angabe zu deren zeitlichen Verläufen,
insbesondere deren Anschwingzeitdauer oder Abklingzeitdauer, oder
- – einem
zeitlichen Gradienten einer Änderung
der Frequenz der Schwingung der zu steuernden Größe oder der Amplitude der Schwingung
der zu steuernden Größe; oder
einem Integralwert des zeitlichen Verlaufs der zu steuernden Größe; oder
- – einem
Integralwert des zeitlichen Verlaufs einer Abweichung des zeitlichen
Verlaufs der zu steuernden Größe von einem
zeitlichen Verlauf
- – einer
vorgegebenen Größe.
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Das
Kriterium wird aus dem Verlauf der zu steuernden Größe gemäß einer
geeigneten Kriterienfunktion ermittelt.
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Bei
einem Verbrennungsmotor kann das Kriterium aus einem zeitlichen
Verlauf des Lambdawerts berechnet werden. Insbesondere können beispielsweise
aus dem Zeitverlauf des Lambdawerts Flächen, Frequenzkomponenten,
Amplituden, Gradienten oder Integralwerte bestimmt werden, welche durch
eine Änderung
des Steuerparameters beeinflusst werden können und welche als ein Maß für das Systemverhalten
dienen können.
Beispielsweise können
als Kriterium Frequenzkomponenten ausgewählt werden, welche bevorzugt bei
Ruckelschwingungen auftreten, oder Überschwinger des Lambdaverlaufs
können
als Flächen
umgerechnet werden.
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Das
physikalische System 12 als Referenzsystem umfasst beispielsweise
einen Verbrennungsmotor, welcher mit nicht gealterten Mittellagekomponenten
ausgestattet ist. Weiterhin sind eine Kriterienermittlungseinheit 14,
eine Referenz-Steuerparameter-Kriterien Modell-Einheit 16,
ein Optimierer 18 und eine Optimalkriterien-Kennfeld-Einheit 19 vorgesehen.
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Das
physikalische System 12 wird mit vorgegebenen Steuergrößen in mehreren
vorgegebenen Betriebsbereichen betrieben. Aus Zeitverläufen von Messgrößen, wie
beispielsweise dem Lambdawert, wird in der Kriterienermittlungseinheit 14 für jeden
der mehreren Betriebsbereiche und bei verschiedenen Steuerparameterwertert
wie oben beschrieben ein Kriterium ermittelt, das einer Beschreibung
des Systemverhaltens in Abhängigkeit
von dem Steuerparameter entspricht.
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In
der Referenz-Steuerparameter-Kriterien-Modell-Einheit 16 wird
ein Zusammenhang zwischen dem Steuerparameter, dem Betriebsbereich und
dem zugeordneten Kriterium in ein datenbasiertes Referenz-Steuerparameter-Kriterien-Modell überführt (beispielsweise
in einem Kennfeld gespeichert oder in ein neuronales Netz eingelernt).
Dabei wird der Steuerparameter nach einem vorgegebenen geeigneten
Einlernplan variiert, wobei der gesamte relevante Betriebsbereich
abgedeckt wird.
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Ist
ein Referenz-Steuerparameter-Kriterien-Modell ermittelt, das den
Zusammenhang zwischen Steuerparametern und Kriterien bei verschiedenen
Betriebsbereichen des physikalischen Systems abbildet, wird mit
Hilfe des Optimierers 18 für jeden Betriebsbereich ein
optimaler Kriterienwert bestimmt.
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Bei
dem optimalen Kriterienwert kann es sich beispielsweise um ein Minimum,
ein Maximum oder einen Nullwert des Kriterienwerts handeln. Allgemein findet
die Bestimmung des optimalen Kriterienwertes mit Hilfe einer Optimum-Funktion als Bewertungsfunktion
statt.
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Schließlich wird
der so bestimmte optimale Kriterienwert in der Optimalkriterien-Kennfeld-Einheit 19 als
Optimalkriterien-Kennfeld der optimalen Kriterienwerte in Abhängigkeit
von dem Betriebsbereich abgespeichert und dem Steuergerät 20 bereitgestellt. Es
ist hierbei möglich,
aber nicht notwendig, auch den Wert des Steuerparameters, mit dem
im Referenz-Steuerparameter-Kriterien-Modell der optimale Kriterienwert
erreicht wurde, gemeinsam mit dem optimalen Kriterienwert im Optimalkriterien-Kennfeld abzuspeichern.
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3 und 4 zeigen
jeweils schematisch den Aufbau eines Steuergeräts 20 und ein Verfahren zum
Erkennen einer Abweichung des Verbrennungsmotors von einem Referenzmotor,
der mit Mittellagekomponenten ausgestattet sein kann und auf den
die in dem Steuergerät 20 realisierte
Steuerfunktion ursprünglich
angepasst worden ist.
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In
Schritt S1 in 4 wird mit Hilfe einer Bestimmungseinheit 22 des
Steuergeräts 20 der
Istkriterienwert gemäß der für die Ermittlung
des Kriterienwerts für
das Optimalkriterienmodell zugrundeliegenden Kriterienfunktion berechnet
und anschließend
in Schritt S2 bestimmt, ob der Istkriterienwert um mehr als einen
vorgegebenen Abweichungswert von einem für ein Referenzsystem ermittelten
Optimalkriterienwert für
den momentanen Betriebsbereich abweicht. Die Optimalkriterienwerte
sind in einer Optimalkriterien-Kennfeld-Einheit 28 des
Steuergeräts 20 als
Optimalkriterien-Modell
abgespeichert.
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Die
Ermittlung der Optimalkriterienwerte wird durch eine Optimierungseinheit 26 des
Steuergeräts 20 durchgeführt, wie
nachfolgend in Zusammenhang mit 5 und 6 detailliert
beschrieben. Weiterhin umfasst das Steuergerät 20 eine Modelltrainingseinheit 24 zum
Anpassen eines motorspezifischen Modells an das Systemverhalten,
wie nachfolgend in Zusammenhang mit 5 und 6 beschrieben. Ist
eine Abweichung vorhanden, wird eine entsprechende Adaption des
Steuerparameters durchgeführt.
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5 zeigt
eine Ausführungsform
eines Verfahrens zur Adaption eines Steuerparameters während des
Betriebs.
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Hierfür wird ein
motorspezifisches Steuerparameter-Kriterien-Modell verwendet, welches
während
des Betriebs an den Verbrennungsmotor 30 angepasst wird.
Das Steuerparameter-Kriterien-Modell bildet Steuerparameter auf
zugehörige
Kriterien ab. Das Steuerparameter-Kriterien-Modell kann mit Hilfe datenbasierter
Modelle bereitgestellt werden, beispielsweise mit Hilfe einer einfachen
Lookup-Tabelle, eines neuronalen Netzes, einer Radialbasisfunktion und
dergleichen.
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In
Schritt S10 wird überprüft, ob das
motorspezifische Steuerparameter-Kriterien-Modell
für den Betriebsbereich
gültig
ist, indem Gültigkeitsinformationen,
welche bei vorangegangenen Modelltrainingssequenzen erzeugt wurden
(Schritt S21) für
den momentanen Betriebsbereich ausgelesen werden. Die Gültigkeitsinformationen
können
dabei Informationen über
die Betriebsbereiche umfassen, für
die eine Abbildung von Steuerparameter zu Kriterien vorliegt bzw.
für die
bereits eine erfolgreiche Modelltrainingssequenz durchgeführt wurde.
Weiterhin können
die Gültigkeitsinformationen
Informationen über
den Zeitpunkt des Modelltrainings enthalten, um einen Alterungsprozess
des Systems zu berücksichtigen. Dazu
kann vorgesehen sein Modelltrainingssequenzen, die länger als
eine vorgegebene Zeitspanne zurückliegen,
nicht für
die Beurteilung der Gültigkeit
heranzuziehen.
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Wenn
in Schritt S10 bestimmt wird, dass für den Steuerparameter und für den Betriebsbereich kein
gültiges
motorspezifisches Modell vorhanden ist, wird der Steuerparameter
in einer Modelltrainingssequenz während des Betriebs nach einem
vorgegebenen Schema variiert (Schritt S11). Das Variieren erfolgt
durch Erhöhen
oder Senken des betreffenden Steuerparameters um einen vorgegebenen
absoluten oder relativen Betrag. Anschließend wird für jeden Wert des Steuerparameters
ein modellierter Wert des Kriteriums berechnet (Schritt S12). Das
Kriterium wird anhand des Steuerparameter-Kriterien-Modells ermittelt.
Der Istkriterienwert des aktuellen Systems wird bestimmt (Schritt
S13), indem das aktuelle Systemverhalten bei den vorliegenden Steuerparametern
analysiert wird und das entsprechende Kriterium bei dem momentanen
Betriebsbereich des Systems (Verbrennungsmotors) gemäß der Kriterienfunktion
ermittelt wird, die bereits bei der Erstellung des Referenz-Steuerparameter-Kriterien-Modells
zugrunde gelegt worden ist. Der Istkriterienwert wird mit dem modellierten
Wert verglichen, um eine Abweichung zu bestimmen (Schritt S14).
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Wenn
der modellierte Wert des Kriteriums um mehr als einen vorgegebenen
Toleranzwert von dem Istkriterienwert abweicht (Schritt S15), bildet
das Modell das aktuelle Systemverhalten nicht mehr mit ausreichender
Genauigkeit ab, weil sich das Systemverhalten beispielsweise aufgrund
der Alterung von Komponenten oder aufgrund der Verwendung eines Kraftstoffs
mit anderen Eigenschaften geändert
hat. In diesem Fall wird ein geeigneter Modell-Trainingsalgorithmus ausgeführt (Schritt
S16), der beispielsweise eine Koeffizientenanpassung einer Modellfunktion
oder einen geeigneten Trainingsalgorithmus eines neuronalen Netzes
umfasst. Der Modell-Trainingsalgorithmus
bestimmt die Art der Parametervariation in Schritt S11, z. B. Vorzeichen,
Höhe und
dgl. mit Hilfe eines vorgegebenen Algorithmus.
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In
einer erneuten Sequenz der Schritte S11 bis S16 werden der oder
die Steuerparameter dann so lange variiert, bis das Modellverhalten
innerhalb des vorgegebenen Toleranzwerts mit ausreichender Genauigkeit
mit dem Verhalten des realen Systems übereinstimmt. Dann werden Gültigkeitsinformationen
im Steuergerät 20 abgespeichert
(Schritt S21), aus denen hervorgeht, für welche Betriebsbereiche zu
welchen Zeitpunkten bereits erfolgreiche Modelltrainingssequenzen
durchgeführt
wurden.
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Ist
ein gültiges
motorspezifisches Steuerparameter-Kriterien-Modell vorhanden und
ist eine Abweichung zwischen Soll- und Istwert des Kriteriums festgestellt
worden (Schritt S3), wird der adaptierte Steuerparameter mit Hilfe
des motorspezifischen Steuerparameter-Kriterien-Modells bestimmt.
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Hierzu
wird der Steuerparameter im Modell gemäß einem iterativen Optimierungsverfahren,
wie beispielsweise einem Gradientenverfahren, Intervallhalbierungsverfahren
oder dergleichen, variiert (Schritt S17), und mit Hilfe des motorspezifischen, mit
Hilfe der Schritte S11–S15
angepassten Steuerparameter-Kriterien-Modells der zugehörige Kriterienwert
bestimmt (Schritt S18). Der optimale Kriterienwert wird mit der
gleichen Optimum-Funktion
ermittelt, die auch für
die Erstellung des Optimalkriterien-Modells verwendet worden ist.
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Die
Modellparameter des motorspezifischen Steuerparameter-Kriterien-Modells sind hierbei
in einer vorangegangenen Modelltrainingssequenz (Schritte S11 bis
S16) angepasst worden und werden somit zur Optimierung des bzw.
der Steuerparameter bereitgestellt (Schritt S19).
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Ist
mit Hilfe des Optimierungsverfahrens (Schritte S17, S18) ein Steuerparameterwert
gefunden, mit dem im motorspezifischen Steuerparameter-Kriterien-Modell
der Optimalkriterienwert des Referenz-Steuerparameter-Kriterien-Modells
erreicht werden kann, so wird dieser Wert als adaptierter Steuerparameterwert
ausgegeben (Schritt S20) und für
die Steuerung verwendet.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Verfahrens zur Adaption eines Steuerparameters während des
Fahrbetriebs.
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Bei
der voranstehend beschriebenen Ausführungsform wird der Steuerparameter
in der Modelltrainingssequenz (Schritte S11 bis S16) während des
Betriebs verstellt. Für
Steuerungen, bei denen die Steuerparameter vom Benutzer eingestellt
werden oder bei denen Veränderungen
der Steuerparameter vom Benutzer als Fehlfunktion des Verbrennungsmotors
wahrgenommen würden,
ist diese Vorgehensweise nicht durchführbar, da sie zu einer Gefährdung des
Fahrers führen
könnte.
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Deshalb
wird bei der vorliegenden Ausführungsform
ein motorspezifisches dynamisches Systemmodell erstellt, mit dem
die zu steuernde Strecke während
des normalen Betriebs gelernt werden kann, ohne dass dabei Steuerparameter
verändert werden
müssen.
Das dynamische Systemmodell kann dabei beispielsweise einem physikalischen
Modell des Motorsystems entsprechen.
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Das
dynamische Systemmodell kann dabei durch jede beliebige Struktur
dargestellt werden, mit der sich der Zusammenhang zwischen einer
Eingangsgröße und einer
zu steuernden Größe beschreiben
lässt und
mit dem sich die Änderung
des Systemverhaltens bezüglich
der Steuerparameter vorhersagen lässt (z. B. physikalisch basierte
Modelle, ARMA-Modelle (auto regressive moving average) oder Übertragungsfunktionen).
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Wenn
in Schritt S30 kein gültiges
motorspezifisches dynamisches Systemmodell für den momentanen Betriebsbereich
bzw. den momentanen Betriebspunkt vorliegt, wird das dynamische
Systemmodell der zu steuernden Strecke während des normalen Betriebs
an das System angepasst (Schritte S31 bis S36), ohne dass dabei
der Steuerparameter verändert
wird. Hierzu werden die Eingangsgrößen des dynamischen Modells
eingelesen (Schritt S31) und die Ausgangsgrößen des dynamischen Modells berechnet
(Schritt S32). Die Istwerte der entsprechenden Ausgangsgrößen des
Systems werden bestimmt (Schritt S33) und eine Abweichung zwischen modellierter
Ausgangsgröße und Istwert
der Ausgangsgröße bestimmt
(Schritt S34).
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Ist
die Abweichung größer als
ein vorgegebener Toleranzwert (Schritt S35), wird ein Modelltrainingsschritt
veranlasst (Schritt S36). Hierbei wird das Modell beispielsweise
durch Koeffizientenanpassung oder durch einen geeigneten Trainingsalgorithmus
so lange optimiert (Schritte S31 bis S36), bis die modellierte Ausgangsgröße innerhalb
des Toleranzwerts mit dem Istwert der Ausgangsgröße übereinstimmt. Dann werden Gültigkeitsinformationen
im Steuergerät 20 abgespeichert
(Schritt S42), aus denen hervorgeht, für welche Betriebsbereiche zu
welchen Zeitpunkten bereits erfolgreiche Modelltrainingssequenzen
durchgeführt
wurden.
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Ist
ein gültiges
motorspezifisches dynamisches Systemmodell vorhanden und ist eine
Abweichung zwischen Soll- und Istwert des Kriteriums festgestellt
worden (Schritt S3), wird der adaptierte Steuerparameter mit Hilfe
des motorspezifischen dynamischen Systemmodells bestimmt.
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Hierzu
wird der Steuerparameter im Modell gemäß einem iterativen Optimierungsverfahren,
wie beispielsweise einem Gradientenverfahren, Intervallhalbierungsverfahren
oder dergleichen, variiert (Schritt S37), und mit Hilfe des motorspezifischen
dynamischen Modells die modellierten Ausgangsgrößen des Systems ermittelt (Schritt
S38).
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Die
Modellparameter des motorspezifischen dynamischen Modells sind hierbei
in einer vorangegangenen Modelltrainingssequenz (Schritte S31 bis S36)
angepasst worden und werden somit aus der Modelltrainingssequenz
zur Optimierung des Steuerparameters bereitgestellt (Schritt S39).
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Aus
den Ausgangsgrößen des
dynamischen Modells wird der modellierte Kriterienwert auf die gleiche
Weise wie bei der Erstellung des Referenz-Steuerparameter-Kriterien-Modells ermittelt (Schritt
S40), bis mit Hilfe des Optimierungsverfahrens (Schritte S37, S38,
S40) ein Steuerparameterwert gefunden ist, mit dem im motorspezifischen
dynamischen Modell der Optimalkriterienwert gemäß dem Referenz-Steuerparameter-Kriterien-Modell
erreicht werden kann, oder deren Abweichung voneinander ausreichend
gering ist. Dieser Wert wird schließlich als adaptierter Steuerparameterwert
ausgegeben (Schritt S41) und für
die Steuerung verwendet.
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Obwohl
voranstehend die Verfahren gemäß der verschiedenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung jeweils für den Fall beschrieben worden
sind, dass ein einzelner Steuerparameter adaptiert wird und dass
die Bewertung anhand eines einzelnen Kriteriums erfolgt, können mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
selbstverständlich
auch mehrere Steuerparameter gleichzeitig adaptiert werden. Das
Steuerparameter-Kriterien-Modell
hat dann jeweils mehrere Steuerparameter als Eingangsgrößen.
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Weiterhin
können
auch mehrere Kriterien berücksichtigt
werden, wobei bei der Bestimmung der Abweichung der jeweiligen Istkriterienwerte
von den Sollwerten eine geeignete Funktion aller Ist- und Sollwerte
verwendet wird.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung eines zentralen Adaptionskoordinators 200.
Der Adaptionskoordinator 200 ist in mehrere Module 210, 220, 230 gegliedert
und kann als Funktionseinheit im Steuergerät 20 realisiert sein.
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Jedes
dieser Module 210, 220, 230 ist dabei derart
ausgelegt, dass es ein Verfahren, wie in Zusammenhang mit 3 und 5 oder 6 beschrieben,
durchführen
kann. Insbesondere umfasst daher jedes Modul 210, 220, 230 eine
Bestimmungseinheit 212, 222, 232 zum
Berechnen eines Istkriterienwerts, eine Modelltrainings-Einheit 214, 224, 234 und
eine Optimierungseinheit 216, 226, 236 zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Adaptionsverfahrens.
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Über Pararmeter-Ausgabeeinheiten 240, 250, 260 werden
die adaptierten Steuerparameter bereitgestellt. Resultate der Bestimmungseinheiten 212, 222, 232 oder
der Modelltrainings-Einheiten 214, 224, 234 können zur
Unterstützung
bzw. zur Durchführung
von Diagnoseverfahren verwendet werden. Dazu kann der zentrale Adaptionskoordinator 200 über eine
Ausgabeeinheit 270 Informationen für ein Diagnosesystem bereitstellen. Ändert sich
beispielsweise das dynamische Verhalten eines Sensors, kann dies über einen
Vergleich der Kriterienwerte des defekten Systems mit einem Referenzsystem
erkannt werden.