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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet von Diagnose- und Abgleichverfahren für eine Systemkomponente in einem System und insbesondere das Gebiet von Onboard-Diagnoseverfahren für Motorsysteme für Kraftfahrzeuge.
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Stand der Technik
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Um Systemkomponenten, wie z.B. Aktuatoren, in komplexen Systemen auf ihre Funktionsfähigkeit zu überprüfen, werden häufig so genannte intrusive Tests durchgeführt. Diese intrusive Tests werden oftmals regelmäßig durchgeführt, wenn bestimmte vorgegebene Freigabebedingungen für die Durchführung dieser Tests erfüllt sind. Dabei wird während des Betriebs des Systems und bei Vorliegen der Freigabebedingungen ein Aktuator betätigt bzw. verstellt und eine oder mehrere Sensorgrößen beobachtet. Bleibt die erwartete Reaktion auf die Aktuatorbetätigung aus, kann auf einen Defekt des Aktuators oder einer sonstigen Systemkomponente geschlossen werden.
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Insbesondere in Motorsystemen von Kraftfahrzeugen werden diese Funktionstests im Rahmen einer Onboard-Diagnose für einen Großteil der darin eingesetzten Aktuatoren durchgeführt. Beispielsweise kann in einem Schubbetrieb, bei dem kein Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird, eine Funktionsüberprüfung des Aktuators zur Verstellung der Drallklappe durchgeführt werden. Dabei wird die Position der Drallklappe in einem Luftsystem des Verbrennungsmotors variiert und die darauf erfolgende Druckänderung im Saugrohr des Luftsystems oder die Änderung des Frischluftmassenstroms gemessen. Erfolgt keine Druckänderung oder erfolgt keine aufgrund der Verstellung der Drallklappe erwartete Druckänderung, so kann auf einen Defekt der Drallklappe geschlossen werden.
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Um eine robuste Diagnose zu ermöglichen, ist es notwendig, dass bei einem bestimmten Funktionstest ein vordefinierter Systemzustand beibehalten wird. Der vordefinierte Systemzustand kann durch Zustandsgrößenbereiche für Zustandsgrößen definiert werden, wobei eine Freigabebedingung beispielsweise umfassen kann, dass eine Zustandsgröße sich während der Durchführung des Funktionstests innerhalb eines Zustandsgrößenbereich befinden muss oder konstant bleiben soll, da eine Änderung der Zustandsgröße eine Verfälschung des Testergebnisses bewirken würde. Bei den bisherigen Funktionsüberprüfungen von Systemkomponenten wird während des Verlaufs des Funktionstests beobachtet, ob die notwendigen Freigabebedingungen eingehalten sind und gegebenenfalls der Funktionstest abgebrochen und das Resultat verworfen. Je nach Wahl der Zustandsgrößenbereiche kann dies unter Umständen zu häufigen abgebrochenen Testverläufen führen, was nachteilig ist, da ein Funktionstest das System in der Regel negativ beeinflusst bzw. eine Störung darstellt. Häufige abgebrochene Testverläufe führen somit zu einer hohen negativen Beeinflussung des Gesamtsystems.
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Entsprechend sollten die durch die Freigabebedingung definierten Zustandsgrö-ßenbereiche relativ groß gewählt werden, so dass eine hinreichend hohe Wahrscheinlichkeit dafür besteht, dass der Funktionstest im betriebenen System mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit zu Ende durchgeführt werden kann. Dies kann jedoch dazu führen, dass die Funktionstests auch in Betriebsbereichen durchgeführt werden müssen, in denen die Betätigung des zu testenden Aktuators, um dessen Funktion zu überprüfen, eine größere Wirkung auf das System hervorruft.
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Weiterhin bestehen ähnliche Schwierigkeiten bei einem Abgleich bzw. bei einer Kalibrierung einer Systemkomponente, die ebenfalls regelmäßig und/oder bei bestimmten Betriebsbedingungen durchgeführt werden sollen. Dabei wird eine Eigenschaft einer Systemkomponente, z.B. eine Sensorgröße eines Sensors in einem bestimmten Betriebsbereich ermittelt, und eine Interpretation der entsprechenden Sensorgröße in einer Steuereinheit angepasst. Gleichermaßen kann eine physikalische Ausgabegröße eines Aktuators abhängig von einer Ansteuerung des Aktuators regelmäßig und/oder bei bestimmten Betriebsbedingungen ermittelt werden, um die Ausgabe der Ansteuergröße durch eine Steuereinheit entsprechend anzugleichen. Auch in diesen Fällen muss der Abgleich bzw. die Kalibrierung abgebrochen werden, wenn der durch die Freigabebedingung definierte Zustandsgrößenbereich vorzeitig, d.h. während der Ermittlung der Sensorgröße bzw. der physikalischen Ausgangsgröße verlassen wird.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer Funktionsüberprüfung und/oder eines Abgleichs bzw. einer Kalibrierung einer Systemkomponente in einem System bereitzustellen, wobei einerseits die Robustheit der Funktionsüberprüfung bzw. des Abgleichs erhöht wird und/oder die negativen Einflüsse auf das System bei der Verstellung des Aktuators möglichst gering gehalten werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Überprüfen einer Funktion eines Aktuators eines Systems vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Ansteuern des Aktuators innerhalb eines Zeitfensters, wenn sich mindestens eine Zustandsgröße des Systems in einem vorgegebenen Betriebsbereich befindet;
- - Erfassen einer Systemantwort mit Hilfe eines Sensors innerhalb des Zeitfensters als Antwort auf das Ansteuern des Aktuators;
- - Feststellen einer Fehlfunktion des Aktuators, wenn die Systemantwort von einer Soll-Systemantwort, die aufgrund des Ansteuerns des Aktuators erwartet wird, abweicht;
wobei während des Zeitfensters ein weiterer Aktuator des Systems so angesteuert wird, dass die mindestens eine Zustandsgröße des Systems während des Zeitfensters in dem vorgegebenen Betriebsbereich verbleibt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Überprüfen einer Funktion eines Sensors eines Systems vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Ansteuern eines Aktuators innerhalb eines Zeitfensters, wenn sich mindestens eine Zustandsgröße des Systems in einem vorgegebenen Betriebsbereich befindet;
- - Erfassen einer Systemantwort mit Hilfe des Sensors innerhalb des Zeitfensters als Antwort auf das Ansteuern des Aktuators;
- - Feststellen einer Fehlfunktion des Sensors, wenn die Systemantwort von einer Soll-Systemantwort, die aufgrund des Ansteuerns des Aktuators erwartet wird, abweicht;
wobei während des Zeitfensters ein weiterer Aktuator des Systems so angesteuert wird, dass die mindestens eine Zustandsgröße des Systems während des Zeitfensters in dem vorgegebenen Betriebsbereich verbleibt.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei der Durchführung der Überprüfung der Funktion eines Aktuators oder eines Sensors in dem System durch einen zusätzlichen aktiven Eingriff in das System durch mindestens einen weiteren Aktuator, beispielsweise in Form einer Regelung, sicherzustellen, dass die notwendigen Bedingungen für eine zuverlässige Überprüfung der Funktion des Aktuators bzw. des Sensors während einer Überprüfungszeit eingehalten werden. Damit kann die Überprüfung häufiger bzw. für eine längere Überprüfungszeitdauer durchgeführt werden, so dass die Überprüfung zu exakteren und damit robusteren Ergebnissen führt. Insgesamt kann durch den zusätzlichen aktiven Eingriff die Überprüfungsdauer verlängert werden, so dass es weiterhin möglich ist die Anzahl der Testzyklen zu erhöhen oder nach dem Ansteuern des Aktuators eine verlängerte Einschwingzeit zu berücksichtigen, bevor eine Messung der Auswirkungen einer Verstellung des Aktuators ermittelt wird. Weiterhin kann die Wahrscheinlichkeit reduziert werden, dass Überprüfungen des Aktuators bzw. des Sensors abgebrochen werden müssen, wenn der dafür notwendige Betriebsbereich verlassen werden muss. Dadurch kann die Häufigkeit eines Startens einer Überprüfung des zu testenden Aktuators reduziert werden, da die für eine Entscheidung hinsichtlich des Überprüfungsergebnisses notwendige Anzahl bzw. die Häufigkeit von Überprüfungen aufgrund der erhöhten Robustheit reduziert werden kann. Damit können darüber hinaus eine größere Anzahl verschiedener Überprüfungen von Funktionen von verschiedenen Aktuatoren bzw. Sensoren innerhalb der wenigen Phasen geeigneter Betriebsbedingungen durchgeführt werden. Insbesondere können auch negative Einflüsse der Überprüfung auf das System minimiert werden, da der Aktuator weniger verstellt werden muss. Denn insgesamt kann eine längere Zeitdauer abgewartet werden, um die Auswirkungen der Verstellung im System zu detektieren, ohne dass sich die Wahrscheinlichkeit für einen Abbruch der Überprüfung bei einem Verlassen des Betriebsbereichs erhöht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines Aktuators eines Systems vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Ansteuern des Aktuators innerhalb eines Zeitfensters, wenn sich mindestens eine Zustandsgröße des Systems in einem vorgegebenen Betriebsbereich befindet;
- - Erfassen einer Systemantwort mit Hilfe eines Sensors innerhalb des Zeitfensters als Antwort auf das Ansteuern der Systemkomponente;
- - Kalibrieren des Aktuators abhängig von einem Unterschied zwischen der Systemantwort und einer Soll-Systemantwort, die aufgrund des Ansteuerns des Aktuators erwartet wird;
wobei während des Zeitfensters ein weiterer Aktuator so angesteuert wird, dass die mindestens eine Zustandsgröße des Systems während des Zeitfensters in dem vorgegebenen Betriebsbereich verbleibt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors eines Systems vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Ansteuern eines Aktuators innerhalb eines Zeitfensters, wenn sich mindestens eine Zustandsgröße des Systems in einem vorgegebenen Betriebsbereich befindet;
- - Erfassen einer Systemantwort mit Hilfe des Sensors innerhalb des Zeitfensters als Antwort auf das Ansteuern der Systemkomponente;
- - Kalibrieren des Sensors abhängig von einem Unterschied zwischen der Systemantwort und einer Soll-Systemantwort, die aufgrund des Ansteuerns des Aktuators erwartet wird;
wobei während des Zeitfensters ein weiterer Aktuator so angesteuert wird, dass die mindestens eine Zustandsgröße des Systems während des Zeitfensters in dem vorgegebenen Betriebsbereich verbleibt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der vorbestimmte Betriebsbereich abhängig von dem Wert der mindestens einen Zustandsgröße des Systems zu einem Zeitpunkt vor dem Ansteuern des Aktuators definiert wird, wobei insbesondere der vorbestimmte Betriebsbereich angibt, dass die mindestens eine Zustandsgröße den Wert zu dem Zeitpunkt vor dem Ansteuern des Aktuators beibehalten soll.
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Weiterhin kann das Ansteuern des weiteren Aktuators zyklisch oder zu vorbestimmten Zeitpunkten innerhalb des Zeitfensters durchgeführt werden.
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Insbesondere kann das Ansteuern des weiteren Aktuators mit Hilfe einer Regelung durchgeführt werden, wobei die Regelung basierend auf der mindestens einen Zustandsgröße durchgeführt wird.
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Weiterhin kann das Ansteuern des Aktuators durchgeführt werden, indem eine Ansteuergröße zum Ansteuern des Aktuators verändert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Maß des Ansteuerns des Aktuators so gewählt werden, dass das Ansteuern des Aktuators bei einem ordnungsgemäßen System eine durch den Sensor detektierbare Systemantwort bewirkt.
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Beispielsweise kann als Aktuator eine Drallklappe eines Verbrennungsmotors vorgesehen sein, mit der eine Verwirbelung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Verbrennungsmotor einstellbar ist. In dem Betriebsbereich wird das Druckverhältnis über einer Drosselklappe, die eine Luftzufuhr in dem Verbrennungsmotor steuert, auf einen bestimmten Druckverhältnisbereich eingestellt, wobei als weiterer Aktuator die Drosselklappe angesteuert wird, um während des Zeitfensters das Druckverhältnis innerhalb des bestimmten Druckverhältnisbereichs zu halten, wobei als eine Systemantwort ein Saugrohrdruck und/oder ein Frischluftmassenstrom des Verbrennungsmotors ermittelt wird, um eine Fehlfunktion der Drallklappe durch Feststellen einer Abweichung zwischen dem ermittelten Saugrohrdruck und/oder dem ermittelten Frischluftmassenstrom und einem entsprechenden vorgegebenen Sollwert festzustellen.
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In einem weiteren Beispiel kann als Systemkomponente ein Abgas-Kühler eines Verbrennungsmotors in einer Abgasrückführungsleitung überprüft werden. Der Abgas-Kühler ist mit einem Bypassventil gekoppelt, um den durch den Abgaskühler strömende Anteil des durch die Abgasrückführungsleitung strömenden Abgases einzustellen. In dem Betriebsbereich soll ein Massenstrom des über den Abgas-Kühler fließenden Massenstroms konstant sein, wobei zum Einstellen des konstanten Massenstroms durch den Abgas-Kühler als weiterer Aktuator, wie z.B. ein Abgasrückführungsventil zum Steuern einer Gasströmung in der Abgasrückführungsleitung oder die Drosselklappe, angesteuert wird, wobei als eine Systemantwort ein Wirkungsgrad des Abgas-Kühlers ermittelt wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer zu testenden Systemkomponente und mit einer Steuereinheit, in der eine Überprüfung der Funktion der zu testenden Systemkomponente durchgeführt wird;
- 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs eines Verfahrens zum Überprüfen der Funktion einer zu testenden Systemkomponente;
- 3 ein Motorsystem mit mehreren Aktuatoren, die gemäß dem Verfahren zur Überprüfung der Funktion der Aktuatoren überprüft werden können.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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In 1 ist schematisch eine Anordnung 1 dargestellt, bei der ein physikalisches System 2, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor, von einer Steuereinheit 3 betrieben wird. Die Steuereinheit 3 wirkt mit Hilfe eines ersten Aktuators 4 und mit Hilfe eines oder mehrerer zweiter Aktuatoren 5 auf das System 2 ein. Mit Hilfe eines oder mehrerer Sensoren 6 können Sensorwerte ermittelt und dadurch Zustände des Systems 2 (Systemzustände) erfasst und an das Steuergerät 3 kommuniziert werden, so dass die Ansteuerung der Aktuatoren 4, 5 bzw. das Betreiben des Systems 2 in Form einer Regelung bzw. unter Berücksichtigung der Systemzustände durchgeführt werden kann.
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Die Ansteuerung des Systems 2 kann gemäß in der Steuereinheit 3 bereitgestellten Vorgaben und/oder abhängig von externen Vorgaben, die mit Hilfe einer Vorgabegröße E von extern bereitgestellt werden, durchgeführt werden.
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Bei Motorsystemen mit einem Verbrennungsmotor für den Einsatz in Kraftfahrzeugen muss gemäß gesetzlicher Vorgaben die Funktion aller oder eines Teils der Systemkomponenten überprüft werden, bei denen eine Fehlfunktion Einfluss auf das Emissionsverhalten des Verbrennungsmotors haben kann. Auch in anderen Systemen kann es notwendig sein, die Funktion einer oder mehrerer der Systemkomponenten zu überprüfen. Weiterhin können sich durch Alterung oder anderer Einflüsse das Verhalten bzw. die Eigenschaften einzelner Systemkomponenten ändern. So kann sich die Übertragungsfunktion eines Aktuators, d.h. die physikalische Ausgangsgröße eines Aktuators, z.B. der Stellweg (Stellwinkel) einer verstellbaren Klappe, in Abhängigkeit von der Ansteuergröße ändern. Auch kann sich die Übertragungsfunktion eines Sensors, der einen Sensorwert abhängig von der zu messenden Größe ausgibt, über die Lebensdauer des Sensors ändern.
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In den meisten Fällen soll eine Überprüfung der Systemkomponente bzw. eine Ermittlung der Übertragungsfunktion der Systemkomponente während des laufenden Betriebs des Systems vorgenommen werden, möglichst ohne spürbaren Einfluss auf das Betriebsverhalten des Systems auszuüben. Gleichzeitig können die Überprüfung bzw. die Ermittlung der Übertragungsfunktion nur bei einem quasistationären Betriebszustand ermittelt werden. Somit werden Funktionsüberprüfungen bzw. die Ermittlung der Übertragungsfunktion nur in bestimmten Zustandsgrößenbereichen des physikalischen Systems 2 durchgeführt. Diese Zustandsgrößenbereiche definieren also Freigabebedingungen für die Durchführung der Überprüfung bzw. die Ermittlung der Übertragungsfunktion.
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Die Zustandsgrößenbereiche können Wertebereiche sein, in denen die von den Sensoren 6 gelieferten Sensorwerte, die Vorgabegrößen E, sowie sonstige Systemzustände angebende Größen und dergleichen liegen müssen, um eine ordnungsgemäße Überprüfung der Funktion der Systemkomponente und eine Ermittlung der Übertragungsfunktion durchzuführen.
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Im vorliegenden Fall sei beispielsweise angenommen, dass die Funktion des ersten Aktuators 4 überprüft werden soll. Ein häufiges Problem besteht jedoch darin, dass sich während der Überprüfung des ersten Aktuators 4 der Betriebsbereich, in dem das System 2 betrieben wird, ändert, so dass die vorgegebenen Freigabebedingungen zur Durchführung der Überprüfung der Funktion des ersten Aktuators 4 nicht mehr vorliegen. Da die Überprüfung der Funktion jedoch eine bestimmte Überprüfungs-Zeitdauer benötigt, muss in Fällen, bei denen während der Überprüfungs-Zeitdauer die durch die Freigabebedingungen vorgegebenen Grenzen für die Betriebsbereiche verlassen werden, der Überprüfungsablauf abgebrochen werden. Dann müssen erneut die entsprechenden Freigabebedingungen für die Überprüfung der Funktion des ersten Aktuators 4 abgewartet werden. Es wird nun vorgeschlagen, den von den Freigabebedingungen definierte Betriebsbereich mit Hilfe des zweiten Aktuators 5 zu regeln, so dass der Betriebsbereich zumindest solange beibehalten wird, bis die Überprüfung des ersten Aktuators 4 abgeschlossen ist.
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In 2 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Überprüfen der Funktion des ersten Aktuators 4 dargestellt. In Schritt S1 wird abgefragt, ob die Freigabebedingungen für die Überprüfung der Funktion des ersten Aktuators 4 erfüllt sind. Wie oben beschrieben können die Freigabebedingungen Betriebsbereiche des Systems 2 definieren, z.B. mit Hilfe von Zustandsgrößen, die innerhalb von den Freigabebedingungen definierten Zustandsgrößenbereichen liegen. Z.B. können die von den Sensoren bereitgestellten Sensorwerte innerhalb bestimmter Sensorwertbereiche und/oder die extern bereitgestellten Vorgabegrößen E innerhalb definierter Vorgabegrößenbereiche liegen. Erst wenn dies der Fall ist (Alternative: ja), wird die Überprüfung begonnen, indem in Schritt S2 eine Verstellung des ersten Aktuators 4 vorgenommen wird.
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Die Verstellung des ersten Aktuators 4 erfolgt in einem Maße, das ausreicht, um einen Einfluss auf das System 2 mit Hilfe eines oder mehrerer der Sensoren 6 festzustellen, jedoch nicht in einem Maße, das zu einer merklichen Änderung des Systemverhaltens, insbesondere zu einer Verschlechterung des Systemverhaltens, z.B. bei Motorsystemen zu einer Verschlechterung des Emissionsverhaltens, führen kann. Der Grad der Verstellung des ersten Aktuators 4 ist also abhängig von den physikalischen Gegebenheiten, der Art des ersten Aktuators 4 und dergleichen. In der Praxis wird hier in der Regel ein Kompromiss zwischen der Systembeeinflussung und dem Maß der Verstellung des ersten Aktuators 4 getroffen.
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Da in der Regel der Einfluss der Verstellung des ersten Aktuators 4 auf das System nicht unmittelbar erfolgt, sondern erst nach einer Ansprechzeit bzw. nach einer Einschwingzeit, wird in Schritt S3 zunächst eine bestimmte Anfangszeitdauer abgewartet, bevor in Schritt S4 überprüft wird, ob sich aufgrund der Verstellung des ersten Aktuators 4 eine Änderung eines Systemzustands ergeben hat. Die Änderung des Systemzustands wird in der Regel über eine Änderung eines oder mehrerer Sensorwerte des einen oder der mehreren Sensoren 6 festgestellt.
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Wenn im Schritt S4 festgestellt wird, dass sich eine Änderung des Systemzustands ergeben hat (Alternative: Ja), wird in Schritt S5 signalisiert, dass die Funktion des überprüften ersten Aktuators 4 ordnungsgemäß ist. Wird keine Änderung des Systemzustands festgestellt (Alternative: Nein), so kann auf einen nicht funktionsfähigen Aktuator 4 geschlossen werden. Dies kann in Schritt S6 signalisiert werden.
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Um zu gewährleisten, dass der Betriebsbereich des Systems 2, in dem die Freigabebedingungen für die Überprüfung der Funktion des ersten Aktuators 4 vorliegen, auch während der Überprüfungs-Zeitdauer vorliegt, können beispielsweise diese Freigabebedingungen während der gesamten Überprüfungs-Zeitdauer, zu bestimmten Zeitpunkten des Ablaufs des Überprüfungsverfahrens oder nur in bestimmten Phasen des Überprüfungsverfahrens, beispielsweise in einer Vorbereitungs- oder Einschwingphase des Schritts S2, überprüft werden.
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Der Systemzustand kann mit Hilfe eines oder mehrerer der zweiten Aktuatoren 5 beeinflusst werden, um die Betriebsbereiche, die zum Erfüllen der Freigabebedingungen notwendig sind, weiter einzuhalten. Das heißt, es können beispielsweise die Zustandsgrößen, die für das Vorliegen der Freigabebedingungen relevant sind, mit Hilfe der weiteren Aktuatoren 5 auf Sollwerte, die innerhalb der Zustandsgrößenbereiche liegen, geregelt werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Verfahren zur Überprüfung der Funktion des ersten Aktuators 4 während der gesamten Überprüfungszeitdauer durchgeführt werden kann, da mit Hilfe der zweiten Aktuatoren 5 einem vorzeitigem Verlassen der Freigabebedingungen entgegengewirkt wird.
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Selbstverständlich ist nicht auszuschließen, dass die Wirkung der für die Überprüfung des ersten Aktuators verwendeten zweiten Aktuatoren 5 nicht ausreicht, um sicherzustellen, dass die für die Freigabebedingung relevante Zustandsgröße die für die Freigabebedingungen relevanten Zustandsgrößenbereiche nicht in dem zum Erfüllen der Freigabebedingungen notwendigen Bereich halten können. In diesem Fall wird wie bei herkömmlichen Überprüfungsverfahren die Überprüfung der Funktion des ersten Aktuators 4 abgebrochen.
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Wenn das Überprüfen des Vorliegens der Freigabebedingungen und das Einregeln der relevanten Zustandsgrößen auf die Sollwerte innerhalb der Zustandsgrößenbereiche phasenweise oder nur zu bestimmten Zeitpunkten durchgeführt wird, kann während der übrigen Zeit, in der keine Regelung der für die Freigabebedingungen relevanten Zustandsgrößen durchgeführt wird, vorgesehen sein, dass die zweiten Aktuatoren 5 nicht verstellt werden oder dass diese gemäß einer vorgegebenen Steuerung betrieben werden. Die Parameter der vorgegebenen Steuerung können appliziert oder in einem gesonderten Ablauf gelernt werden.
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Das obige Verfahren kann analog auch für das Ermitteln von Übertragungsfunktionen von Sensoren oder Aktuatoren verwendet werden, um einen Abgleich der Systemkomponente mit der Steuereinheit bzw. eine Kalibrierung der Systemkomponente durchzuführen. Eine Übertragungsfunktion entspricht dabei der Beziehung zwischen einer physikalischen Ausgangsgröße, d.h. einer Messgröße, die durch den Sensor gemessen werden soll bzw. einer Ausgangsgröße, die von einem Aktuator gestellt werden soll, zu einer im System bereitgestellten kommunizierbaren Größe, wie z.B. einer elektrischen Ansteuergröße für den Aktuator oder einer Sensorgröße, die von dem Sensor abhängig von der Ausgangsgröße, z.B. in Form eines elektrischen Signals, bereitgestellt wird und die einen Sensorwert angibt.
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Während der entsprechenden Freigabebedingung, die zur Ermittlung einer Angabe über die Übertragungsfunktion benötigt wird, wird dann durch einen Eingriff über die zweiten Aktuatoren 5 versucht, die Zustandsgrößen auf einen Sollwert innerhalb des entsprechenden Zustandsgrößenbereiches einzuregeln. Dadurch wird ermöglicht, dass die Übertragungsfunktion ermittelt werden kann.
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In 3 ist ein Motorsystem 10 mit verschiedenen Aktuatoren und Sensoren als Beispiel für ein physikalisches System gemäß 1 dargestellt. Das Motorsystem 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 11 mit mehreren Zylindern 12, denen Luft über ein Luftzuführungssystem 13 zugeführt werden kann. In dem Luftzuführungssystem 13 ist eine Aufladeeinrichtung 14 in Form eines Abgasturboladers angeordnet, um in dem Luftzuführungssystem 13 Luft stromaufwärts einer in dem Luftzuführungssystem 13 angeordneten Drosselklappe 15 unter einem Ladedruck pL zur Verfügung zu stellen.
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Die Luft wird in jeden der Zylinder 12 von dem hinter der Drosselklappe 15 angeordneten Bereich des Luftzuführungssystems 13, der auch Saugrohr genannt wird, über zwei Einlassventile 16 eingelassen. In einer Zuführung mindestens eines der Einlassventile 16 jedes Zylinders 12 kann eine Drallklappe 27 angeordnet sein, mit der eine Verwirbelung des Luft-Kraftstoffgemischs im betreffenden Zylinder 12 eingestellt werden kann. Kraftstoff wird dem Motorsystem über ein Einspritzventil 30 im Saugrohrbereich des Luftzuführungssystems 13 zugeführt. Alternativ kann Kraftstoff dem Motorsystem über Einspritzventile 30' in den Zylindern 12 zugeführt werden.
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Weiterhin ist ein Abgasstrang 17 vorgesehen, der durch die Aufladeeinrichtung 14 geführt wird, um abhängig von einer Abgasenthalpie der Verbrennungsabgase einen Kompressor der Aufladeeinrichtung 14 anzutreiben.
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Zwischen dem Abgasstrang 17 und dem Luftzuführungssystem 13, insbesondere dem Bereich stromabwärts der Drosselklappe 15, ist eine Abgasrückführungsleitung 18 vorgesehen, um einen Teil des durch den Abgasabschnitt 17 strömenden Abgases in das Luftzuführungssystem 13, insbesondere in den Bereich des Saugrohrs zu leiten. In der Abgasrückführungsleitung 18 ist ein Abgasrückführungsventil 19 vorgesehen, mit dem der Anteil des rückgeführten Abgases eingestellt werden kann. In der Abgasrückführungsleitung 18 ist weiterhin ein Abgaskühler 22 vorgesehen, der das durchgeführte Verbrennungsabgas kühlen kann. Um die Kühlung des Verbrennungsabgas durch den Abgaskühler 22 zu regeln, ist eine Umgehungsleitung um den Abgaskühler 22 vorgesehen, in der ein separat steuerbares Bypassventil 23 angeordnet ist.
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Das in 3 gezeigte Motorsystem 10 wird mit Hilfe einer Steuereinheit 20 angesteuert, die abhängig von einer externen Vorgabe ist, die beispielsweise ein Fahrerwunschmoment bzw. oder eine Fahrpedalstellung angibt, und die Aktuatoren werden abhängig von Betriebszuständen des Motorsystems 10 angesteuert. Betriebszustände des Verbrennungsmotors 11 können mit Hilfe von Sensoren direkt erfasst werden oder durch Anwendung von geeigneten Modellen abgeleitet werden.
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Der Wirkungsgrad der Aufladeeinrichtung 14 kann durch Verstellen einer im Abgasstrang angeordneten Abgasturbine eingestellt werden. Die Abgasturbine kann beispielsweise als Abgasturbine mit variabler Turbinengeometrie ausgebildet sein, die mit Hilfe der Steuereinheit 20 eingestellt werden kann. Weiterhin befindet sich im Abgasstrang 17 eine Lambdasonde 21, mit der die stöchiometrische Zusammensetzung des Verbrennungsabgases in Form eines Lambdawertes detektiert werden kann. Das heißt, es kann festgestellt werden, ob das in den Zylindern 12 verbrannte Luft-Kraftstoffgemisch zu fett oder zu mager war.
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Als Beispiel für die Überprüfung einer Funktion eines Aktuators in diesem Motorsystem 10 wird zunächst die Funktion der Drallklappe 27 überprüft. Dazu wird während einer Schubphase, d.h. während eines Betriebszustands des Motorsystems 10, bei dem ein negatives Moment auf den Verbrennungsmotor 11 wirkt, d.h. der Verbrennungsmotor 11 durch ein externes Moment angetrieben wird, die Position der Drosselklappe 15 auf ein kritisches Druckverhältnis eingeregelt. Das kritische Druckverhältnis entspricht einem Druckverhältnis zwischen dem Ladedruck im Bereich stromaufwärts der Drosselklappe 15 und einem Druck stromabwärts der Drosselklappe 15, bei dem die Geschwindigkeit der die Drosselklappe umströmenden Luft eine bestimmten Grenzwert überschreitet. Insbesondere liegt der Grenzwert der Strömungsgeschwindigkeit bei der Schallgeschwindigkeit in Luft. Dieses Druckverhältnis wird während der Funktionsüberprüfung mit Hilfe einer geeigneten Regelung der Drosselklappe 15 durch die Steuereinheit 20 eingeregelt. Bei diesem Betriebszustand des Motorsystems 10 kann bei einer nur geringen Verstellung der Drallklappe 27 eine Änderung eines Saugrohrdrucks und/oder des Frischluftmassenstroms festgestellt werden. Ist der Einfluss auf den Saugrohrdruck und/oder auf den Frischluftmassenstrom bei einer Verstellung der Drallklappe 27 gegeben, so wird festgestellt, dass die Drallklappe 27 funktionsfähig ist. Die zu testende Systemkomponente entspricht in diesem Beispiel der Drallklappe 27. Die Zustandsgröße entspricht in diesem Beispiel der Stellung der Drosselklappe 15 und die Freigabebedingung definiert einen Zustandsgrößenbereich, bei dem das kritische Druckverhältnis erreicht wird.
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Als weiteres Beispiel kann die Effizienz des Abgaskühlers 22, der in der Abgasrückführungsleitung 18 angeordnet ist, durch Öffnen oder Schließen des Bypassventils 23 überprüft werden.
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Die ordnungsgemäße Funktion des Bypassventils 23 kann durch Messung einer Temperaturänderung abhängig von dem Schließen oder Öffnen des Bypassventils 23 festgestellt werden. Erfolgt keine Änderung der Temperatur, so kann festgestellt werden, dass das Bypassventil 23 defekt ist. Während der Überprüfung der Funktion des Bypassventils 23 ist das Vorliegen einer Freigabebedingung notwendig, bei der der Massenstrom des rückgeführten Verbrennungsabgases durch den Abgaskühler 22 konstant ist. Dies kann durch Einstellen der Abgasrückführungsrate auf einen Sollwert erreicht werden, wobei die Abgasrückführungsrate über die Drosselklappe 15 und das Abgasrückführungsventil 19 einstellbar ist. Die einzustellende Zustandsgröße entspricht in diesem Beispiel also der Abgasrückführungsrate.
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Ist bekannt, dass das Bypassventil 23 ordnungsgemäß arbeitet, kann weiterhin die Effizienz des Abgaskühlers 22 anhand des beim Umschalten zwischen Zuständen des Bypassventils 23 ermittelten Temperaturgefälles festgestellt werden. Je höher die Temperaturänderung aufgrund des Öffnens/Schließens bei zuvor geschlossenen/geöffneten Bypassventil 23 ist, desto höher ist die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad des Abgaskühlers 22.
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Somit können bei der Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Bypassventils 23 bzw. ein Überprüfen und Feststellen der Effizienz/Wirkungsgrad des Abgaskühlers 22 von der Steuereinheit 20 die Drosselklappe 15 und das Abgasrückführungsventil 19 entsprechend eingestellt werden, so dass sich während der Überprüfungs-Zeitdauer ein konstanter Massenstrom durch den Abgaskühler 22 einstellt.
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Als ein weiteres Beispiel dient ein Abgleich der Lambdasonde im Schubbetrieb. Dabei muss als notwendige Bedingung der Druck an der Lambdasonde 21 konstant sein. Der Abgleich erfolgt beim Betreiben des Verbrennungsmotors 11 im Schubbetrieb, wobei Frischluft durch die Zylinder 12 in den Abgasabführungsabschnitt geleitet wird. Die Lambdasonde 21, die eine Angabe über die Sauerstoffkonzentration des sie umströmenden Gases als eine Angabe über den Lambdawert bereitstellt, sollte nun so abgeglichen werden, dass sie eine Angabe über die Sauerstoffkonzentration von Frischluft liefert. Weicht die während des Abgleichs gemessene Angabe über die Sauerstoffkonzentration von Frischluft von der bekannten Sauerstoffkonzentration der Frischluft ab , so kann der Messwert der Sauerstoffkonzentration bzw. die Angabe über den Lambdawert bzw. die Lambdasonde 21 entsprechend adaptiert werden, beispielsweise indem die Angabe über den Lambdawert vor einer Weiterverarbeitung mit einem entsprechenden Faktor beaufschlagt wird.
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Der konstante Druck im Bereich der Lambdasonde 21 entspricht der Zustandsgröße während die Freigabebedingung definiert, dass der Druck konstant gehalten werden soll. Der Druck kann durch den Abgasmassenstrom durch die Aufladeeinrichtung 14 bzw. durch das Abgasrückführungsventil 19 eingestellt werden. Die Steuereinheit 20 sieht also vor, während der Messung der Sauerstoffkonzentration bzw. der Angabe über den Lambdawert durch Einstellen des Abgasmassenstroms durch entsprechende Änderung der Turbinengeometrie in der Aufladeeinrichtung 14 und/oder durch Stellen des Abgasrückführungsventils 19 eine dem Druck entsprechende Abgasrückführungsrate einzustellen. Treten aufgrund von weiteren Einflüssen auf das Motorsystem 10 Abweichungen beim Abgasmassenstrom auf, so kann durch Regeleingriffe auf die Turbinengeometrie und/oder auf das Abgasrückführungsventil 19 der Abgasmassenstrom konstant eingestellt werden.
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In einem weiteren Beispiel soll bei einem Verbrennungsmotor mit einer Direkteinspritzung eine Nullmengenkalibrierung von einem in einem Zylinder angeordneten Einspritzventil durchgeführt werden. Eine Bedingung für diese Nullmengenkalibrierung besteht darin, dass sich der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb befinden muss, d.h. der Motor wird durch ein externes Moment angetrieben und erzeugt kein eigenes Antriebsmoment. Die Nullmengenkalibrierung erfolgt durch Absetzen einer sehr kleinen Einspritzmenge (Kalibrierungseinspritzmenge), die ein für den Fahrer des Kraftfahrzeugs nicht merkliches Moment erzeugt, aber durch Beobachtung der Drehzahl bzw. des Lambdawerts detektiert werden kann. Dazu ist es jedoch notwendig, dass der Frischluftmassenstrom in die Zylinder 12 konstant ist, was über die Drosselklappe 15 eingestellt bzw. geregelt werden kann. Die überwachte Zustandsgröße ist also der Frischluftmassenstrom und die Freigabebedingung sieht vor, den Frischluftmassenstrom konstant einzustellen. Das heißt, die Steuereinheit 20 regelt den Frischluftmassenstrom bzw. den Saugrohrdruck während der Überprüfungs-Zeitdauer mit Hilfe der Ansteuerung der Drosselklappe 15 auf einen konstanten Wert.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Verstellung des zu testenden Aktuators über einen bestimmten Bewegungsweg bzw. Verstellweg durchgeführt werden. Dies kann durch eine geeignete Parametrisierung des Überprüfungsverfahrens erfolgen.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Bewegungsweg des zu testenden Aktuators abhängig von einem Maß der Stationarität des Betriebszustands eingestellt wird. Das Maß der Stationarität des Betriebszustands gibt an, wie nah sich eine Zustandsgröße bzw. die Zustandsgrößen an den Grenzwerten der durch die Freigabebedingungen definierten Zustandsgrößenbereichen befinden. Besteht die Gefahr, dass die Zustandsgrößenbereiche verlassen werden und somit die Gefahr, dass die Freigabebedingungen während der Überprüfung bzw. während des Abgleichs oder der Kalibrierung nicht mehr erfüllt sind, kann signalisiert werden, dass die Überprüfung verkürzt werden soll. Eine dadurch reduzierte Robustheit der Überprüfung kann dabei in Kauf genommen werden.
