DE102014106645B4 - Virtueller Kraftfahrzeug-Feuchtigkeitssensor - Google Patents

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Abstract

Verfahren, das Folgendes umfasst:Einstellen einer Antriebsstrang-Komponente einer Kraftmaschine (10) in Reaktion auf den Atmosphärendruck und die Umgebungsfeuchtigkeit, wobei die Umgebungsfeuchtigkeit auf einer Fahrzeugposition in einem Bereich, der Tageszeit und der Jahreszeit, der Umgebungstemperatur und den Daten für diesen Bereich für eine aktuelle Jahreszeit basiert, undHochladen von Trainingsmodulparameteraktualisierungen und erfassten Feuchtigkeitsdaten zu einem Cloud-Server (156) außerhalb eines Fahrzeugs, in dem der Antriebsstrang positioniert ist, wobei das Hochladen während des Fahrzeugbetriebs stattfindet und wobei die Trainingsmodulparameteraktualisierungen und die erfassten Feuchtigkeitsdaten während des Fahrzeugbetriebs erzeugt werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Feuchtigkeitssensoren für Fahrzeuge.
  • Hintergrund und Zusammenfassung
  • Um der zunehmend strengen Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu entsprechen und um einen Antrieb bereitzustellen, Antriebsstrang-Steuerungen, die die spezifische Feuchtigkeit als eine Eingabe verwenden, in einigen Fahrzeugen zu entwickeln, um die Betriebsparameter der Kraftmaschine, wie z. B. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, die Abgasrückführungsrate usw., zu steuern. Da die spezifische Feuchtigkeit unter anderem die Dichte der Luftladung, die universelle Gaskonstante, das Verhältnis der spezifischen Wärmen und den Sauerstoffinhalt beeinflusst, werden bei der Berechnung der AGR-Raten, der Funkenzeitsteuerung und der Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und anderer Antriebsstrang-Steuerungen genaue Daten der spezifischen Feuchtigkeit verwendet. Das Einbeziehen der spezifischen Feuchtigkeit in die Berechnungen für derartige Parameter hat früher einen Feuchtigkeitssensor in einem Fahrzeug bedeutet. Die Entwicklung eines Sensors, um die spezifische Feuchtigkeit in einem Fahrzeug zu messen, ist schwierig, weil derartige Vorrichtungen eine genaue Messung der spezifischen Wärme oder der Luftdichte verwenden. Ferner liegt etwas des Wassers in der Luft nicht in der Form von Dampf vor, sondern als ein Aerosol, was die Feuchtigkeitsmessung weiter verkompliziert. Da dies in einem sich bewegenden Fahrzeug selten durchführbar ist, ist eine Vorrichtung für die relative Feuchtigkeit verwendet worden, die die spezifische Feuchtigkeit aus der relativen Feuchtigkeit, der Umgebungstemperatur und dem Umgebungsdruck schätzt.
  • Das Schätzen der spezifischen Feuchtigkeit basierend auf der relativen Feuchtigkeit führt zu einem Verlust von Genauigkeit, weil die Schätzung der spezifischen Sättigungsfeuchtigkeit ungenau ist und unter anderen Faktoren von Faktoren, wie z. B. dem Vorhandensein von Eis und Wasser in der Oberflächenumgebung und der Größe und der Chemie der Aerosolpartikel in der Luft, abhängt. Außerdem sind die Sensoren für die relative Feuchtigkeit teuer und temperamentvoll. Ohne Eichung kann die Genauigkeit der Sensoren für die relative Feuchtigkeit drastisch verringert sein. Aufgrund der variablen Art der direkten Feuchtigkeitssensoren kann die Verwendung zusätzlicher Feuchtigkeitssensoren oder zusätzlicher paarweiser Wettersensoren notwendig sein.
  • Aus der DE 10 2006 045 679 B3 ist ein Verfahren zur Ermittlung des Umgebungsdrucks für ein Kraftfahrzeug bekannt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Ermittlung der geographischen Höhe der Position, an welcher sich das Kraftfahrzeug aktuell befindet, mittels einer Positionsermittlungseinrichtung des Kraftfahrzeugs, Kontaktieren eines Auskunftsdienst, welcher zumindest Informationen über die geographische Höhe und den Umgebungsdruck an einer Bezugsposition bereitstellt, Übertragung dieser Informationen von dem Auskunftsdienst an eine Empfangseinrichtung des Kraftfahrzeugs, Berechnung des Umgebungsdrucks an der Position des Kraftfahrzeugs basierend auf der geographischen Höhe an der Position des Kraftfahrzeugs, der geographischen Höhe und dem Umgebungsdruck an der Bezugsposition. Optional können auch weitere atmosphärische Zustandsgrößen übertragen werden.
  • Die Erfinder erkennen hier die oben erwähnten Schwierigkeiten und die zugeordneten Kosten eines physikalischen Feuchtigkeitssensors oder anderer Wettersensoren und offenbaren Systeme und Verfahren zum Ableiten der spezifischen Feuchtigkeit aus Sensordaten, die auf dem Fahrzeugbus leicht verfügbar sind. Es wird ein virtueller Feuchtigkeitssensor offenbart, der die Eingaben von dem Positions-/Zeit-/Datumssensor des Fahrzeugs, einem Umgebungstemperatursensor, einem Luftdrucksensor und andere Daten, die normalerweise auf dem Fahrzeugbus verfügbar sind, wie z. B. den Scheibenwischerzustand, Pyrometermessungen, die Kraftstoffdichte usw., annimmt. Äußere Daten von einer drahtlosen Vorrichtung, falls sie verfügbar ist, können verwendet werden, um die Genauigkeit der Berechnung zu erhöhen. Drahtlose Vorrichtungen, wie IBOC (In-band on-channel, z. B. HD-Radio) und Satellitenradios, sind nun in den meisten Fahrzeugen installiert, wobei diese Vorrichtungen die von Wetterstationen gesammelten und durch lokale Radiostationen gesendeten Daten empfangen können.
  • Der offenbarte Sensor kann ein Informationsfilter sein, das in Software implementiert ist und in einem Computer, der in das Fahrzeug eingebettet ist und mit dem Fahrzeugbus (CAN-Bus) verbunden ist, ausgeführt wird. Das Filter ist als ein lernender Algorithmus, wie z. B. ein neuronales Netz, implementiert, das zuerst offline unter Verwendung historischer Wetter- und anderer Daten trainiert wird und dann später online (im Fahrzeug) mit externen Daten, wenn sie verfügbar sind, trainiert werden kann.
  • Es werden Systeme und Verfahren zum Einstellen einer Antriebsstrang-Komponente der Kraftmaschine in Reaktion auf die Umgebungsfeuchtigkeit bereitgestellt, wobei die Umgebungsfeuchtigkeit auf der Fahrzeugposition in einem Gebiet, der Umgebungstemperatur und historischen Feuchtigkeitsdaten für dieses Gebiet für eine aktuelle Jahreszeit und die Tageszeit basiert. Dies kann erreicht werden, ohne sich auf einen teuren und oft anfälligen physikalischen Feuchtigkeitssensor zu stützen. Die Trainingsmodule und Cloud-Aktualisierungen erhöhen ferner die Genauigkeit des virtuellen Feuchtigkeitssensors der vorliegenden Offenbarung.
  • Die obigen Vorteile und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung leicht offensichtlich, wenn sie allein oder im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird. Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl der Konzepte einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie ist nicht gemeint, um die Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen begrenzt, die irgendwelche der oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen. Ferner haben die Erfinder die hier angegebenen Nachteile erkannt, wobei sie diese nicht als bekannt anerkennen.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
    • 1 zeigt einen Beispielzylinder einer Kraftmaschine.
    • 2 zeigt eine graphische Darstellung des virtuellen Sensors in einem Nicht-Trainings-Modus.
    • 3 zeigt eine graphische Darstellung des virtuellen Sensors im Trainingsmodus.
    • 4 zeigt eine graphische Darstellung des virtuellen Sensors in einem Aktualisierungsmodus.
    • 5 zeigt eine graphische Darstellung des Offline-Trainings des virtuellen Sensors.
    • 6 zeigt Beispiel-Feuchtigkeitsdaten von Detroit.
    • 7 zeigt Beispiel-Feuchtigkeitsdaten von Houston.
    • 8 zeigt Beispiel-Feuchtigkeitsdaten von Phoenix.
    • 9 zeigt einen Ablaufplan des typischen Betriebs des virtuellen Feuchtigkeitssensors.
    • 10 zeigt einen Ablaufplan eines Trainingsmodus des virtuellen Feuchtigkeitssensors.
    • 11 zeigt einen Ablaufplan eines Aktualisierungsmodus des virtuellen Feuchtigkeitssensors.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist ein virtueller Feuchtigkeitssensor. Der offenbarte Sensor verwendet vorhandene Fahrzeugsensoren mit historischen Feuchtigkeitsdaten für einen gegebenen Bereich, um die spezifische Feuchtigkeit zu schätzen. Die spezifische Feuchtigkeit ist von zunehmender Wichtigkeit für die Antriebsstrang-Steuerungen, wie z. B. die Abgasrückführungsraten und die Funkenzeitsteuerung, da die spezifische Feuchtigkeit mit der Luftladungsdichte und dem verfügbaren Sauerstoffinhalt als Beispiele in Beziehung steht. Leicht verfügbare historische Klimadaten können in einen ECU-Speicher vorgeladen werden. Außerdem kann der virtuelle Feuchtigkeitssensor trainiert werden, wie Verbindungen für eine ECU verfügbar sind, um eine Verbindung mit dem Internet oder einem Satellitenradio herzustellen, um z. B. einen echten Feuchtigkeitswert zu empfangen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlicher beschrieben. 1 zeigt einen Beispielzylinder einer Kraftmaschine und verschiedene physikalische Sensoren, die durch den virtuellen Feuchtigkeitssensor beim Schätzen der spezifischen Feuchtigkeit verwendet werden können. Die 2-5 zeigen graphische Darstellungen der unterschiedlichen Betriebsmodi des virtuellen Feuchtigkeitssensors. Die 6-8 zeigen Beispiele der historischen Feuchtigkeitsdaten der Art, die durch den virtuellen Feuchtigkeitssensor beim Schätzen der spezifischen Feuchtigkeit oder in einem Trainingsmodus, um den virtuellen Sensor zu aktualisieren, verwendet werden kann.
  • In 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 10 mehrere Zylinder, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt ist. Die Kraftmaschine 10 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem, das einen Controller 12 enthält, und durch eine Eingabe von einer Bedienungsperson 132 des Fahrzeugs über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert sein. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 130 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Eine Verbrennungskammer (d. h. ein Zylinder) 30 der Kraftmaschine 10 kann Verbrennungskammerwände 32 enthalten, in denen ein Kolben 36 positioniert ist. Der Kolben 36 kann an eine Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem an wenigstens ein Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um eine Startoperation der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
  • Es ist gezeigt, dass die Verbrennungskammer 30 über ein Einlassventil 52 und ein Auslassventil 54 mit einem Einlasskrümmer 44 bzw. einem Auslasskrümmer 48 in Verbindung steht. Sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil können durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betrieben werden. Alternativ können ein oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch eine elektromechanisch gesteuerte Ventilspulen- und -ankeranordnung betrieben werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch einen Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch einen Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
  • Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist als eine Direkteinspritzvorrichtung gezeigt, die direkt an die Verbrennungskammer 30 gekoppelt ist, um den Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des Signals FPW, das über einen elektronischen Treiber 68 von dem Controller 12 empfangen wird, direkt darin einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 66 das bereit, was als die Direkteinspritzung des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer 30 bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse kann z. B. an der Seite der Verbrennungskammer oder im Oberteil der Verbrennungskammer angebracht sein. Der Kraftstoff kann durch ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler enthält, der Kraftstoffeinspritzdüse 66 zugeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Verbrennungskammer 30 alternativ oder zusätzlich eine Kraftstoffeinspritzdüse enthalten, die im Einlasskanal 42 in einer Konfiguration angeordnet ist, die das bereitstellt, was als die Kanaleinspritzung des Kraftstoffs in die Einlassöffnung stromaufwärts der Verbrennungskammer 30 bekannt ist.
  • Der Einlasskanal 42 kann eine Drosselklappe 62 mit einer Drosselklappen-Platte 64 enthalten. In diesem besonderen Beispiel kann die Position der Drosselklappen-Platte 64 durch den Controller 12 über ein Signal variiert werden, das einem Elektromotor oder einem Aktuator, der in der Drosselklappe 62 enthalten ist, bereitgestellt wird, eine Konfiguration, die üblicherweise als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 62 betätigt werden, um die der Verbrennungskammer 30 unter anderen Kraftmaschinenzylindern bereitgestellte Einlassluft zu verändern. Die Position der Drosselklappen-Platte 64 kann durch das Drosselklappen-Positionssignal TP dem Controller 12 bereitgestellt werden. Der Einlasskanal 42 kann einen Luftmassendurchflusssensor 120 enthalten, um das Luftmassendurchflusssignal MAF dem Controller 12 bereitzustellen.
  • Es ist gezeigt, dass der Abgassensor 126 stromaufwärts einer Abgasreinigungsvorrichtung 70 an den Auslasskanal 48 gekoppelt ist. Der Sensor 126 kann irgendein geeigneter Sensor sein, um eine Angabe des Luft-/Kraftstoffverhältnisses der Abgase bereitzustellen, wie z. B. ein linearer Sauerstoffsensor oder ein UEGO- (ein universeller oder Weitbereichs-Abgassauerstoff-), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder EGO-, ein HEGO- (ein erwärmter EGO-), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor. Die Abgasreinigungsvorrichtung 70 ist stromabwärts des Abgassensors 126 entlang dem Auslasskanal 48 angeordnet gezeigt. Die Vorrichtung 70 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder Kombinationen daraus sein. In einigen Ausführungsformen kann während des Betriebs der Kraftmaschine 10 die Abgasreinigungsvorrichtung 70 durch das Betreiben wenigstens eines Zylinders der Kraftmaschine innerhalb eines speziellen Luft-/Kraftstoffverhältnisses periodisch zurückgesetzt werden.
  • Ferner kann ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) einen Sollanteil des Abgases von dem Auslasskanal 48 über einen AGR-Kanal 140 durch ein AGR-Ventil 142 und eine (nicht gezeigte) AGR-Öffnung zum Einlasskrümmer 44 leiten. Das durch das AGR-System zurückgeführte Abgas kann durch den Einlasskrümmer 44 zu allen in der Mehrzylinderkraftmaschine vorhandenen Zylindern geleitet werden. In einer (nicht gezeigten) Turbolader-Kraftmaschine kann das AGR-System ein Hochdrucksystem (von stromaufwärts der Turbine zu stromabwärts des Kompressors) oder ein Niederdruck-AGR-System (von stromabwärts der Turbine zu stromaufwärts des Kompressors) sein.
  • Der Controller 12 ist in 1 als ein herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes enthält: eine Mikroprozessoreinheit 102, die Eingabe-/Ausgabe-Ports 104, einen Festwertspeicher 106, einen Schreib-Lese-Speicher 108, einen Haltespeicher 110, einen Taktgeber 111 und einen herkömmlichen Datenbus, der allgemein bei 13 gezeigt ist. Der Controller 12 kann ferner eine Fahrzeug-Logikeinheit umfassen. Die Logikeinheit kann geeignet sein, um die Übertragung von Informationen zu und von einem äußeren Netz, wie z. B. einem Satellitenradio, einem IBOC-Radio oder dem Internet, und dem Fahrzeugbus zu fördern. Es ist gezeigt, dass der Controller 12 zusätzlich zu jenen Signalen, die vorher erörtert worden sind, verschiedene Signale von Sensoren, die an die Kraftmaschine 10 gekoppelt sind, empfängt, die Folgendes enthalten: die Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) von einem an eine Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; einen Positionssensor 134, der an ein Fahrpedal 130 gekoppelt ist, um die durch einen Fuß 132 ausgeübte Kraft abzutasten; eine Messung des Kraftmaschinenkrümmer-Absolutdrucks (MAP) von einem an den Einlasskrümmer 44 gekoppelten Drucksensor 122; einen Kraftmaschinen-Positionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Position der Kurbelwelle 40 abtastet; eine Messung der in die Kraftmaschine eintretenden Luftmasse von einem Sensor 120; und eine Messung der Drosselklappenposition von einem Sensor 58. Der Einlasskrümmerdruck kann außerdem durch einen MAP-Sensor 122 für die Verarbeitung durch den Controller 12 abgetastet werden. Ein BAP (Atmosphärendrucksensor) 59 misst den Absolutdruck der Umgebung. In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Kraftmaschinen-Positionssensor 118 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorgegebene Anzahl gleich beabstandeter Impulse, aus denen die Kraftmaschinendrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Kraftmaschine an ein Elektromotor-/Batteriesystem in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine Parallelkonfiguration, eine Reihenkombination oder eine Variation oder Kombinationen daraus aufweisen.
  • Während des Betriebs durchläuft jeder Zylinder in der Kraftmaschine 10 typischerweise einen Viertaktzyklus: der Zyklus enthält den Einlasstakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausstoßtakt. Im Allgemeinen ist während des Einlasstakts das Auslassventil 54 geschlossen und das Einlassventil 52 geöffnet. Über den Einlasskrümmer 44 wird Luft in die Verbrennungskammer 30 eingeleitet, wobei sich der Kolben 36 zum Boden des Zylinders bewegt, um das Volumen in der Verbrennungskammer 30 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 36 in der Nähe des Bodens des Zylinders und am Ende seines Takts (z. B. wenn sich die Verbrennungskammer 30 auf ihrem größten Volumen befindet) befindet, wird durch die Fachleute auf dem Gebiet typischerweise als unterer Totpunkt (BDC) bezeichnet. Während des Verdichtungstakts sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft in der Verbrennungskammer 30 zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Takts und am nächsten beim Zylinderkopf (z. B. wenn sich die Verbrennungskammer 30 auf ihrem kleinsten Volumen befindet) befindet, wird durch die Fachleute auf dem Gebiet typischerweise als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet. In einem Prozess, der im Folgenden als Einspritzung bezeichnet wird, wird der Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingeleitet. In einem Prozess, der im Folgenden als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündungsmittel, wie z. B. eine Zündkerze 92, gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitstakts schieben die sich ausdehnenden Gase den Kolben 36 zurück zum BDC. Die Kurbelwelle 40 setzt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich ist das Auslassventil 54 während des Ausstoßtakts geöffnet, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer 48 auszustoßen, wobei der Kolben zum TDC zurückkehrt. Es sei angemerkt, dass das Obige lediglich als ein Beispiel gezeigt worden ist und dass sich die Öffnungs- und/oder Schließzeiten der Einlass- und Auslassventile ändern können, wie z. B. um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
  • Das Zündsystem 88 kann der Verbrennungskammer 30 in Reaktion auf ein Zündvorverstellungssignal SA von dem Controller 12 unter ausgewählten Betriebsmodi über die Zündkerze 92 einen Zündfunken bereitstellen. Obwohl Funkenzündungskomponenten gezeigt sind, können in einigen Ausführungsformen die Verbrennungskammer 30 oder eine oder mehrere andere Verbrennungskammern der Kraftmaschine 10 in einem Kompressionszündungsmodus mit oder ohne einen Zündfunken betrieben werden.
  • Die Kraftmaschine 10 kann z. B. als eine Kraftmaschine mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Kraftmaschine) betrieben werden. Bei der SI-Verbrennung stellt das Zündsystem 88 in Reaktion auf ein Zündvorverstellungssignal SA vom Controller 12 der Verbrennungskammer 30 über eine Zündkerze 92 einen Zündfunken bereit. Alternativ kann die Kraftmaschine 10 optieren, den HCCI-Verbrennungsmodus auszuführen, bei dem ein Luft- und Kraftstoffgemisch eine Temperatur erreicht, bei dem die Verbrennung durch Selbstzündung stattfindet, ohne einen Funken durch eine Funkenvorrichtung zu erfordern. Während des HCCI oder einer gesteuerten Selbstzündung (CAI) tritt die Selbstzündung der Verbrennungskammergase zu einem vorgegebenen Punkt nachdem Verdichtungstakt des Verbrennungszyklus oder in der Nähe des oberen Totpunkts der Kompression auf.
  • Wenn die Kompressionszündung einer im Voraus gemischten Luft- und Kraftstoffladung verwendet wird, ist typischerweise der Kraftstoff normalerweise mit der Luft homogen vorgemischt, wie bei einer Kraftmaschine mit Funkenzündung und Kanaleinspritzung oder dem direkt eingespritzten Kraftstoffs während eines Einlasstakts, aber mit einem hohen Verhältnis der Luft zum Kraftstoff. Weil das Luft-/Kraftstoffgemisch durch Luft oder restliche Abgase im hohen Grade verdünnt ist, was zu geringeren Verbrennungsgas-Spitzentemperaturen führt, kann die Produktion von NOx im Vergleich zu den bei der SI-Verbrennung gefundenen Niveaus verringert sein.
  • Der Controller 12 kann ferner einen virtuellen Feuchtigkeitssensor 107 umfassen, wie hier beschrieben ist. Der virtuelle Feuchtigkeitssensor kann sowohl Eingaben von einem Positionssystem, wie z. B. einem GPS (einem globalen Positionierungssystem) 141, wobei durch das GPS 141 außerdem eine globale Uhrzeit bereitstellt werden kann, einem Kraftstoffqualitätssensor 149, einem Einlassluftsensor 147, einem Pyrometer 143, einem Scheibenwischer-Zustandssensor 144, einem Umgebungstemperatursensor 146 und einem Kraftstoffdichtesensor 148 unter anderem, als auch die Änderungsrate dieser Variable über unterschiedliche Zeitintervalle empfangen. Diese Sensoren können in dem Fahrzeug vorhandene Sensoren sein und können zusätzlich zum Beitragen von Daten zu einem virtuellen Feuchtigkeitssensor Sensoreingaben in verschiedene Systeme überall in einem Fahrzeug und einer Brennkraftmaschine bereitstellen. Ein Pyrometer 143 kann anstelle eines Lichtsensors 145 verwendet werden, um den solaren Wärmestrom zu erkennen.
  • Die Verwendung und die Wichtigkeit einer spezifischen Feuchtigkeitsmessung für die Fahrzeugoperationen sind umfassend. Die Feuchtigkeit ist ein wichtiger Rauschfaktor in dem MAF-Sensor, der für soviel wie 8 % Fehler in den Messwerten verantwortlich ist. In einem Beispiel kann der durch einen virtuellen Feuchtigkeitssensor der vorliegenden Offenbarung erhaltene Feuchtigkeitswert beim Berechnen eines Luftmassendurchflusses oder beim Berechnen eines Versatzes oder eines Fehlers in einem MAF-Sensor verwendet werden.
  • Die Feuchtigkeit kann außerdem für Klimasteuerungsanwendungen verwendet werden, um eine Entfeuchtungsanforderung vorherzusehen und den Energieverbrauch der Entfeuchtung zu schätzen. In einem weiteren Beispiel kann der Kraftmaschinen-Controller beim Berechnen einer Ausgabe für ein Klimasteuersystem eine geschätzte Feuchtigkeit von einem virtuellen Feuchtigkeitssensor der vorliegenden Offenbarung verwenden. Eine hohe Feuchtigkeit kann z. B. eine erhöhte Klimatisierungsausgabe erfordern.
  • Die Feuchtigkeit kann außerdem beim Schätzen der Wärmekapazität der Luft zum Kühlen der Batterie in Elektro- oder Hybridelektrofahrzeugen verwendet werden. In einer Ausführungsform, in der ein virtueller Feuchtigkeitssensor gemäß der vorliegenden Offenbarung in einem Hybridelektro- oder Elektrofahrzeug, das Batterien umfasst, angebracht sein kann, kann eine durch den virtuellen Feuchtigkeitssensor erzeugte Feuchtigkeitsschätzung durch einen Kraftmaschinen-Controller beim Berechnen oder Schätzen der Kühlungsanforderungen für die Batterien eines derartigen Fahrzeugs verwendet werden. Die Luftdichte und die Wärmekapazität sind wichtige Faktoren bei den Berechnungen der Strecke bis zum Leerzustand in hoher Qualität, die für Hybridelektro- und Elektrofahrzeuge notwendig sind. Da die spezifische Feuchtigkeit sowohl die Luftdichte als auch die Wärmekapazität beeinflusst, kann ein Kraftmaschinen-Controller ferner einen durch einen virtuellen Feuchtigkeitssensor erzeugten Feuchtigkeitswert beim Berechnen der verbleibenden Batterieausgabe berücksichtigen.
  • Die Taupunkt-Umgebungstemperatur-Streuung ist wichtig, um eine schlechte Sicht aufgrund von Nebel vorherzusehen, oder für die Detektion von Glatteis wichtig. Ein Fahrzeug, das mit Sichtdetektionssystemen ausgerüstet ist, die die Beleuchtung oder andere Fahrzeugmerkmale betreiben, kann ferner eine Feuchtigkeitsschätzung von einem virtuellen Feuchtigkeitssensor der vorliegenden Offenbarung z. B. beim Bestimmen verwenden, ob die Beleuchtung zu aktivieren ist. Außerdem können Fahrzeuge mit Eiswarnsystemen oder einer Antischlupfregelung einen Feuchtigkeitswert von einem virtuellen Feuchtigkeitssensor beim Warnen eines Fahrers vor einem Potential für Glatteis oder beim Einsetzen einer Antischlupfregelung oder von Antiblockiersystemen als Beispiele berücksichtigen.
  • Außerdem besitzt die spezifische Feuchtigkeit eine Wirkung auf die Nockenzeitsteuerung in HCCI-Kraftmaschinen. In einer Kraftmaschine, die durch HCCI betrieben wird, kann ein Kraftmaschinen-Controller einen durch einen virtuellen Feuchtigkeitssensor der vorliegenden Offenbarung erzeugten Feuchtigkeitswert berücksichtigen, um z. B. die Nockenzeitsteuerung vorzustellen oder zu verzögern.
  • In einem weiteren Beispiel, bei dem der virtuelle Feuchtigkeitssensor der vorliegenden Offenbarung im Zusammenhang mit einer Dieselkraftmaschine verwendet wird, kann die spezifische Feuchtigkeit verwendet werden, um die Ammoniaksensoren in selektiven katalytischen Dieselemissions-Reduktionssystemen neu zu eichen. Ein Kraftmaschinen-Controller kann einen Feuchtigkeitswert bei der Eichung der Ammoniaksensoren verwenden, was wiederum die Einspritzzeitsteuerung oder die Dosierung des Harnstoffs oder die DPF-Regenerierung als Beispiele ändern kann.
  • Der virtuelle Feuchtigkeitssensor der vorliegenden Offenbarung kann historische Klimadaten für gegebene Orte, verschiedene Nachschlagtabellen und Formeln zum Berechnen der Feuchtigkeit speichern. Derartige Daten können in einen Kraftmaschinen-Controller vorgeladen werden oder können periodisch aktualisiert werden, wenn ein Fahrzeug z. B. gewartet wird oder wenn eine drahtlose Verbindung verfügbar wird. Eine beispielhafte Datentabelle, die beim Schätzen der spezifischen Feuchtigkeit verwendet werden kann, ist im Folgenden gezeigt. Tabelle 1 Typische Daten für das Offline-Training
    GMT (Datum/Zeit) Länge (°) Breite (°) Höhe (Ft) Temperatur (F°) Atmosphärendruck (InHg) Niederschlag (In) Wolkendecke Feuchtigkeit
    6.9.2011 -83,4001 42,0052 756 62 30,15 4 57
    7.9.2011 -83,4001 42,0052 756 64 30,14 2 53
    8.9.2011 -83,4001 42,0052 756 68 30,03 7 Regen 67
    9.9.2011 -83,4001 42,0052 756 68 29,94 8 Regen 87
    10.9.2011 -83,4001 42,0052 756 68 30 4 Nebel 82
    11.9.2011 -83,4001 42,0052 756 72 29,99 2 67
    12.9.2011 -83,4001 42,0052 756 75 29,92 3 59
    13.9.2011 -83,4001 42,0052 756 69 29,88 0 61
    14.9.2011 -83,4001 42,0052 756 56 30,07 5 Regen 70
    15.9.2011 -83,4001 42,0052 756 50 30,33 3 52
    16.9.2011 -83,4001 42,0052 756 54 30,34 8 56
    17.9.2011 -83,4001 42,0052 756 60 30,27 4 54
    18.9.2011 -83,4001 42,0052 756 60 30,09 8 Regen 84
    19.9.2011 -83,4001 42,0052 756 64 29,93 6 Regen 86
    20.9.2011 -83,4001 42,0052 756 64 30,02 5 Nebel 77
    21.9.2011 -83,4001 42,0052 756 66 29,94 3 60
    22.9.2011 -83,4001 42,0052 756 58 30,08 6 66
    23.9.2011 -83,4001 42,0052 756 54 30,06 5 Regen 71
    24.9.2011 -83,4001 42,0052 756 56 29,99 7 Regen 76
    25.9.2011 -83,4001 42,0052 756 58 29,88 7 Regen 83
    26.9.2011 -83,4001 42,0052 756 58 29,64 8 Regen 83
  • Der virtuelle Feuchtigkeitssensor der vorliegenden Offenbarung schätzt unter anderem die Feuchtigkeit durch das Ablesen der Greenwicher Zeit (GMT) von einer bordinternen Uhr oder dem GPS. Die Informationen von der bordinternen Uhr können die Tageszeit, die Jahreszeit, den Monat, das Datum, die Jahreszeit usw. enthalten. Die Jahreszeiten können die vier Jahreszeiten Sommer, Winter, Herbst und Frühling enthalten. Die Länge, die Breite und die Höhe können durch ein vorhandenes GPS 141 oder eine andere Ortsvorrichtung bereitgestellt werden. Die Höhe kann ferner aus der bekannten Länge und Breite unter Verwendung einer gespeicherten Nachschlagtabelle der Höhe durch die globale Position abgeleitet werden. Der GPS-Ort kann verwendet werden, um den Ort durch eine spezifische Stadt, einen spezifischen Staat, einen spezifischen Landkreis, eine spezifische Postleitzahl oder durch spezifische Länge und Breite wie in dem obigen Beispiel zu unterscheiden. Der bezeichnete Bereich oder die bezeichnete Spezifität kann das Ergebnis dessen sein, wo Daten verfügbar sind. Die Umgebungstemperatur kann durch einen Umgebungstemperatursensor 146 bereitgestellt werden. Die Informationen bezüglich des Niederschlags können durch einen Scheibenwischer-Zustandssensor 144 bereitgestellt werden. Einige Fahrzeuge können ferner mit Beleuchtungszustandssensoren 145 ausgerüstet sein, die in vielen Fahrzeugen verwendet werden, um die Scheinwerfer unter nebligen, bewölkten oder anderen Schwachlichtbedingungen zu steuern oder wegen diesen zu signalisieren. Außerdem kann der Atmosphärendruck durch einen BAP-Sensor 59 abgetastet werden. Aus diesen Eingaben und den Tabellen wie der obigen kann eine probabilistische spezifische Feuchtigkeit bereitgestellt werden, in der sowohl die erwartete spezifische Feuchtigkeit als auch das Erwartungsintervall bereitgestellt sind.
  • In einem Lernmodus versucht der virtuelle Feuchtigkeitssensor, die Feuchtigkeit von den anderen Werten zu schätzen, wobei er sie mit der gemessenen Feuchtigkeit in der letzten Spalte der Tabelle 1 vergleicht. Der Unterschied zwischen dem gemessenen und dem berechneten Wert wird dann verwendet, um die Parameter in dem Informationsfilter zu korrigieren, wobei der Prozess wiederholt wird, bis die Unterschiede nicht länger bei jeder Wiederholung abnehmen. Die Feuchtigkeitsspalte nach Tabelle 1 kann direkten Messungen entsprechen oder kann den Feuchtigkeitsdaten entsprechen, die von früheren Generationen der virtuellen Sensoren abgeleitet worden sind. Außerdem kann ein computerlesbares Speichermedium mit einer Logikeinheit an den Bus gekoppelt sein und darin gespeicherten Anweisungen enthalten, um Trainingsmodulparameteraktualisierungen und erfasste Feuchtigkeitsdaten zu einem Cloud-Server außerhalb des Fahrzeugs hochzuladen.
  • In 2 ist eine graphische Darstellung des virtuellen Feuchtigkeitssensors, während er sich in einem normalen Betriebsmodus befindet, gezeigt. Der Fahrzeugbus 13 vernetzt verschiedene Sensoreingaben und Ausgangssignale in die bzw. aus der Eingabe-/Ausgabevorrichtung 104 des Controllers 12. Der Fahrzeugbus kann als ein CAN (Controller-Bereichsnetz), ein LIN (ein lokales Verbindungsnetz) oder ein anderer Netztyp konfiguriert sein. Der virtuelle Feuchtigkeitssensor (VHS) ist bei 107 in seinem Nicht-Trainings-Zustand gezeigt. In dem Nicht-Trainings-Zustand werden die Eingangswerte, einschließlich der Daten von einem MAP-Sensor, des GPS, der Uhr, des Umgebungstemperatursensors usw., durch den virtuellen Feuchtigkeitssensor 107 verwendet und wird ein Feuchtigkeitswert zu der Eingabe-/Ausgabevorrichtung 104 zurückgesandt. Die Feuchtigkeitsschätzung wird zu dem Fahrzeugbus zurückgesandt, wo sie bei der Steuerung einer Abgasrückführungsrate, des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oder der Funkenzeitsteuerung als nicht einschränkende Beispiele verwendet wird.
  • Beispielverfahren für die Steuerung der AGR-Rate oder der Funkenzeitsteuerung, wie sie sich auf die Feuchtigkeit beziehen, sind hier bereitgestellt. Das Steuern der Rate der Abgasrückführung in einer Brennkraftmaschine kann durch das Erzeugen eines rpm-Wertes, der die Drehzahl der Kraftmaschine angibt, das Erzeugen eines Luftladungswerts, der die in einen Einlasskrümmer der Kraftmaschine eintretende Luftladung angibt, und das Erzeugen eines Feuchtigkeitswerts, der das Niveau der Umgebungsfeuchtigkeit angibt, ausgeführt werden. Es wird ein Multiplikator als eine Funktion des rpm-Werts und des Luftladungswerts berechnet. Dieser Multiplikator repräsentiert die Änderung des AGR-Prozentsatzes pro Quentchen der Feuchtigkeitsabweichung von einer Standardfeuchtigkeit. Dann wird ein Basiswert der Abgasrückführungsrate als eine Funktion wenigstens des rpm-Werts und des Luftladungswerts bestimmt. Dann wird die Abgasrückführungs-Basisrate durch das Produkt eines Multiplikators und der Menge einer Standardfeuchtigkeit minus die beobachtete Feuchtigkeit eingestellt. Folglich kann so die Wirkung der Atmosphärenfeuchtigkeit auf die AGR-Rate kompensiert werden.
  • Die spezifische Feuchtigkeit wird beim Steuern der anderen Aspekte des Kraftmaschinenbetriebs einschließlich der Funkenzeitsteuerung verwendet. Die Grenz-Funkenzeitsteuerung ist notwendig, um unter Berücksichtigung der Leistung und der Emissionen einen effizienten Kraftmaschinenbetrieb bereitzustellen. Das Steuern der Grenz-Funkenzeitsteuerung einer Brennkraftmaschine kann durch das Erzeugen eines rpm-Wertes, der die Drehzahl der Kraftmaschine angibt, das Erzeugen eines Luftladungswertes, der die in den Einlasskrümmer der Kraftmaschine eintretende Luftladung angibt, und das Erzeugen eines Feuchtigkeitswerts, der das Niveau der Umgebungsfeuchtigkeit angibt, ausgeführt werden. Ein Multiplikator kann als eine Funktion des rpm-Werts und des Luftladungswerts berechnet werden. Dieser Multiplikator repräsentiert den Grad der Funkenänderung pro Quentchen der Feuchtigkeit, der möglich ist, ohne ein Kraftmaschinenklopfen zu erleiden. Dann wird ein Grenz-Funkenwert als eine Funktion wenigstens des rpm-Werts und des Luftladungswerts berechnet. Der Grenz-Funkenwert kann dann durch das Produkt des Multiplikators und der geschätzten Feuchtigkeit eingestellt werden, um die Wirkung der Feuchtigkeit auf die Funkenzeitsteuerung der Kraftmaschine zu kompensieren.
  • Außerdem kann die spezifische Feuchtigkeit den Komfort einer Fahrzeugkabine ändern. Eine zusätzliche Verwendung für eine genaue Messung der spezifischen Feuchtigkeit dient der Steuerung des Klimasteuersystems, wo sie verwendet wird, um den Taupunkt und die Wärmekapazität der Umgebungsluft zu schätzen, um durch das Verhindern des Beschlagens der Fenster die Fahrzeugsicherheit zu verbessern und den Komfort zu verbessern, indem das Klima in der Wärmekomfortzone gehalten wird.
  • In 3 ist eine graphische Darstellung des virtuellen Feuchtigkeitssensors in einem Trainingsmodus gezeigt. Der Trainingsmodus kann während der Herstellung ausgeführt werden; so dass, sobald sich das Fahrzeug auf der Straße befindet, der virtuelle Feuchtigkeitssensor die neuesten Parameteraktualisierungen enthält und ausreichend ist, um beim Fahren die spezifische Feuchtigkeit unmittelbar zu schätzen. Ein Trainingsmodus kann in Kraft treten, wenn sich ein Fahrzeug in einer Position befindet, um mit einer Quelle der gemessenen oder der echten Feuchtigkeit verbunden zu werden. Eine derartige Verbindung kann eine drahtlose Internetverbindung, eine Telefonverbindung, eine Satellitenradioverbindung und/oder IBOC-Radio (In-band on-channel, z. B. HD-Radio) sein. Derartige Verbindungen können beim Verbinden mit einer verfügbaren Verbindung verwendet werden, um die gemessene Feuchtigkeit zu empfangen und potentiell andere Daten auszutauschen, einschließlich des Hochladens der erfassten Daten und des Herunterladens von Aktualisierungen für Trainings- oder andere Zwecke. Außerdem kann eine Verbindung, die geeignet ist, um eine gemessene spezifische Feuchtigkeit bereitzustellen, eine festverdrahtete Verbindung sein. Während der regelmäßigen Fahrzeugwartung kann ein Trainingsmodul z. B. an einen externen Computer angeschlossen werden.
  • Der in 3 dargestellte Trainingsmodus umfasst die oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Komponenten. Ein Fahrzeugbus 13 ist mit einem Kraftmaschinen-Controller 12 verbunden. Innerhalb des Kraftmaschinen-Controllers stellt die Eingabe-/Ausgabevorrichtung 104 dem virtuellen Feuchtigkeitssensor 107 Eingangswerte bereit.
  • Außerdem ist der Fahrzeugbus mit einer Quelle 150 der gemessenen Feuchtigkeit verbunden. Die Quelle der gemessenen Feuchtigkeit speist eine wahre, gemessene spezifische Feuchtigkeit über die Eingabe-/Ausgabevorrichtung 104 in ein Trainingsmodul 152 ein. Der virtuelle Feuchtigkeitssensor 107 verwendet ein auf der Physik/Statistik basierendes Blackbox-Modell, um die spezifische Feuchtigkeit zu schätzen, und sendet seine Schätzung der spezifischen Feuchtigkeit an das Trainingsmodul 152. Das Trainingsmodul bestimmt einen Unterschied zwischen der extern bereitgestellten wahren Feuchtigkeit und der geschätzten Feuchtigkeit. Das Trainingsmodul stellt dann dem virtuellen Feuchtigkeitssensor 107 Parameteraktualisierungen bereit. Eine geschätzte Feuchtigkeit wird wiederholt mit der wahren Feuchtigkeit verglichen, bis der Unterschied zwischen den zwei Werten aufhört, kleiner zu werden. Der Trainingsmodus kann während der Herstellung ausgeführt werden; so dass, sobald sich das Fahrzeug auf der Straße befindet, der virtuelle Feuchtigkeitssensor die neuesten Parameteraktualisierungen enthält und ausreichend ist, um eine spezifische Feuchtigkeit unmittelbar beim Fahren zu schätzen. Ferner kann ein trainierter virtueller Feuchtigkeitssensor von Fahrzeug zu Fahrzeug oder von dem Offline-Training in ein nichttrainiertes Fahrzeug übertragen werden. Ungleich zu einem physikalischen Feuchtigkeitssensor, der mit der Zeit driftet, driftet der virtuelle Sensor niemals und kann mit neueren Parametern aktualisiert werden.
  • In anderen Beispielen kann das Training während der gesamten Lebensdauer des Sensors als periodische Aktualisierungen, die z. B. die regelmäßige planmäßige Wartung begleiten, stattfinden. Mit der Zeit wird das Filter an den Orten, an denen es üblicherweise trainiert wird, genauer. Bei mehreren Fahrzeugen, die den gleichen Trainingsprozess an verschiedenen Orten ausführen, können die aufgezeichneten Feuchtigkeitsdaten und Parameteraktualisierungen von dem Trainingsmodul hochgeladen und in einem Cloud-Server gespeichert werden.
  • In 4 ist eine graphische Darstellung des virtuellen Feuchtigkeitssensors in einem Aktualisierungsmodus gezeigt. Wie oben beschrieben worden ist, können die erfassten Feuchtigkeitsdaten und die Trainingsmodulparameteraktualisierungen zu einem Cloud-Server hochgeladen werden, wenn eine geeignete Verbindung verfügbar ist. In 4 ist eine Verbindung zwischen dem Fahrzeugbus 13 und einer Softwareaktualisierungsvorrichtung 154 hergestellt. Die Softwareaktualisierungsvorrichtung kann drahtlos angeschlossen sein. In einem weiteren Beispiel kann die Softwareaktualisierungsvorrichtung über eine festverdrahtete Verbindung durch einen Fahrzeuganwender oder einen Wartungstechniker z. B. während der regelmäßigen Wartung angeschlossen werden.
  • Die Softwareaktualisierungsvorrichtung 154 lädt die Daten zu einem Cloud-Server 156 hoch und lädt die Daten von einem Cloud-Server 156 herunter. Die gemeinsame Benutzung der Daten auf diese Weise unterstützt sowohl das Verringern der Trainingszeit eines virtuellen Feuchtigkeitssensors als auch das Erhöhen der Genauigkeit und das Erhöhen der Genauigkeit eines Fahrzeugs, wenn es sich aus seinem Heimatbereich bewegt. Falls ein Fahrzeug z. B. zu einem entfernten Bereich mit großen Klimaunterschieden gefahren wird, können die erfassten Daten von den Fahrzeugen, die in dem Zielbereich regelmäßig fahren, beim Training des Fahrzeugs verwendet werden oder von dem Cloud-Server heruntergeladen werden, so dass aktuelle Daten für das Abrufen einer geschätzten spezifischen Feuchtigkeit verfügbar sind. Dies kann die Genauigkeit einer geschätzten spezifischen Feuchtigkeit in einem Nicht-Heimatbereich erhöhen und kann außerdem einen Aktualisierungs- oder Trainingszeitraum minimieren.
  • In 5 ist eine graphische Darstellung mehrerer Fahrzeuge gezeigt, die erfasste Daten an einen Cloud-Server senden und von einem Cloud-Server empfangen. Auf diese Weise kann der virtuelle Feuchtigkeitssensor der vorliegenden Offenbarung häufig aktualisiert werden. Der Cloud-Server ist mit mehreren Fahrzeugen verbunden und empfängt Online-Trainingsparameter von jedem von diesen, wenn sie aktualisiert werden. Die Anhäufung des Online-Trainings wird verwendet, um eine neue Generation virtueller Sensoren zu erzeugen, die an die Fahrzeuge gesendet werden, wenn sie aktualisiert werden. Der Prozess kann einen virtuellen Sensor und einen Cloud-Server kontinuierlich aktualisieren.
  • Das Trainieren und das Aktualisieren eines virtuellen Feuchtigkeitssensors gemäß der vorliegenden Offenbarung kann vor dem Fahrzeugbetrieb und kontinuierlich während der gesamten Betriebsdauer des virtuellen Feuchtigkeitssensors stattfinden, solange wie eine Verbindung zu einem Cloud-Server hergestellt werden kann. In dem Fall neuer Fahrzeuge kann ein offline trainierter virtueller Feuchtigkeitssensor in einem der Fahrzeugcomputer installiert sein. Falls das Fahrzeug ausgerüstet ist, um äußere Daten zu empfangen oder einen vorhandenen, physikalischen Feuchtigkeitssensor aufweist, wird der virtuelle Feuchtigkeitssensor weiterhin trainieren, während er die externen Daten empfängt, und folglich seine Genauigkeit verbessern. Der Sensor kann periodisch in einem Prozess aktualisiert werden, der den alten virtuellen Sensor entfernt und sichert und ihn durch einen neuen Sensor ersetzt. Der alte Sensor wird mit den alten Sensoren von anderen Fahrzeugen und historischen Wetterinformationen kombiniert und verwendet, um die nächste Generation der virtuellen Sensoren zu trainieren. Folglich trainiert jede aufeinanderfolgende Generation von Sensoren die nächste Generation der Sensoren in einem Prozess der kontinuierlichen Verbesserung. Die trainierten Sensoren können periodisch in die Cloud hochgeladen werden und durch einen Prozess des Testens der Eignung (genetische Algorithmen) und/oder das Verschmelzen der Parameterdaten durch statistische Regression verbessert werden. Das Blackbox-Modell kann verbessert und gegen nicht verbesserte neuronale Netze trainiert werden. Dann können während der Routineaktualisierungen verbesserte neuronale Netze an die Fahrzeuge zurückgesandt werden. Zwischen den Fahrzeugen können außerdem unter Verwendung einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation über Vorrichtungen mit kurzer Reichweite, wie z. B. DSRC (dedizierte Datenkommunikationen mit kurzer Reichweite), oder Vorrichtungen mit langer Reichweite, wie z. B. Zellen-Datendienste, trainierte Sensorparameter ausgetauscht werden.
  • 6-8 zeigen die Feuchtigkeitsdaten als Molprozent des H2O (die sich von der spezifischen Feuchtigkeit um einen multiplikativen Faktor unterscheiden) für verschiedene Daten. Die Figur stellt Beispieldaten dar, die bei der Fahrzeugherstellung einem virtuellen Feuchtigkeitssensor bereitgestellt oder zum virtuellen Feuchtigkeitssensor hochgeladen werden können und während der regelmäßigen geplanten Wartung periodisch aktualisiert werden können. In diesem einfachen Beispiel ist das Blackbox-Modell eine Sinuskurve mit einer Zykluszeit von einem Jahr und aus der Regression abgeleiteten 3 gelernten Parametern; der Phasenverzögerung, der Amplitude und der durchschnittlichen Feuchtigkeit. Eine ähnliche graphische Darstellung der Reste zwischen den gemessenen Daten und dem vorhergesagten Ergebnis kann hergestellt werden, wobei eine Sinus- oder andere Kurve an die Reste angepasst werden kann, um die stochastische Variabilität und die probabilistische Feuchtigkeit, die oben beschrieben worden sind, zu schätzen. Die Parameterdaten können innerhalb des Controllers 12 gespeichert werden, in einer verbundenen Trainingsphase erfasst werden oder können durch einen virtuellen Feuchtigkeitssensor aus seinen eigenen Schätzungen gesammelt und gespeichert werden. Außerdem können die Daten zu einem Cloud-Server hochgeladen und mit Fahrzeugen, wie sie z. B. in einen neuen Bereich eintreten, oder beim Aktualisieren einer nächsten Generation der virtuellen Sensoren gemeinsam benutzt werden. 6 zeigt die Tageshoch-, Tagestief- und durchschnittliche Feuchtigkeit für die Stadt Detroit, MI, mit einer Sinusfunktion mit der besten Anpassung. 7 zeigt die durchschnittliche Feuchtigkeit und eine Sinusfunktion mit der besten Anpassung für Houston, TX. 8 zeigt die Tageshoch-, Tagestief- und durchschnittliche Feuchtigkeit für die Stadt Phoenix, AZ, mit einer Sinusfunktion mit der besten Anpassung.
  • In 9 ist ein Verfahren 900 für einen normalen Betriebsmodus des virtuellen Feuchtigkeitssensors gezeigt. Bei 902 wird durch den Fahrzeugbus eine Standardsensoreingabe empfangen. Diese Eingabe kann irgendein oben beschriebener Typ sein, einschließlich des GPS, des MAP-Drucks, des Scheibenwischerzustands, der Temperatur usw. Bei 904 werden die von den verschiedenen bordinternen Sensoren gesammelten aktuellen Daten mit den in der Fahrzeuglogikeinheit empfangenen aktuellen Daten verglichen. Bei 906 wird die spezifische Feuchtigkeit geschätzt. Wie oben unter Bezugnahme auf Tabelle 1 beschrieben worden ist, können historische Daten für die Höhe, den Ort, die Jahreszeit, die Tageszeit und die Umgebungstemperatur unter anderen Bedingungen in einem Bereich bekannt sein. Aus diesen und anderen Daten und den entsprechenden historischen Daten kann eine spezifische Feuchtigkeit geschätzt werden. Bei 908 wird die spezifische Feuchtigkeit auf dem Fahrzeugbus 13 gesendet. Bei 910 können basierend auf der geschätzten spezifischen Feuchtigkeit die Antriebsstrang-Steuerungen eingestellt werden. Als nicht einschränkende Beispiele können eine AGR-Rate oder ein Funkenzeitsteuerungsereignis basierend auf der spezifischen Feuchtigkeit geändert werden, wie oben beschrieben worden ist.
  • In 10 ist ein Verfahren 1000 für einen Trainingsmodus des virtuellen Feuchtigkeitssensors gezeigt. Bei 1002 wird beurteilt, ob eine Verbindung verfügbar ist. Eine Verbindung kann eine festverdrahtete oder eine drahtlose Verbindung sein und kann zwischen der Fahrzeuglogikeinheit und dem Internet, einem Satellitenradio oder einem IBOC-Radio oder einer anderen Datenquelle, die geeignet ist, um eine gemessene spezifische Feuchtigkeit zu dem Fahrzeugbus zu übertragen, hergestellt werden. Falls keine Verbindung verfügbar ist (NEIN), endet das Verfahren. Falls eine Verbindung verfügbar ist (JA), geht das Verfahren zu 1004 weiter.
  • Bei 1004 wird (wie im Schritt 908 nach 9) eine spezifische Feuchtigkeit geschätzt. Als Nächstes wird bei 1006 ein wahrer Feuchtigkeitswert über die Verbindung durch die Fahrzeuglogikeinheit empfangen. Die geschätzte Feuchtigkeit (von 1004) und die gemessene Feuchtigkeit (von 1006) werden dann bei 1008 verglichen. Bei 1010 werden die Schritte 1004-1008 mit geringfügigen Variationen der Schätzparameter wiederholt.
  • Bei 1012 wird ein Vergleich zwischen dem Unterschied zwischen den zwei neuesten Schätzungen der Feuchtigkeit und der gemessenen Feuchtigkeit ausgeführt. Falls der Unterschied zwischen der neuesten Schätzung und der gemessenen Feuchtigkeit kleiner als der Unterschied zwischen der vorhergehenden Schätzung und der gemessenen Feuchtigkeit ist (JA), kehrt das Verfahren zu 1010 zurück, um die Schätzschritte mit weiteren Änderungen der Parameter zu wiederholen. Dies wird wiederholt, bis der Unterschied zwischen der Schätzung und der gemessenen Feuchtigkeit nicht weiterhin abnimmt. Wenn der Unterschied der Feuchtigkeit nicht kleiner als der vorhergehende Vergleich ist (NEIN), geht das Verfahren zum Schritt 1014 weiter.
  • Im Schritt 1014 aktualisiert der virtuelle Feuchtigkeitssensor seine Schätzparameter, wobei er im Schritt 1016 ferner die Aktualisierungsparameter zu dem Cloud-Server hochlädt, so dass sie in der aktualisierten Version des virtuellen Feuchtigkeitssensors berücksichtigt werden und für andere Fahrzeuge verfügbar sein können. Dann endet das Verfahren.
  • In 11 ist ein Verfahren 1100 für den virtuellen Feuchtigkeitssensor in einem Aktualisierungsmodus gezeigt. In dem Aktualisierungsmodus ermöglicht es ein Cloud-Server, dass die virtuelle Feuchtigkeit Trainingsmodulparameteraktualisierungen und erfasste Feuchtigkeitsdaten zu einem Cloud-Server außerhalb eines Fahrzeugs hochlädt, in dem der Antriebsstrang positioniert ist, wobei das Hochladen während des Fahrzeugbetriebs stattfindet und wobei die Trainingsmodulparameteraktualisierungen und die erfassten Feuchtigkeitsdaten während des Fahrzeugbetriebs erzeugt werden.
  • Bei 1102 wird beurteilt, ob eine Verbindung verfügbar ist. Eine Verbindung kann verdrahtet oder drahtlos sein und die Fahrzeuglogikeinheit mit dem Internet verbinden. Wenn keine Verbindung verfügbar ist (NEIN), dann endet das Verfahren. Falls eine Verbindung verfügbar ist (JA), geht das Verfahren zum Schritt 1104 weiter, wo die aktualisierten Schätzparameter von einem Trainingsmodus zu der Cloud hochgeladen werden. Bei 1106 werden die erfassten Feuchtigkeitsdaten vom Betrieb des virtuellen Feuchtigkeitssensors außerdem zu der Cloud hochgeladen, was die verfügbaren Daten erweitert, die bei künftigen Feuchtigkeitsschätzungen möglicherweise verwendet werden können. Bei 1108 wird beurteilt, ob Versionsaktualisierungen verfügbar sind. Diese können aktualisierte Klimadatensätze oder aktualisierte Feuchtigkeitsschätzalgorithmen enthalten, die in Reaktion auf die Rückkopplung von mehreren Fahrzeugen entwickelt worden sind, da das Hochladen zu dem Cloud-Server durch mehrere Fahrzeuge ausgeführt wird, was die verfügbaren Feuchtigkeitsdaten und Trainingsmodulparameteraktualisierungen vergrößert. Wenn keine Aktualisierungen verfügbar sind (NEIN), dann endet das Verfahren. Falls Aktualisierungen verfügbar sind (JA), werden bei 1109 die Aktualisierungen heruntergeladen, wobei das Verfahren dann endet.
  • Es werden Systeme und Verfahren zum Einstellen einer Antriebsstrangkomponente einer Kraftmaschine in Reaktion auf die Umgebungsfeuchtigkeit bereitgestellt, wobei die Umgebungsfeuchtigkeit auf einer Fahrzeugposition in einem Bereich, der Umgebungstemperatur und historischen Feuchtigkeitsdaten für diesen Bereich für eine aktuelle Jahreszeit basiert. Dies kann erreicht werden, ohne sich auf einen teuren und oft temperamentvollen physikalischen Feuchtigkeitssensor zu stützen. Die Trainingsmodule und die Cloud-Aktualisierungen vergrößern ferner die Genauigkeit des virtuellen Feuchtigkeitssensors der vorliegenden Offenbarung.
  • Es wird angegeben, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Konfigurationen des Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystems verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere aus irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, repräsentieren. Als solches können die veranschaulichten verschiedenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge ausgeführt werden, parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Beispielausführungsformen zu erreichen, sondern sie ist für die Leichtigkeit der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten besonderen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen Code graphisch darstellen, der in den nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Kraftmaschinen-Steuersystem zu programmieren ist.
  • Es ist klar, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technik kann z. B. auf V-6-, 1-4-, 1-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. In der Tat können batteriegetriebene Fahrzeuge, die keine Kraftmaschine aufweisen, die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung verwenden, um das innere Führerhausklima zu steuern. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
  • Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders dar, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder dessen Äquivalent beziehen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente enthalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Darstellung neuer Ansprüche in dieser oder einer in Beziehung stehenden Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche, ob ihr Umfang umfassender als der, enger als der oder gleich dem Umfang der ursprünglichen Ansprüche ist oder vom Umfang der ursprünglichen Ansprüche verschieden ist, werden außerdem als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims (19)

  1. Verfahren, das Folgendes umfasst: Einstellen einer Antriebsstrang-Komponente einer Kraftmaschine (10) in Reaktion auf den Atmosphärendruck und die Umgebungsfeuchtigkeit, wobei die Umgebungsfeuchtigkeit auf einer Fahrzeugposition in einem Bereich, der Tageszeit und der Jahreszeit, der Umgebungstemperatur und den Daten für diesen Bereich für eine aktuelle Jahreszeit basiert, und Hochladen von Trainingsmodulparameteraktualisierungen und erfassten Feuchtigkeitsdaten zu einem Cloud-Server (156) außerhalb eines Fahrzeugs, in dem der Antriebsstrang positioniert ist, wobei das Hochladen während des Fahrzeugbetriebs stattfindet und wobei die Trainingsmodulparameteraktualisierungen und die erfassten Feuchtigkeitsdaten während des Fahrzeugbetriebs erzeugt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen der Antriebsstrang-Komponente der Kraftmaschine (10) das Einstellen einer Komponente des Abgasrückführungssystems (140, 142) umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen der Antriebsstrang-Komponente der Kraftmaschine (10) das Einstellen der Funkenzeitsteuerung der Kraftmaschine (10) umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Empfangen einer Eingabe von Fahrzeugbuskomponenten umfasst, die die Fahrzeugposition und/oder die Uhrzeit und/oder die Umgebungstemperatur und/oder historische Feuchtigkeitsdaten enthalten.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Antriebsstrang-Komponente der Kraftmaschine (10) in einem Fahrzeug, das auf einer Straße fährt, positioniert ist, wobei das Verfahren ferner das Einstellen der Umgebungsfeuchtigkeit basierend auf den mit einem Computernetz außerhalb des Fahrzeugs ausgetauschten Daten umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, das ferner das Aktualisieren historischer Feuchtigkeitsdaten basierend auf den mit dem Computernetz ausgetauschten Daten umfasst.
  7. Virtueller Feuchtigkeitssensor (107) in einem Fahrzeug, der Folgendes umfasst: einen Fahrzeugbus (13); Fahrzeugbetriebs- und Fahrzeugzustandssensoren, die an den Fahrzeugbus (13) gekoppelt sind; ein Trainingsmodul (152) für den Vergleich einer gemessenen Feuchtigkeit mit einer geschätzten Feuchtigkeit; und ein computerlesbares Speichermedium mit einer Logikeinheit, das an den Fahrzeugbus (13) gekoppelt ist und darin gespeicherte Anweisungen enthält, um Trainingsmodulparameteraktualisierungen und erfasste Feuchtigkeitsdaten zu einem Cloud-Server (156) außerhalb des Fahrzeugs hochzuladen.
  8. Virtueller Feuchtigkeitssensor (107) nach Anspruch 7, wobei Fahrzeugzustandssensoren ein globales Positionierungssystem (141) umfassen.
  9. Virtueller Feuchtigkeitssensor (107) nach Anspruch 7, wobei Betriebssensoren der Kraftmaschine (10) einen Sensor für den absoluten Luftdruck umfassen.
  10. Virtueller Feuchtigkeitssensor (107) nach Anspruch 7, wobei Fahrzeugzustandssensoren einen Scheibenwischer-Zustandssensor (144) umfassen.
  11. Virtueller Feuchtigkeitssensor (107) nach Anspruch 7, wobei die gemessene Feuchtigkeit über mit einer Internetverbindung der Logikeinheit ausgetauschte Daten erzeugt wird.
  12. Virtueller Feuchtigkeitssensor (107) nach Anspruch 7, wobei die gemessene Feuchtigkeit über mit einer Satellitenradioverbindung der Logikeinheit ausgetauschte Daten erzeugt wird.
  13. Virtueller Feuchtigkeitssensor (107) nach Anspruch 7, wobei die gemessene Feuchtigkeit über mit einer IBOC-Radio-Verbindung der Logikeinheit ausgetauschte Daten erzeugt wird.
  14. Verfahren, das Folgendes umfasst: Schätzen einer Feuchtigkeit basierend auf Fahrzeugdaten, die einen Ort des globalen Positionierungssystems (141), eine Umgebungstemperatur, einen Atmosphärendruck und gespeicherte Feuchtigkeitsdaten umfassen, Nachschlagtabellen und Formeln; und Hochladen erfasster Feuchtigkeitsschätzungen und Trainingsmodulparameteraktualisierungen zu einem Cloud-Server (156).
  15. Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Verbinden mit einer Internetverbindung, wenn sie verfügbar ist, umfasst, um eine gemessene Feuchtigkeit zu empfangen.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Verbinden mit einem IBOC-Radio, wenn es verfügbar ist, umfasst, um die gemessene Feuchtigkeit zu empfangen.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Fahrzeugdaten ferner ein Datum, einen Zeitpunkt und eine Höhe umfassen.
  18. Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Trainieren des virtuellen Feuchtigkeitssensors vor der Fahrzeugverwendung umfasst, wobei das Trainieren des virtuellen Feuchtigkeitssensors das wiederholte Schätzen der Feuchtigkeit umfasst, bis der Unterschied der geschätzten Feuchtigkeit von der empfangenen gemessenen Feuchtigkeit aufhört, bei jeder Wiederholung abzunehmen.
  19. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Hochladen zu dem Cloud-Server (156) durch mehrere Fahrzeuge ausgeführt wird, was die verfügbaren Feuchtigkeitsdaten und Trainingsmodulparameteraktualisierungen vergrößert, wobei das Verfahren ferner das Herunterladen von Informationen von dem Cloud-Server (156) und das Schätzen der Feuchtigkeit basierend auf den heruntergeladenen Informationen umfasst.
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