DE102017105469A1 - Hardware-in-the-loop system and method for the control of an internal combustion engine - Google Patents

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Johannes Martin Richenhagen
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Yves Rosefort
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Abstract

Hardware-in-the-loop System und Verfahren zur Bedatung einer Steuerung eines Verbrennungsmotors, wobei die Steuerung an eine Simulationshardware angeschlossen wird und wobei auf die Simulationshardware eine in Software implementierte Simulationsumgebung mit mindestens einer Modellkomponente geladen wird.A hardware-in-the-loop system and method for controlling a controller of an internal combustion engine, wherein the controller is connected to a simulation hardware, and wherein the simulation hardware loads a software-implemented simulation environment having at least one model component.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hardware-in-the-loop System und ein Verfahren zur Bedatung einer Steuerung eines Verbrennungsmotors, wobei die Steuerung an eine Simulationshardware angeschlossen wird und wobei auf die Simulationshardware eine in Software implementierte Simulationsumgebung mit mindestens einer Modellkomponente geladen wird. The invention relates to a hardware-in-the-loop system and a method for controlling a control of an internal combustion engine, wherein the controller is connected to a simulation hardware and wherein the simulation hardware is loaded with a software implemented simulation environment with at least one model component.

Die Vorgaben für CO2- und Abgasemissionen für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren erfordern immer komplexere Motormanagementsysteme. Damit steigt die Anzahl der zu optimierenden Bedatungsparameter, wie Kennlinien und Kennfelder, für die Steuerung des Verbrennungsmotors stetig an. Gleichzeitig wird eine Verringerung der Entwicklungszeiten und -kosten angestrebt. Motorabstimmungen mit beispielsweise hohem Fahrkomfort, großer Dynamik und niedrigen Emissionen lassen sich mit hergebrachten Bedatungsverfahren nicht mehr umsetzen. The requirements for CO 2 and exhaust emissions for vehicles with internal combustion engines require ever more complex engine management systems. Thus, the number of parameters to be optimized, such as characteristic curves and maps, for the control of the internal combustion engine increases steadily. At the same time, the aim is to reduce development times and costs. Engine tuning with, for example, high ride comfort, great dynamics and low emissions can no longer be implemented with conventional control methods.

Moderne Verbrennungsmotoren werden durch Computer gesteuert, die in der Regel als Steuergerät bezeichnet werden und mit Hilfe einer Software Signale auswerten, die durch Sensoren gemessen werden. Das Steuergerät ermittelt Stellpositionen der Aktuatoren des Motors und generiert daraus entsprechende Signale. Bei dieser Auswertung wird aus den ermittelten Signalen der Soll-Betrieb des Verbrennungsmotors bestimmt und durch Einstellen der Aktuatoren eingeregelt. Die Software verwendet Berechnungsvorschriften, die die gemessenen Signale mit Parametern verrechnen. Die Berechnungsvorschriften sind im Allgemeinen für verschiedene Verbrennungsmotoren in unterschiedlichen Maschinen, wie z.B. verschiedenen Fahrzeugmodellen, verwendbar. Eine Anpassung an die jeweilige Anwendung – das heißt Verwendung eines bestimmten Verbrennungsmotors in einer bestimmten, angetriebenen Maschine für einen bestimmten Verwendungszweck – geschieht durch Abstimmung der Parameter auf die entsprechende Anwendung. Der Vorgang zur Abstimmung der Parameter wird Bedatung genannt und herkömmlicherweise in technisch und zeitlich aufwendigen, und daher kostenintensiven, Versuchen an Motorprüfständen und im realen Betrieb des Verbrennungsmotors in der entsprechenden Maschine und ggf. der entsprechenden Umgebung ermittelt. Modern combustion engines are controlled by computers, which are usually referred to as a control unit and evaluate using software signals that are measured by sensors. The control unit determines the actuating positions of the actuators of the motor and generates corresponding signals. In this evaluation, the desired operation of the internal combustion engine is determined from the detected signals and adjusted by adjusting the actuators. The software uses calculation rules that calculate the measured signals with parameters. The calculation rules are generally applicable to various internal combustion engines in different engines, such as e.g. different vehicle models, usable. An adaptation to the particular application - that is, use of a particular internal combustion engine in a particular, driven machine for a particular purpose - is done by matching the parameters to the appropriate application. The process for tuning the parameters is called conditioning and conventionally determined in technically and time-consuming, and therefore costly, tests on engine test benches and in real operation of the internal combustion engine in the appropriate machine and possibly the corresponding environment.

Die Vorgaben für CO2- und Abgasemissionen für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren erfordern immer komplexere Motormanagementsysteme. Damit steigt die Anzahl der zu optimierenden Bedatungsparameter, wie Kennlinien und Kennfelder, für die Steuerung des Verbrennungsmotors stetig an. Gleichzeitig wird eine Verringerung der Entwicklungszeiten und -kosten angestrebt. Motorabstimmungen mit beispielsweise hohem Fahrkomfort, großer Dynamik und niedrigen Emissionen lassen sich mit hergebrachten Bedatungsverfahren nicht mehr umsetzen. The requirements for CO 2 and exhaust emissions for vehicles with internal combustion engines require ever more complex engine management systems. Thus, the number of parameters to be optimized, such as characteristic curves and maps, for the control of the internal combustion engine increases steadily. At the same time, the aim is to reduce development times and costs. Engine tuning with, for example, high ride comfort, great dynamics and low emissions can no longer be implemented with conventional control methods.

Die Druckschrift DE 10 2013 003 493 A1 betrifft ein Verfahren zum Bedaten eines Steuergeräts eines Kraftfahrzeugs, bei dem computergestützte Methoden zur Anwendung kommen. Nach einem erstmaligen Bedaten des Steuergeräts mit einem ersten Steuergerät-Datensatz werden Betriebsdaten im Steuergerät unter Durchführung von Fahrversuchen mit dem Kraftfahrzeug und dem darin verbauten Steuergerät aufgezeichnet, wobei das Steuergerät unter Verwendung des ersten Steuergerät-Datensatzes betrieben wird. Nach einem erneuten Bedaten des Steuergeräts mit einem vom ersten Steuergerät-Datensatz wenigstens teilweise abweichenden, zweiten Steuergerät-Datensatz erfolgt eine Simulation von Fahrversuchen im Steuergerät ohne Verwendung des Kraftfahrzeugs und mit den aufgezeichneten Betriebsdaten, wobei das Steuergerät unter Verwendung des zweiten Steuergerät-Datensatzes betrieben wird. The publication DE 10 2013 003 493 A1 relates to a method for servicing a control device of a motor vehicle, in which computer-aided methods are used. After a first-time operation of the control unit with a first control unit data set, operating data are recorded in the control unit while carrying out driving tests with the motor vehicle and the control unit installed therein, wherein the control unit is operated using the first control unit data record. After re-using the controller with a first control unit data set at least partially different, second control unit data set is a simulation of driving tests in the control unit without using the motor vehicle and the recorded operating data, the control unit is operated using the second control unit record ,

Die dennoch erforderlichen Fahrversuche sind besonders bei Verbrennungsmotoren zum Antrieb von Fahrzeugen weiterhin sehr zahlreich durchzuführen, da ein Fahrzeug potentiell in vielen verschiedenen Umgebungsbedingungen fährt und besonders häufig in einem instationären Betrieb verwendet wird. Darüber hinaus kommen insbesondere Großserienmotoren in vielen verschiedenen Anwendungen zum Einsatz, so dass für jede Anwendung die entsprechende anzutreibende Maschine verfügbar sein muss, welche aber oftmals noch in einem Prototypenzustand ist. The nevertheless required driving tests are still very numerous, especially in internal combustion engines for driving vehicles to carry out, since a vehicle potentially runs in many different environmental conditions and is particularly often used in a transient operation. In addition, large-volume motors in particular are used in many different applications, so that for each application, the corresponding machine to be driven must be available, which is often still in a prototype state.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bedatung einer Steuerung eines Verbrennungsmotors zu ermöglichen, auch wenn die Prototypenmaschine noch nicht verfügbar ist. An object of the present invention is to allow for a control of an internal combustion engine, even if the prototype engine is not yet available.

Die Aufgabe wird durch ein Hardware-in-the-loop System nach Anspruch 7 und durch ein Verfahren zur Bedatung einer Steuerung eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1 gelöst. In den jeweiligen Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen angegeben. The object is achieved by a hardware-in-the-loop system according to claim 7 and by a method for controlling a control of an internal combustion engine according to claim 1. In the respective subclaims preferred embodiments and advantageous developments are given.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bedatung einer Steuerung eines Verbrennungsmotors, wobei die Steuerung an eine Simulationshardware angeschlossen wird und wobei auf die Simulationshardware eine in Software implementierte Simulationsumgebung mit mindestens einer Modellkomponente geladen wird. Die mindestens eine Modellkomponente simuliert den Verbrennungsmotor einschließlich eines Abgasnachbehandlungssystems. Ein für einen Betrieb in der Simulationsumgebung abgestimmter Parametersatz für die Steuerung wird durch Testen der Steuerung in der Simulationsumgebung ermittelt. The method according to the invention is used for controlling a control of an internal combustion engine, wherein the controller is connected to a simulation hardware and wherein a simulation environment implemented in software with at least one model component is loaded onto the simulation hardware. The at least one model component simulates the internal combustion engine including one Exhaust aftertreatment system. A control parameter set adapted for operation in the simulation environment is determined by testing the controller in the simulation environment.

Bevorzugt wird nachfolgend auf die Simulationshardware die in Software implementierte Variante der Simulationsumgebung geladen, indem abweichende Modellparameter für die Simulationsumgebung geladen werden. Damit wird nunmehr ein für den Betrieb in der Variante der Simulationsumgebung abgestimmter, zweiter Parametersatz für die Steuerung durch Testen der Steuerung in der Variante der Simulationsumgebung ermittelt. Preferably, the variant of the simulation environment implemented in software is subsequently loaded onto the simulation hardware by loading deviating model parameters for the simulation environment. This now determines a tuned for operation in the variant of the simulation environment, second parameter set for the control by testing the controller in the variant of the simulation environment.

Die vorhergehenden Schritte bevorzugt wiederholend wird auf die Simulationshardware in Folge eine Vielzahl von Varianten der Simulationsumgebung geladen, wobei eine für den Betrieb in der jeweiligen Variante der Simulationsumgebung abgestimmte Vielzahl von Parametersätzen für die Steuerung durch Testen der Steuerung in den jeweiligen Varianten der Simulationsumgebung ermittelt wird. The preceding steps, preferably repetitively, load a large number of variants of the simulation environment onto the simulation hardware, wherein a multiplicity of parameter sets adapted for operation in the respective variant of the simulation environment is determined for the control by testing the control in the respective variants of the simulation environment.

Die Bedatung der Steuerung wird bevorzugt für alle stationären Betriebspunkte und auch für den transienten Betrieb vorgenommen. The Bedatung the controller is preferably made for all stationary operating points and also for the transient operation.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Varianten der Simulationsumgebung sich darin unterscheiden, dass die mindestens eine Modellkomponente jeweils eine Variante des Verbrennungsmotors einschließlich des Abgasnachbehandlungssystems simuliert. According to a preferred embodiment, it is provided that the variants of the simulation environment differ in that the at least one model component in each case simulates a variant of the internal combustion engine including the exhaust gas aftertreatment system.

Besonders bevorzugt wird die den Verbrennungsmotor einschließlich eines Abgasnachbehandlungssystems simulierende Modellkomponente anhand von Messergebnissen an einem Verbrennungsmotor auf einem Motorenprüfstand und/oder von Messergebnissen an einem Abgasnachbehandlungssystem an einem Laborgasprüfstand erstellt. Particularly preferably, the model component simulating the internal combustion engine, including an exhaust gas aftertreatment system, is created based on measurement results on an internal combustion engine on an engine test bench and / or measurement results on an exhaust aftertreatment system on a laboratory gas test bench.

Das Verfahren wird weiterhin bevorzugt durch einen Computer automatisiert oder teilautomatisiert durchgeführt. The method is further preferably carried out by a computer automated or semi-automated.

Das erfindungsgemäße Hardware-in-the-loop System zur Bedatung einer Steuerung eines Verbrennungsmotors wird nach dem zuvor beschriebenen Verfahren verwendet, wobei das System insbesondere Sensorsignale für die Steuerung generiert und auf die Aktuatorsignale der Steuerung reagiert. The hardware-in-the-loop system according to the invention for controlling a control of an internal combustion engine is used according to the method described above, the system in particular generating sensor signals for the controller and responding to the actuator signals of the controller.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Systems ist vorgesehen, dass die Simulationsumgebung eine Vielzahl von Modellkomponenten aufweist, wobei die Modellkomponenten eines oder mehrere der folgenden Systeme simulieren: Antriebsstrang, Fahrer, Fahrzyklus, Umgebung. Besonders bevorzugt weist die Modellkomponente des Antriebsstrangs Modelle zur Simulation eines oder mehrerer der folgenden Fahrzeugsysteme auf: Kupplung, Getriebe, Differential, Räder, Längsdynamik des Fahrzeuges und Querdynamik des Fahrzeuges. Besonders bevorzugt simuliert das Längsdynamikmodell abhängig von einem Höhenprofil ebenfalls den Luftdruck und ggf. die Lufttemperatur. Die initialen Umweltbedingungen sind bevorzugt zumindest im Rahmen des realen Betriebs der Maschine frei wählbar. According to a preferred embodiment of the system, it is provided that the simulation environment comprises a plurality of model components, wherein the model components simulate one or more of the following systems: driveline, driver, drive cycle, environment. Particularly preferably, the model component of the drive train has models for simulating one or more of the following vehicle systems: clutch, transmission, differential, wheels, longitudinal dynamics of the vehicle and lateral dynamics of the vehicle. Particularly preferably, the longitudinal dynamics model also simulates the air pressure and possibly the air temperature depending on a height profile. The initial environmental conditions are preferably freely selectable, at least in the context of the real operation of the machine.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Systems ist vorgesehen, dass die Modellkomponenten der Simulationsumgebung durch Laden von abweichenden Modellparametern derart verändert werden, dass unterschiedliche Zustände und Varianten eines Fahrzeugs simuliert werden. In accordance with a further preferred embodiment of the system, it is provided that the model components of the simulation environment are modified by loading deviating model parameters in such a way that different states and variants of a vehicle are simulated.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Systems ist vorgesehen, dass die Modellkomponenten der Simulationsumgebung modular austauschbar vorgesehen sind, um eine Modellierungstiefe des Systems anzupassen. In accordance with a further preferred embodiment of the system, it is provided that the model components of the simulation environment are provided in a modularly exchangeable manner in order to adapt a modeling depth of the system.

Im Sinne der Erfindung kann ein Steuergerät oder ein Verbund mehrerer Steuergeräte die Steuerung des Verbrennungsmotors bilden. For the purposes of the invention, a control unit or a group of several control units can form the control of the internal combustion engine.

Die den Verbrennungsmotor einschließlich des Abgasnachbehandlungssystems simulierende Modellkomponente weist bevorzugt physikalische Modelle für einen Luftpfad auf. Weiterhin bevorzugt ist vorgesehen, dass die den Verbrennungsmotor einschließlich des Abgasnachbehandlungssystems simulierende Modellkomponente semiphysikalische Modelle oder physikalische Modelle für eine Verbrennungssimulation aufweist, wobei die physikalischen Modelle eine Strömungssimulation für den Ladungswechsel und eine kinetische Verbrennungssimulation umfassen. The model component simulating the internal combustion engine, including the exhaust aftertreatment system, preferably includes physical models for an air path. Furthermore, it is provided that the model component simulating the internal combustion engine including the exhaust gas aftertreatment system has semiphysical models or physical models for a combustion simulation, wherein the physical models include a flow simulation for the charge exchange and a kinetic combustion simulation.

Die den Verbrennungsmotor einschließlich des Abgasnachbehandlungssystems simulierende Modellkomponente weist bevorzugt empirische Modelle für die Abgasnachbehandlungssimulation auf, wobei die empirischen Modelle für eine Verwendung nahe des Auslegungspunkts vorgesehen sind. Weiterhin bevorzugt ist zur Simulation mindestens einer simulierten Abgasnachbehandlungskomponente ein kinetisches Modell vorgesehen, wobei das kinetische Modell zur Verwendung bei vom Auslegungspunkt abweichenden Bedingungen vorgesehen ist. The model component simulating the internal combustion engine, including the exhaust aftertreatment system, preferably includes empirical models for exhaust aftertreatment simulation, the empirical models being for use near the design point. Further preferably, a kinetic model is provided for the simulation of at least one simulated exhaust aftertreatment component, wherein the kinetic model is provided for use at different conditions from the design point.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Systems ist zusätzlich ein Fahrermodell vorgesehen, das die Bedieneinheiten des Fahrzeuges regelt um einer Soll-Geschwindigkeit und/oder um einem Soll-Kurs zu folgen. According to a further preferred embodiment of the system, a driver model is additionally provided, which controls the operating units of the vehicle to follow a desired speed and / or to a desired course.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Erläuterungen beziehen sich auf das erfindungsgemäße Verfahren, sowie auf das erfindungsgemäße Hardware-in-the-loop System gleichermaßen, sind beispielhaft auf die Ausführungsform bezogen und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. The invention will be explained with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings. The explanations relate to the method according to the invention, as well as to the inventive hardware-in-the-loop system alike, are exemplary related to the embodiment and do not limit the general inventive idea.

Es zeigen Show it

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bedatung einer Steuerung eines Verbrennungsmotors in Form eines Verfahrensfließschemas; 1 a schematic representation of an embodiment of a method according to the invention for Bedatung a control of an internal combustion engine in the form of a process flow diagram;

2 eine schematische Darstellung einer Bedatung einer Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Hardware-in-the-loop Systems in den Entwicklungsbereichen Fahrversuch, Prüfstand und Simulation. 2 a schematic representation of a Bedatung a control of an internal combustion engine with a hardware-in-the-loop system according to the invention in the development areas driving test, test bench and simulation.

In der 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bedatung einer Steuerung eines Verbrennungsmotors in Form eines Verfahrensfließschemas dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bedatung der Steuerung 3 eines Verbrennungsmotors 1 mittels eines Hardware-in-the-loop Systems 9, wobei die Steuerung 3 an eine Simulationshardware (nicht dargestellt) angeschlossen wird und wobei auf die Simulationshardware eine in Software implementierte Simulationsumgebung 10–19 mit mindestens einer Modellkomponente 10 geladen wird. Die Modellkomponente 10 simuliert dabei den Verbrennungsmotor 11 einschließlich eines Abgasnachbehandlungssystems 12. Ein für einen Betrieb in der Simulationsumgebung abgestimmter Parametersatz (32, siehe 2) für die Steuerung 3 wird durch Testen der Steuerung 3 in der Simulationsumgebung 10–19 ermittelt. In the 1 an embodiment of a method according to the invention for the management of a control of an internal combustion engine in the form of a process flow diagram is shown. The method according to the invention is used to control the controller 3 an internal combustion engine 1 using a hardware-in-the-loop system 9 , where the controller 3 is connected to a simulation hardware (not shown) and wherein on the simulation hardware a software implemented simulation environment 10 - 19 with at least one model component 10 is loaded. The model component 10 simulates the internal combustion engine 11 including an exhaust aftertreatment system 12 , A set of parameters for operation in the simulation environment ( 32 , please refer 2 ) for the controller 3 is done by testing the controller 3 in the simulation environment 10 - 19 determined.

Das Hardware-in-the-loop System 9 wird erfindungsgemäß verwendet, um eine Software des Steuergerätes 3 zu kalibrieren, was auch als Bedatung des Steuergeräts 3 bezeichnet wird. Hardware-in-the-loop Systeme dienen generell dazu, Software Funktionen auf einer entsprechenden Zielhardware in kompilierter Form zu testen und zu validieren. Im realen Einsatz beeinflussen die Ausgänge 28 der Funktion direkt oder indirekt die Eingangsgrößen 29 und somit die Funktion selber. Dies geschieht durch physikalische Zusammenhänge oder durch andere Softwarefunktionen. Bei in-the-loop (XiL) Versuchen wird diese Rückkopplung durch ein Streckenmodell, hier die Simulationsumgebung 10–19 simuliert. The hardware-in-the-loop system 9 is used according to the invention to a software of the control unit 3 to calibrate, which is also as the control unit 3 referred to as. Hardware-in-the-loop systems generally serve to test and validate software functions on a corresponding target hardware in compiled form. In real use, the outputs affect 28 the function directly or indirectly the input variables 29 and thus the function itself. This happens through physical connections or through other software functions. For in-the-loop (XiL) experiments, this feedback is given by a system model, here the simulation environment 10 - 19 simulated.

Die Software des Steuergeräts 3 besteht aus zwei Hauptbestandteilen, nämlich den Funktionsstrukturen einerseits, welche die allgemeinen Funktionalitäten beschreiben, und der Kalibration andererseits, in welcher den Variablen der Funktionsstrukturen Werte, also Daten, Parameter, zugewiesen sind. So kann die Software an die entsprechende Anwendung, wie z.B. eine bestimmte Motorvariante in einer bestimmten Fahrzeugvariante für einen bestimmten Markt angepasst werden. Im vorliegenden Fall ist die betrachtete Hardware das Motorsteuergerät 3. Das Streckenmodell besteht aus verschiedenen Teilmodellen 10–19 der Simulationsumgebung, wobei besonders das Motormodell 11 und das Abgasnachbehandlungsmodell 12 sehr detailliert sind. Weitere Modelle sind ein Fahrermodell 17, ein Fahrzeugmodell 16, ein Getriebemodell 15, ein Umgebungsmodell 19 und ein Fahrzyklusmodell 18. Das zusammengefasste Motor- und Abgasnachbehandlungsmodell 10 simuliert dabei alle Sensorwerte 29, die vom Steuergerät 3 benötigt werden, um den Motor zu steuern. Dabei wird im Motormodell 11 insbesondere der Luftpfad abgebildet, sowie durch ein Verbrennungsmodell die entstehenden Rohemissionen 30. Die Konvertierung dieser Rohemissionen in der Abgasnachbehandlung 12 wird ebenfalls simuliert. Ist in der betrachteten Anwendung eine Niederdruckabgasrückführung vorgesehen, das heißt wird innerhalb oder nach dem Abgasnachbehandlungssystem ein Teil des Abgasmassenstromes abgezweigt und in die Ansaugstrecke, typischerweise vor dem Verdichter, wieder zugeführt, so werden Ausgangsgrößen 31 der Abgasnachbehandlungssimulation 12 als Eingangsgrößen des Motormodells 11 benötigt. Erfindungsgemäß wird die Motorsimulation 11 und die Abgasnachbehandlungssimulation 12 zusammen in einem Gesamtmodell 10 durchgeführt. Als Ausgangsgrößen werden die Abgasemissionen 21 und die Fahrleistungen 20 zur Optimierung verwendet. Zwischen den Modellkomponenten 10–19 zu übergebende Werte sind beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit 22, die Sollgeschwindigkeit 23, eine Pedalstellung 25, Gangschaltstufe und Kupplungsstellung 24, Drehzahl- und Drehmomentwerte 26 des Getriebes und Drehzahl- und Drehmomentwerte 27 des Motors. Ein Kommunikationsnetzwerk 5 ist bekanntermaßen vorgesehen, um Signale gesteuert über einen Buscontroller 4 zu übertragen, beispielsweise ein sogenannter CAN-Bus. Neben den simulierten Komponenten 10–19 können Komponenten ebenfalls physikalisch implementiert werden. The software of the controller 3 consists of two main components, namely the functional structures on the one hand, which describe the general functionalities, and the calibration, on the other hand, in which the variables of the functional structures are assigned values, ie data, parameters. Thus, the software can be adapted to the appropriate application, such as a specific engine variant in a particular vehicle variant for a particular market. In the present case, the considered hardware is the engine control unit 3 , The route model consists of different submodels 10 - 19 the simulation environment, in particular the engine model 11 and the exhaust aftertreatment model 12 are very detailed. Other models are a driver model 17 , a vehicle model 16 , a transmission model 15 , an environment model 19 and a driving cycle model 18 , The summarized engine and exhaust aftertreatment model 10 simulates all sensor values 29 from the control unit 3 needed to control the engine. It is in the engine model 11 in particular the air path shown, and by a combustion model, the resulting raw emissions 30 , The conversion of these raw emissions in the exhaust aftertreatment 12 is also simulated. If a low-pressure exhaust gas recirculation is provided in the considered application, that is, a part of the exhaust gas mass flow is diverted within or after the exhaust aftertreatment system and fed back into the intake path, typically before the compressor, then output variables 31 the exhaust aftertreatment simulation 12 as input variables of the motor model 11 needed. According to the invention, the engine simulation 11 and the exhaust aftertreatment simulation 12 together in an overall model 10 carried out. The output variables are the exhaust emissions 21 and the driving performance 20 used for optimization. Between the model components 10 - 19 For example, values to be transferred are the driving speed 22 , the target speed 23 , a pedal position 25 , Gear shift and clutch position 24 , Speed and torque values 26 of the transmission and speed and torque values 27 of the motor. A communication network 5 It is known to provide signals controlled by a bus controller 4 to transmit, for example, a so-called CAN bus. In addition to the simulated components 10 - 19 Components can also be physically implemented.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, im Gegensatz zur herkömmlichen Anwendung von Hardware-in-the-loop Systemen, nicht in erster Linie das Steuergerät 3 mit dessen Funktionsstrukturen getestet und validiert, sondern statt dessen eine Bedatung des Steuergerätes 3 vorgenommen, worauf nachfolgend mit Bezug auf 2 näher eingegangen wird. In the method according to the invention, in contrast to the conventional use of hardware-in-the-loop systems, not primarily the control unit 3 with its functional structures tested and validated, but instead a Bedatung the control unit 3 made, as hereinafter with reference to 2 will be discussed in more detail.

In der 2 ist die Bedatung der Steuerung 3 eines Verbrennungsmotors 1 mit dem erfindungsgemäßen Hardware-in-the-loop System 9 schematisch dargestellt. Die Verwendung des Hardware-in-the-loop System 9 erlaubt vorteilhaft, einen Teil der Entwicklungsarbeit aus den Bereichen Fahrversuch 6, einschließlich Rollenprüfstand 61, Teststrecke 62 und Straßenerprobung 63, sowie Prüfstand 7 durch eine computerunterstützte Simulation 8 zu ersetzen. Die Bereiche werden auch als Road 6, Rig 7 und Desktop 8 bezeichnet. Das erfindungsgemäße Hardware-in-the-loop System 9 zur Bedatung der Steuerung 3 des Verbrennungsmotors 1 weist eine Simulationshardware (nicht dargestellt) auf, an welche die Steuerung 3 angeschlossen ist. Auf der Simulationshardware ist eine in Software implementierte Simulationsumgebung mit mindestens der Modellkomponente 10 geladen, wobei es sich um die Simulation des Verbrennungsmotors 11 einschließlich des Abgasnachbehandlungssystems 12 handelt. Ein für einen Betrieb in der Simulationsumgebung abgestimmter Parametersatz 32 für die Steuerung 3 wird durch Testen der Steuerung 3 in der Simulationsumgebung in bekannter Art und Weise ermittelt. Anschließend wird auf die Simulationshardware eine Variante der Simulationsumgebung geladen, indem abweichende Modellparameter für die Simulationsumgebung geladen werden. Somit kann ein für den Betrieb in der Variante der Simulationsumgebung abgestimmter, zweiter Parametersatz 32 für die Steuerung 3 durch Testen der Steuerung 3 in der Variante der Simulationsumgebung ermittelt werden. So fortgesetzt, kann auf die Simulationshardware in Folge eine Vielzahl von Varianten der Simulationsumgebung geladen werden, so dass eine für den Betrieb in der jeweiligen Variante der Simulationsumgebung abgestimmte Vielzahl von Parametersätzen 32 für die Steuerung 3 durch Testen der Steuerung in den jeweiligen Varianten der Simulationsumgebung ermittelt wird. Das Verfahren wird bevorzugt durch einen Computer automatisiert oder teilautomatisiert durchgeführt, so dass in kurzer Zeit für eine Vielzahl von Fahrzeug-, Motoren- oder Abgasnachbehandlungssystem-Varianten jeweils optimierte Parametersätze 32 zur Bedatung des Steuergeräts 3 generiert werden können. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, bei der die Varianten der Simulationsumgebung sich darin unterscheiden, dass die Modellkomponente 10 jeweils eine geänderte Variante des Verbrennungsmotors 11 einschließlich des Abgasnachbehandlungssystems 12 simuliert, kann die den Verbrennungsmotor 11 einschließlich eines Abgasnachbehandlungssystems 12 simulierende Modellkomponente 10 besonders vorteilhaft anhand von Messergebnissen an einem Verbrennungsmotor 1 auf einem Motorenprüfstand 71 und/oder von Messergebnissen an einem Abgasnachbehandlungssystem 2 an einem Laborgasprüfstand 72 erstellt werden. In the 2 is the rating of the controller 3 an internal combustion engine 1 with the hardware-in-the-loop system according to the invention 9 shown schematically. The use of the hardware-in-the-loop system 9 allows advantageous part of the development work from the field driving test 6 including roller dynamometer 61 , Test track 62 and road testing 63 , as well as test bench 7 through a computer-aided simulation 8th to replace. The areas are also called Road 6 , Rig 7 and desktop 8th designated. The inventive hardware-in-the-loop system 9 for the control of the controller 3 of the internal combustion engine 1 has a simulation hardware (not shown) to which the controller 3 connected. On the simulation hardware is a software implemented simulation environment with at least the model component 10 loaded, which is the simulation of the internal combustion engine 11 including the exhaust aftertreatment system 12 is. A set of parameters adapted for operation in the simulation environment 32 for the controller 3 is done by testing the controller 3 determined in the simulation environment in a known manner. Subsequently, a variant of the simulation environment is loaded on the simulation hardware by loading different model parameters for the simulation environment. Thus, a second parameter set tuned for operation in the variant of the simulation environment 32 for the controller 3 by testing the controller 3 be determined in the variant of the simulation environment. Thus continued, can be loaded on the simulation hardware in a row a variety of variants of the simulation environment, so that a tuned for the operation in the respective variant of the simulation environment variety of parameter sets 32 for the controller 3 is determined by testing the controller in the respective variants of the simulation environment. The method is preferably carried out by a computer automatically or semi-automatically, so that in a short time for a variety of vehicle, engine or exhaust aftertreatment system variants each optimized parameter sets 32 for the control unit 3 can be generated. According to a preferred embodiment, in which the variants of the simulation environment differ in that the model component 10 in each case a modified variant of the internal combustion engine 11 including the exhaust aftertreatment system 12 can simulate the internal combustion engine 11 including an exhaust aftertreatment system 12 simulating model component 10 particularly advantageous based on measurement results on an internal combustion engine 1 on an engine test bench 71 and / or measurement results on an exhaust aftertreatment system 2 at a laboratory gas test bench 72 to be created.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1  1
Verbrennungsmotor internal combustion engine
2  2
Abgasnachbehandlungssystem aftertreatment system
3  3
Steuerung control
4  4
Buscontroller bus controller
5  5
Netzwerk network
6  6
Fahrversuch driving test
7  7
Teststand TestStand
8  8th
Computerunterstützte Simulation Computer-aided simulation
9  9
Hardware-in-the-loop System 9 Hardware-in-the-loop system 9
10 10
Modellkomponente model component
11 11
Simulation des Verbrennungsmotors Simulation of the internal combustion engine
12 12
Simulation des Abgasnachbehandlungssystems Simulation of the exhaust aftertreatment system
14 14
Antriebsstrangmodell Drivetrain model
15 15
Getriebemodell transmission model
16 16
Fahrzeugmodell vehicle model
17 17
Fahrermodell driver model
18 18
Fahrzyklusmodell Driving Cycle Model
19 19
Umgebungsmodell environment model
20 20
Signal der Fahrleistungen Signal of the driving performances
21 21
Signal der Abgaswerte Signal of emission values
22 22
Signal der Fahrgeschwindigkeit Signal of the driving speed
23 23
Sollgeschwindigkeit target speed
24 24
Signal der Gangwahl und Kupplungsstellung Signal of gear selection and coupling position
25 25
Signal der Pedalstellung Signal of pedal position
26 26
Signal der Drehzahl und des Drehmoments des Getriebes Signal of the speed and the torque of the gearbox
27 27
Signal der Drehzahl und des Drehmoments des Motors Signal of the speed and the torque of the motor
28 28
Aktuatorsignale actuator signals
29 29
Sensorsignale sensor signals
30 30
Signal der Rohemissionen Signal of raw emissions
31 31
Ausgangsgrößen der Abgasnachbehandlungssimulation Output variables of the exhaust aftertreatment simulation
32 32
Parametersatz parameter set
61 61
Rollenprüfstand dynamometer
62 62
Teststrecke test track
63 63
Straßenerprobung road testing
71 71
Motorenprüfstand engine test stand
72 72
Laborgasprüfstand Laboratory gas test bench

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013003493 A1 [0005] DE 102013003493 A1 [0005]

Claims (15)

Verfahren zur Bedatung einer Steuerung (3) eines Verbrennungsmotors (1), wobei die Steuerung an eine Simulationshardware angeschlossen wird und wobei auf die Simulationshardware eine in Software implementierte Simulationsumgebung mit mindestens einer Modellkomponente geladen wird, wobei die mindestens eine Modellkomponente den Verbrennungsmotor einschließlich eines Abgasnachbehandlungssystems simuliert und wobei ein für einen Betrieb in der Simulationsumgebung abgestimmter Parametersatz für die Steuerung durch Testen der Steuerung in der Simulationsumgebung ermittelt wird. Method for controlling a controller ( 3 ) of an internal combustion engine ( 1 wherein the controller is connected to a simulation hardware, and wherein the simulation hardware loads a software-implemented simulation environment having at least one model component, the at least one model component simulating the internal combustion engine including an exhaust aftertreatment system, and wherein a parameter set adapted for operation in the simulation environment the control is determined by testing the controller in the simulation environment. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Simulationshardware eine in Software implementierte Variante der Simulationsumgebung geladen wird, indem abweichende Modellparameter für die Simulationsumgebung geladen werden. Method according to Claim 1, characterized in that a variant of the simulation environment implemented in software is loaded onto the simulation hardware by loading deviating model parameters for the simulation environment. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Simulationshardware eine Vielzahl von in Software implementierten Varianten der Simulationsumgebung geladen wird, wobei ein für den Betrieb in der jeweiligen Variante der Simulationsumgebung abgestimmte Vielzahl von Parametersätzen für die Steuerung durch Testen der Steuerung in den jeweiligen Varianten der Simulationsumgebung ermittelt wird. Method according to Claim 2, characterized in that a multiplicity of variants of the simulation environment implemented in software is loaded onto the simulation hardware, a multiplicity of parameter sets for the control matched to the operation in the respective variant of the simulation environment being tested by testing the control in the respective variants the simulation environment is determined. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Varianten der Simulationsumgebung sich darin unterscheiden, dass die mindestens eine Modellkomponente jeweils eine Variante des Verbrennungsmotors einschließlich des Abgasnachbehandlungssystems simuliert. A method according to claim 3, characterized in that the variants of the simulation environment differ in that the at least one model component each simulates a variant of the internal combustion engine including the exhaust aftertreatment system. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Verbrennungsmotor einschließlich eines Abgasnachbehandlungssystems simulierende Modellkomponente anhand von Messergebnissen an einem Verbrennungsmotor auf einem Motorenprüfstand und/oder von Messergebnissen an einem Abgasnachbehandlungssystem an einem Laborgasprüfstand erstellt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the model component simulating the internal combustion engine including an exhaust aftertreatment system is created on a laboratory gas test bench by means of measurement results on an internal combustion engine on an engine test bench and / or measurement results on an exhaust aftertreatment system. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren durch einen Computer automatisiert oder teilautomatisiert durchgeführt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out by a computer automated or semi-automated. Hardware-in-the-loop System zur Bedatung einer Steuerung eines Verbrennungsmotors nach einem Verfahren gemäß eines der vorhergehenden Ansprüche.  Hardware-in-the-loop system for controlling a control of an internal combustion engine according to a method according to one of the preceding claims. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät oder ein Verbund mehrerer Steuergeräte die Steuerung des Verbrennungsmotors bilden. System according to claim 7, characterized in that a control unit or a combination of several control units form the control of the internal combustion engine. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den Verbrennungsmotor einschließlich des Abgasnachbehandlungssystems simulierende Modellkomponente physikalische Modelle für einen Luftpfad aufweist. System according to one of the preceding claims 7 or 8, characterized in that the model component simulating the internal combustion engine including the exhaust aftertreatment system comprises physical models for an air path. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die den Verbrennungsmotor einschließlich des Abgasnachbehandlungssystems simulierende Modellkomponente semi-physikalische Modelle oder physikalische Modelle für eine Verbrennungssimulation aufweist, wobei die physikalischen Modelle eine Strömungssimulation für den Ladungswechsel und eine kinetische Verbrennungssimulation umfassen. System according to one of the preceding claims 7 to 9, characterized in that the model component simulating the internal combustion engine including the exhaust aftertreatment system comprises semi-physical models or physical models for a combustion simulation, the physical models comprising a flow simulation for the gas exchange and a kinetic combustion simulation. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die den Verbrennungsmotor einschließlich des Abgasnachbehandlungssystems simulierende Modellkomponente empirische Modelle für die Abgasnachbehandlungssimulation aufweist, wobei die empirischen Modelle für eine Verwendung nahe des Auslegungspunkts vorgesehen sind, und wobei zur Simulation mindestens einer simulierten Abgasnachbehandlungskomponente ein kinetisches Modell vorgesehen ist, wobei das kinetische Modell zur Verwendung bei vom Auslegungspunkt abweichenden Bedingungen vorgesehen ist. A system according to any one of the preceding claims 7 to 10, characterized in that the model component simulating the internal combustion engine including the exhaust aftertreatment system comprises empirical models for the exhaust aftertreatment simulation, the empirical models being for use near the design point, and simulating at least one simulated exhaust aftertreatment component a kinetic model is provided, the kinetic model being for use at conditions different from the design point. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulationsumgebung eine Vielzahl von Modellkomponenten aufweist, wobei die Modellkomponenten eines oder mehrere der folgenden Systeme simulieren: Antriebsstrang, Fahrer, Fahrzyklus, Umgebung. A system according to any one of preceding claims 7 to 11, characterized in that the simulation environment comprises a plurality of model components, the model components simulating one or more of the following systems: powertrain, driver, drive cycle, environment. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellkomponente des Antriebsstrangs Modelle zur Simulation eines oder mehrerer der folgenden Fahrzeugsysteme aufweist: Kupplung, Getriebe, Differential, Räder, Längsdynamik des Fahrzeuges und Querdynamik des Fahrzeuges. System according to one of the preceding claims 7 to 12, characterized in that the model component of the drive train comprises models for simulating one or more of the following vehicle systems: clutch, transmission, differential, wheels, longitudinal dynamics of the vehicle and lateral dynamics of the vehicle. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellkomponenten der Simulationsumgebung durch Laden von abweichenden Modellparametern derart verändert werden, dass unterschiedliche Zustände und Varianten eines Fahrzeugs simuliert werden. System according to one of the preceding claims 7 to 13, characterized in that the model components of the simulation environment by loading different model parameters are changed such that different states of a vehicle and variations can be simulated. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellkomponenten der Simulationsumgebung modular austauschbar vorgesehen sind, um eine Modellierungstiefe des Systems anzupassen. System according to one of the preceding claims 7 to 14, characterized in that the model components of the simulation environment are provided modularly interchangeable to adapt a modeling depth of the system.
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