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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung von Daten aus zumindest einer Messung einer Brennkraftmaschine im Rahmen von Abgas-Emissionsuntersuchungen unter Realbetriebsbedingungen und ein Steuerungssystem.
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Aktuelle und geplante Abgasgesetzgebungen für von Verbrennungsmotoren angetriebene Maschinen und Kraftfahrzeuge fordern die Einhaltung von Grenzwerten für Abgasemissionen nicht nur im Prüfstandbetrieb sondern auch im realen Betrieb, beispielsweise während Fahrten auf der Straße im normalen Verkehr bei Kraftfahrzeugen oder im täglichen Betrieb bei anderen Maschinen. Um die Einhaltung der Grenzwerte zu überprüfen und zu demonstrieren, werden Abgas-Emissionsuntersuchungen unter Realbetriebsbedingungen durchgeführt, wie Real-Driving-Emission Tests (RDE) beim Personenkraftwagen und In-Service-Compliance (ISC) Tests beim Lastkraftwagen. Hierbei werden die ausgestoßenen Schadstoffe mit sogenannten Portable-Emission-Measurement-Systems (PEMS) gemessen. Diese enthalten die entsprechenden Sensoren, Auswerte- und Aufzeichnungssysteme in ausreichend kompakter Form, so dass ein weitgehend unbeeinflusster Betrieb der Maschine unter Realbetriebsbedingungen möglich ist. Um eine Vergleichbarkeit zwischen unterschiedlichen Abgas-Emissionsuntersuchungen unter Realbetriebsbedingungen herstellen zu können, müssen die Realbetriebsbedingungen während der Messung bestimmten legislativen Anforderungen genügen. Diese umfassen beispielsweise Grenzwerte für die Kühlmitteltemperatur, das Geschwindigkeitsprofil oder die geleistete Arbeit.
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Um die Erfüllung der legislativen Anforderungen zu prüfen, sind verschiedene Verfahren bekannt. Üblicherweise als Computerprogramm implementiert, werden die aufgezeichneten Daten einer Abgas-Emissionsuntersuchung unter Realbetriebsbedingungen analysiert und aufbereitet. Dann kann beurteilt werden, ob die legislativen Anforderungen erfüllt sind. Beispielprogramme sind EMROAD vom Joint Research Center der EU und CLEAR von der Technischen Universität Graz. Beide Programme und Verfahren haben den Nachteil, dass sie erst nach Abschluss der Messung angewandt werden können. Wenn die Analyse ergibt, dass den legislativen Anforderungen nicht genügt wurde, sind eingesetzter Aufwand und Kosten verloren. Angesichts des hohen Aufwands für eine solche Messung kann diese einen signifikanten Kostenfaktor bedeuten.
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Aus der
EP2950075A1 ist eine Vorrichtung zur effizienten und verlässlichen Durchführung von Betriebsversuchen unter Realbetriebsbedingungen eines Fahrzeuges bekannt, das die Erfassung von Betriebsdaten und die Ausgabe von Bewertungsdaten umfasst. Dabei indizieren die Bewertungsdaten basierend auf den erfassten Betriebsdaten, ob der laufende Betriebsversuch valide ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die Bewertung von Daten aus zumindest einer Messung einer Brennkraftmaschine im Rahmen von Abgas-Emissionsuntersuchungen unter Realbetriebsbedingungen vor und umfasst die folgenden Schritte: Erfassung der Daten, Aufbereitung der Daten und eine erste, prädiktive Bewertung der Daten, indem basierend auf den aufbereiteten Daten erwartete Daten für die verbleibende Zeit bis zum Ende der laufenden Messung berechnet und mit ersten Grenzwerten verglichen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine verbesserte Durchführung von Abgas-Emissionsuntersuchungen unter Realbetriebsbedingungen, indem die prädiktive Bewertung einer Abgas-Emissionsuntersuchung im laufenden Messbetrieb erfolgen kann. Damit kann bereits während der Messung erkannt werden, ob die Messung gültig oder ungültig ist. In letzterem Fall kann eine neue Messung gestartet werden oder, falls noch möglich, korrigierend in die laufende Messung eingegriffen werden, so dass die laufende Messung doch noch beispielsweise den legislativen Anforderungen genügt. Die prädiktive Bewertung hat den Vorteil, dass eine mögliche, zukünftige Verletzung von Grenzwerten frühzeitig erkannt werden kann. Dadurch wird gegebenenfalls eine Korrektur der Realbetriebsbedingungen der laufenden Messung möglich, so dass eine Verletzung von Grenzwerten möglichst vermieden werden kann. Die prädiktive Bewertung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn integrale Grenzwerte für die Abgas-Emissionsuntersuchung unter Realbetriebsbedingungen vorgegeben sind. Grenzwerte umfassen Limitierungen für Realbetriebsbedingungen und Limitierungen für Betriebszustände wie Abgasemissionen. Die ersten Grenzwerte umfassen die Limitierungen, deren Einhaltung nur anhand einer prädiktiven Berechnung bewertet werden kann. Beispiele sind Realbetriebsbedingungen und Abgasemissionslimitierungen, die in der verbleibenden Zeit bis zum Ende der laufenden Messung wirksam werden, und insbesondere integrale Limitierungen, die zum Ende der gesamten Messung oder einer Teilmessung, erfüllt sein müssen.
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Eine vorteilhafte erste Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine zweite, nicht-prädiktive Bewertung der Daten erfolgt, indem die aufbereiteten Daten mit zweiten Grenzwerten verglichen werden. Dabei umfassen die zweiten Grenzwerte solche Limitierungen, die zum aktuellen Zeitpunkt der Messung gelten, also unmittelbar durch Vergleich zwischen Grenzwert und aufbereitetem Datenwert überprüft werden können. Die zweite, nicht-prädiktive Bewertung der Daten ermöglicht die Überprüfung der Gültigkeit der laufenden Messung zum aktuellen Messzeitpunkt. Insbesondere in Kombination mit der ersten, prädiktiven Bewertung der Daten hat dies den Vorteil, dass die Gültigkeit der laufenden Messung für den aktuellen Zeitpunkt und alle bis zum Ende der Messung verbleibenden Zeitpunkte überprüft werden kann. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Durchführung von Abgas-Emissionsuntersuchungen unter Realbetriebsbedingungen.
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Vorzugsweise wird basierend auf der ersten, prädiktiven Bewertung der Daten und basierend auf der zweiten, nicht-prädiktiven Bewertung der Daten eine Empfehlung für den weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine ausgegeben. Dies ermöglicht, auf das Ergebnis der Bewertung zu reagieren, indem bei Bedarf die Messung abgebrochen oder die Realbetriebsbedingungen angepasst werden. Dies hat den Vorteil, dass durch eine rechtzeitige Korrektur möglichst viele gültige Messungen erreicht werden können oder Messungen frühzeitig abgebrochen und gegebenenfalls wiederholt werden. Damit lassen sich Kosten und Aufwand reduzieren.
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Das erfindungsgemäße Steuerungssystem für eine Brennkraftmaschine umfasst zumindest ein Messgerät und ein Steuergerät und ist derart eingerichtet, gemäß dem Verfahren die Daten aus zumindest einer Messung unter Realbetriebsbedingungen der Brennkraftmaschine im Rahmen von Abgas-Emissionsuntersuchungen zu erfassen, aufzubereiten und zu bewerten.
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Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bewertung von Daten aus zumindest einer Messung einer Brennkraftmaschine im Rahmen von Abgas-Emissionsuntersuchungen unter Realbetriebsbedingungen.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren, gemäß dem Daten aus zumindest einer Messung einer Brennkraftmaschine im Rahmen von Abgas-Emissionsuntersuchungen unter Realbetriebsbedingungen erfasst, aufbereitet und bewertet werden. Die Brennkraftmaschine ist dabei ein Dieselmotor eines Lastkraftwagens, für den eine ISC Messung gemäß der China VI-b Heavy-Duty Gesetzgebung durchgeführt wird. In einem ersten Schritt S1 werden die für das Verfahren benötigten Daten erfasst, die im darauffolgenden Schritt S2 aufbereitet werden. Basierend auf den aufbereiteten Daten S2 erfolgt in Schritt S3 eine erste, prädiktive Bewertung der Daten, indem für die verbleibende Zeit bis zum Ende der laufenden Messung erwartete Daten berechnet und mit ersten Grenzwerten verglichen werden. Danach erfolgt eine zweite, nicht-prädiktive Bewertung der Daten S4, indem die aufbereiteten Daten mit zweiten Grenzwerten verglichen werden.
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Die ISC Messung ist so aufgebaut, dass die drei Bereiche „Urban“, „Rural“ und „Highway“ mit einem definierten Zeitanteil in die Gesamtmessung eingehen. Jeder Bereich wird über eine Durchschnittsgeschwindigkeit und den Zeitanteil sowie zugehörige Toleranzbänder definiert. Für eine gültige Messung darf der sich aus Durchschnittsgeschwindigkeit und Toleranzband ergebende Betriebsbereich für die definierte Zeit inklusive Toleranzband nicht verlassen werden. Ein Wechsel in einen niedrigeren Geschwindigkeitsbereich ist nicht möglich, sobald in einen höheren Bereich gewechselt wurde. Damit ist es nicht möglich, nicht erfüllte Bedingungen in einem verlassenen Bereich nachträglich zu korrigieren. Damit die ISC Messung gültig ist, muss die vom Motor gelieferte Arbeit über die gesamte Messung innerhalb eines Bereichs liegen, der über Vielfache der im WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure) gelieferten Gesamtarbeit definiert ist, beispielsweise zwischen dem vier- und siebenfachen der im WLTP gelieferten Gesamtarbeit. Eine Messung wird damit ungültig, indem zu früh oder zu spät in einen höheren Bereich gewechselt wird, weil beispielsweise die Durchschnittsgeschwindigkeit nicht im Toleranzband liegt oder mit den vorgeschriebenen Zeitanteilen die vorgeschriebene Arbeit nicht erreicht oder überschritten wird.
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In diesem Ausführungsbeispiel umfassen die Daten S1 direkt messbare Informationen von Betriebsbedingungen wie Geschwindigkeit, aktuelle Messzeit und/oder Leistung sowie von Betriebszuständen wie Abgasemissionen. Diese Informationen werden durch geeignete Messgeräte bestimmt. Folgende Betriebszustände und Betriebsbedingungen werden für den aktuellen Bereich und alle vorherigen Bereiche erfasst S1: Geschwindigkeit, Zeit, Motorleistung, Abgasemissionen.
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Weiterhin erfolgt das Aufbereiten der Daten (S2) unter Nutzung von Kennfeldern, Modellen oder Berechnungsvorschriften. Die aktuelle Geschwindigkeit und die aktuelle Messzeit werden direkt gemessen, die Durchschnittsgeschwindigkeit wird basierend auf Geschwindigkeiten an bisherigen Messpunkten bestimmt S2. Abgasemissionen werden ebenfalls direkt über PEMS bestimmt S1, müssen aber noch aufbereitet werden S2, um beispielsweise normierte, spezifische oder integrale Werte zu erhalten.
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Da für die ISC Messung eine vom Motor gelieferte Arbeit vorgeschrieben ist, ist es nötig, die durchschnittliche Leistung des Motors in den verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen zu bestimmen, um aus Zeit und Leistung die Arbeit berechnen zu können. Die Arbeit oder Leistung bereits gefahrener oder im Moment aktiver Geschwindigkeitsbereiche ist bekannt und kann genutzt werden. Die Arbeit oder Leistung noch nicht erreichter Bereiche ist aber nicht bekannt. Um die Leistung nicht gefahrener Bereiche zu berechnen, werden die Rollwiderstandsparameter des Lastkraftwagens im laufenden Betrieb berechnet. Hierzu wird das in der
DE102018121107A1 beschriebene Verfahren eingesetzt.
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Die so bestimmte Arbeit noch nicht gefahrener Bereiche wird in Schritt S3 anhand der ersten Grenzwerte bewertet. Der hierfür relevante erste Grenzwert ist die vorgeschriebene vom Motor gelieferte Arbeit. Aus dem Vergleich zwischen dem ersten Grenzwert und der prädiktiv bestimmten, vom Motor gelieferten Arbeit kann dann bewertet werden, ob die ISC Messung erfolgreich durchgeführt werden kann. Analog kann die prädiktive Bewertung S3 der Daten auch für andere Größen durchgeführt werden, für die Grenzwerte für noch nicht gefahren Bereiche vorhanden sind. Ein Beispiel sind für die gesamte Messung zulässige, kumulative Abgasemissionen.
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Im Schritt S4 wird die zweite, nicht prädiktive Bewertung von Daten vorgenommen. Hierzu werden die aktuellen und vergangenen Werte der aufbereiteten Daten verwendet, für die zweite Grenzwerte vorliegen. Die zweiten Grenzwerte sind Limitierungen für Realbetriebsbedingungen und zulässige Abgasemissionen zum aktuellen Messzeitpunkt und gegebenenfalls zu in der Vergangenheit liegenden Messzeitpunkten. In diesem Ausführungsbeispiel umfassen die Daten und zweiten Grenzwerte die Durchschnittsgeschwindigkeit, die Messzeit, sowie Abgasemissionen. Die aufbereiteten Daten werden mit den zugehörigen Grenzwerten verglichen, so dass bewertet werden kann, ob zum aktuellen Zeitpunkt Grenzwerte nicht eingehalten werden oder worden sind.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird basierend auf der ersten, prädiktiven Bewertung der Daten S3 und basierend auf der zweiten, nicht-prädiktiven Bewertung der Daten S4 dem Betreiber der Brennkraftmaschine signalisiert S5, ob ein erfolgreicher Abschluss der Messung möglich ist. Dies wird so umgesetzt, dass ein erstes Signal erfolgt, wenn ein erfolgreicher Abschluss der Messung möglich ist. Ein zweites Signal wird ausgegeben, wenn kein erfolgreicher Abschluss der Messung möglich ist. Dadurch ist für den Betreiber zu jedem Zeitpunkt der Messung erkennbar, ob die aktuelle ISC Messung den Vorgaben der China VI-b Heavy-Duty Gesetzgebung erfüllt.
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Weiterhin wird hier basierend auf der ersten, prädiktiven Bewertung der Daten S3 und basierend auf der zweiten, nicht-prädiktiven Bewertung der Daten S4 eine Empfehlung für den weiteren Betrieb S6 des Lastkraftwagens ausgegeben. Damit wird dem Betreiber zusätzlich angezeigt, welche vorteilhaften Maßnahmen ergriffen werden können.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird basierend auf der Empfehlung für den weiteren Betrieb S6 der Brennkraftmaschine einer der folgenden Schritte erfolgen: Neustart der Messung S61, wenn kein erfolgreicher Abschluss der Messung möglich ist; Änderung der Betriebsparameter S62, wenn die aufbereiteten Daten S2 einen vorteilhaften Abstand zu den ersten oder den zweiten Grenzwerten unterschreiten oder wenn Bedingungen für einen Betriebswechsel vorliegen; keine Änderung der Betriebsparameter S63, wenn die aufbereiteten Daten S2 einen vorteilhaften Abstand zu den ersten oder den zweiten Grenzwerten nicht unterschreiten und keine Bedingungen für einen Betriebswechsel vorliegen. Beispielsweise wird solange die Durchschnittsgeschwindigkeit nicht innerhalb der Grenzwerte liegt, kein Wechsel in einen höheren Bereich empfohlen (S63), da sonst die Messung damit ungültig wird. Wird ein Wechsel dennoch durchgeführt, wird der Betreiber darauf hingewiesen, dass eine gültige Messung nicht mehr möglich ist und dass ein Abbruch und Neustart der Messung (S61) empfohlen wird. Der Betreiber wird ebenfalls informiert, wenn er die Geschwindigkeit erhöhen oder verringern muss (S62), um die Zielvorgabe zu erreichen. Die Ausführung der Empfehlung kann entweder durch den Betreiber oder das Steuergerät veranlasst werden.
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Auf Basis von Zeit und Energie kann berechnet werden, ob die vorgeschriebene minimale Arbeit über die ganze Messung bereits erreicht werden kann, wenn die höheren Geschwindigkeitsbereiche mit den vorgeschriebenen Zeitanteilen durchgeführt werden. Wenn dies der Fall ist, wird der Betreiber informiert, dass ein Wechsel in einen höheren Bereich jetzt möglich ist (S63). Sollte gewechselt werden, bevor die minimale Arbeit ohne Verletzung der Zeitanteilsvorgaben erreicht werden kann, wird der Betreiber informiert, dass eine gültige Messung nicht mehr möglich ist und ein Abbruch sowie Neustart der Messung vorteilhaft ist (S61). Vergleichbar wird der Betreiber informiert, wenn unter Einhaltung der Zeitanteile die maximale Arbeit überschritten wird und damit eine gültige Messung ebenfalls nicht mehr möglich ist, so dass auch in diesem Fall ein Abbruch und Neustart der Messung (S61) vorteilhaft ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Erfassung der Daten S1 nur, wenn die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine innerhalb eines durch dritte Grenzwerte definierten Bereichs liegt. So definieren die einschlägigen Gesetze und Standards Kriterien, mit denen ein auf Betriebstemperatur gebrachter Motor erkannt wird. Solange diese Temperatur nicht erreicht ist, werden die Messdaten der Abgas-Emissionsuntersuchungen nicht in das Gesamtergebnis einbezogen. Währenddessen wird in dem hier beschriebenen Verfahren dem Betreiber angezeigt, dass sich die Maschine noch in der Aufwärmphase befindet und die Überwachung der Messung noch nicht begonnen hat. Alternativ können andere in den Gesetzen und Standards definierte Bedingungen verwendet werden, wie beispielsweise die Betriebszeit der Maschine oder die Stabilität der Betriebstemperatur.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Steuerungssystem (nicht gezeigt) für eine Brennkraftmaschine umfasst zumindest ein Messgerät und ein Steuergerät und ist derart eingerichtet, gemäß dem Verfahren die Daten aus zumindest einer Messung unter Realbetriebsbedingungen der Brennkraftmaschine im Rahmen von Abgas-Emissionsuntersuchungen zu erfassen S1, aufzubereiten S2 und zu bewerten S3,S4.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Steuerungssystem (nicht gezeigt) umfasst zumindest ein Ausgabegerät und ist derart eingerichtet, gemäß dem Verfahren basierend auf der Bewertung der Daten S3, S4 dem Betreiber der Brennkraftmaschine zu signalisieren S5, ob ein erfolgreicher Abschluss der Messung möglich ist. Gegebenenfalls wird eine Empfehlung S6 für den weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine ausgegeben. Die Ausführung der Empfehlung kann entweder durch den Betreiber oder das Steuergerät veranlasst werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Steuerungssystem sind nicht auf die im Ausführungsbeispiel beschriebenen Merkmale beschränkt. Die Brennkraftmaschine kann auch als Otto- oder Gasmotor ausgeführt sein. Statt eines Lastwagens kann die betrachtete technische Anwendung auch ein Personenkraftwagen, ein anderes Fahrzeug oder eine Maschine sein. Beispiele für eine Maschine sind Blockheizkraftwerke. Andere Gesetzgebungen und Testkriterien können ebenfalls berücksichtigt werden.
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Die bei der Aufbereitung der Daten S2 prädiktiv bestimmte Leistung des Lastkraftwagens kann auch in einer separaten Messung bestimmt werden und dem Verfahren, beispielsweise als Kennfeld, zur Verfügung gestellt werden. Auch die Rollwiderstandsparameter können aus anderen Messungen gewonnen und zur Verfügung gestellt werden. Zur Bestimmung der Parameter im laufenden Betrieb können auch andere Verfahren, um aus Messdaten Modelparameter zu extrahieren, genutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2950075 A1 [0004]
- DE 102018121107 A1 [0016]
