DE102018217646A1

DE102018217646A1 - Verfahren zur Prädiktion einer Temperatur in einem Abgasstrang

Info

Publication number: DE102018217646A1
Application number: DE102018217646.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Grubwinkler; Yue Yao; Mattia Perugini; Johannes Hofstetter
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2019-10-10

Abstract

Verfahren zur Prädiktion einer Temperatur an einer ersten Position in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, wobei ein Temperaturmodell für ein Temperaturverhalten des Abgasstranges an der ersten Position verwendet wird, wobei mithilfe des Temperaturmodells unter Verwendung einer stromaufwärts zu der ersten Position an einer ersten Messstelle am Abgasstrang gemessenen Temperatur und unter Verwendung wenigstens eines Parameters einer in Fahrtrichtung des Fahrzeuges vorausliegenden Fahrroute, der eine Temperaturänderung im Abgasstrang bewirkt, die Temperatur an der ersten Position für einen zukünftigen Zeitpunkt abgeschätzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prädiktion einer Temperatur in einem Abgasstrang und eine Steuereinheit zur Ausführung des Verfahrens.
Im Stand der Technik sind Verfahren bekannt, in denen mithilfe eines Temperaturmodells eine Temperatur für den aktuellen Zeitpunkt in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine berechnet wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung der Temperatur in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen. Eine Verbesserung liegt insbesondere darin, dass eine Prädiktion der Temperatur für einen zukünftigen Zeitpunkt und/oder für einen zukünftig erreichbaren Wegpunkt durchgeführt wird und somit der zukünftige Verlauf der Temperatur an wenigstens einer Position des Abgasstranges abgeschätzt wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
In den abhängigen Ansprüchen sind weitere Ausführungen des Verfahrens angegeben.
Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass die Temperatur an einer ersten Position in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine prädiziert werden kann. Dazu wird ein Temperaturmodell verwendet, das ein Temperaturverhalten des Abgasstranges an der ersten Position prädiziert. Dazu verwendet das Temperaturmodell eine stromaufwärts zu der ersten Position gemessene Temperatur des Abgasstranges. Zudem verwendet das Modell wenigstens einen den Verlauf eines Parameters innerhalb des Prädiktionshorizonts einer in Fahrtrichtung des Fahrzeuges vorausliegenden Fahrroute. Insbesondere kann ein Trajektorienverlauf des Parameters entlang der Fahrroute verwendet werden, um eine Temperaturänderung im Abgasstrang zu beeinflussen. Mithilfe des Temperaturmodells wird die Temperatur an der ersten Position für einen zukünftigen Zeitpunkt/Wegpunkt abgeschätzt. Durch die Verwendung des Parameters der Fahrroute, auf der das Fahrzeug fährt bzw. fahren wird, kann mit einfachen Mitteln eine verbesserte Abschätzung der zukünftigen Temperatur an der ersten Position des Abgasstranges ermittelt werden. In einer Ausführung kann als weitere Eingangsgröße der vergangene Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt werden.
Der Prädiktionshorizont kann beispielsweise eine Fahrstrecke von 100 Metern, 500 Metern, einem Kilometer oder auch mehr als 10 Kilometer Fahrstrecke entlang der zukünftig vom Fahrzeug zu befahrenden Route oder einen zukünftigen Zeitraum von 1 bis 5 Minuten oder mehr betragen.
Die Daten der Fahrroute können beispielsweise in einer digitalen Karte abgespeichert sein. Zudem kann die Position des Fahrzeuges auf der Fahrroute mithilfe eines Ortungssystems wie einem GPS ermittelt werden. Weiterhin kann eine Routenplanung berücksichtigt werden, die das Fahrzeug verwendet, um von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt zu gelangen. Jedoch kann auch unabhängig von der Verwendung einer Routenplanung ein in Fahrtrichtung vorausliegender Abschnitt einer Fahrroute verwendet werden, um die Parameter der vorausliegenden Fahrroute bei der Abschätzung der Temperatur der ersten Position zu berücksichtigen.
In einer Ausführung werden Temperaturverläufe im Abgasstrang an wenigstens zwei Positionen für die Zukunft prädiziert, wobei für die zwei Positionen zwei unterschiedliche Temperaturmodelle verwendet werden.
In einer Ausführungsform wird als Parameter der Fahrroute für einen vorgegebenen Prädiktionshorizont eine Änderung einer Steigung einer Straße, d.h. eine Änderung einer geographischen Höhe der Straße berücksichtigt. Eine positive Steigung der Straße bedeutet eine erhöhte Belastung der Brennkraftmaschine und damit eine Erhöhung der Abgastemperatur. Die erhöhte Abgastemperatur wiederum spiegelt sich in einer Temperaturerhöhung an der ersten Position im Abgasstrang wieder. Eine negative Steigung der Straße, d.h. ein Gefälle dagegen bedeutet eine geringere Belastung der Brennkraftmaschine und damit eine Reduzierung der Abgastemperatur.
Weiterhin kann abhängig von der gewählten Ausführungsform ein Parameter der Fahrroute eine auf der im Prädiktionshorizont vorausliegenden Fahrroute bestehende Geschwindigkeitsbegrenzung sein. Ist beispielsweise eine niedrige Geschwindigkeitsbegrenzung von beispielsweise 50 km/h auf der zukünftig zu befahrenden Fahrroute vorhanden, kann von einer Temperatur gleichbleibenden oder höchstens von einer geringen Erhöhung der Temperatur im Abgasstrang geschlossen werden. Liegt jedoch keine Geschwindigkeitsbegrenzung wie zum Beispiel auf einer Autobahn oder nur eine hohe Geschwindigkeitsbegrenzung von beispielsweise 100 km/h vor, so kann von einer mittleren Erhöhung der Temperatur oder einer hohen Erhöhung der Temperatur im Abgasstrang ausgegangen werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann als Parameter der Fahrroute eine Kurve mit einem vorgegebenen Kurvenradius berücksichtigt werden. Liegt beispielsweise der Kurvenradius für den Prädiktionshorizont unter einem vorgegebenen Grenzbereich, so sind ein Abbremsen und eine anschließende Beschleunigung des Fahrzeuges erforderlich. Auch dies wird zu einer Erhöhung der Abgastemperatur führen. Zudem kann bei einer Ausführungsform als Parameter der Fahrroute ein auf der zukünftigen Fahrroute im Prädiktionshorizont vorhandenes vorgegebenes Verkehrszeichen wie beispielsweise ein Stoppschild oder ein Vorfahrt-Achten-Schild vorgesehen sein. Beide Verkehrszeichen bedeuten ein Abbremsen und ein Beschleunigen des Fahrzeuges, sodass mit einer erhöhten Abgastemperatur zu rechnen ist. Zudem kann das Vorliegen einer Lichtsignalanlage auf der zukünftigen Fahrroute im Prädiktionshorizont eine Abbremsung und ein Beschleunigen des Fahrzeuges und damit eine erhöhte Abgastemperatur bedeuten. Zudem kann bei einer weiteren Ausführungsform der Verkehrsfluss für die aktuelle Fahrzeugposition und/oder der Verkehrsfluss entlang der erwarteten Fahrtroute innerhalb des Prädiktionshorizonts als Eingangsgröße berücksichtigt werden.
In einer Ausführungsform werden die aktuelle Geschwindigkeit und/oder ein festgelegter vergangener Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit vom Temperaturmodell berücksichtigt. Durch die Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges und/oder dem vergangenen Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit kann beispielsweise abhängig von Parametern der Fahrroute auf eine Beschleunigung und damit auf eine erhöhte Drehmomentabgabe und damit auf eine erhöhte Abgastemperatur geschlossen werden. Zudem kann abhängig von Parametern der Fahrroute auf eine Abbremsung oder ein Beibehalten der Geschwindigkeit und damit auf eine erniedrigte Drehmomentabgabe und eine gleichbleibende oder sinkende Abgastemperatur geschlossen werden.
In einer weiteren Ausführungsform verwendet das Temperaturmodell eine zweite gemessene Temperatur, die an wenigstens einer zweiten Messstelle erfasst wurde. Die zweite Messstelle ist stromaufwärts oder stromabwärts zu ersten Messstelle im Abgasstrang angeordnet. Je mehr Temperaturen erfasst werden, umso genauer kann das zeitliche Verhalten der Temperatur, insbesondere eine Temperaturerhöhung entlang dem Abgasstrang abgeschätzt bzw. prädiziert werden. Falls Temperaturen einer Komponente abgeschätzt werden, ist es beispielsweise hilfreich die Messstellen vor und nach der Komponente zu platzieren.
In einer weiteren Ausführungsform berücksichtigt das Temperaturmodell einen Betriebsparameter des Fahrzeuges. Beispielsweise kann der Betriebsparameter eine Masse des Fahrzeuges und/oder ein Luftwiderstand des Fahrzeuges und/oder eine Messgrößen der Brennkraftmaschine sein. Diese Parameter haben einen Einfluss auf das Temperaturverhalten des Abgasstranges.
In einer weiteren Ausführungsform berücksichtigt das Temperaturmodell einen Parameter der Umgebung des Fahrzeuges. Der Parameter der Umgebung kann beispielsweise die Außentemperatur und/oder eine Windgeschwindigkeit und Windrichtung und/oder Regen und/oder Schneefall sein. Die Parameter der Umgebung haben einen Einfluss auf das Temperaturverhalten des Abgasstranges.
In einer Ausführungsform ist die erste Position vor einem Katalysator oder nach einem Katalysator, insbesondere vor einem SCR-Katalysator oder nach einem SCR-Katalysator. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform nicht nur eine Temperatur einer ersten Position, sondern auch eine Temperatur wenigstens einer weiteren ersten Position im Abgasstrang mithilfe des Temperaturmodells für die Zukunft abgeschätzt, d.h. prädiziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform berücksichtigt das Temperaturmodell nicht nur die gemessene Temperatur an der ersten Messstelle, sondern auch ein zeitlich vorausgehendes Verhalten der gemessenen Temperatur an der ersten Messstelle. Somit wird berücksichtigt, ob sich an der Messstelle die Temperatur in der Vergangenheit erhöht oder gesenkt hat. Diese Information kann für eine präzisere Abschätzung der zukünftigen Temperatur an der ersten Position von Vorteil sein.
In einer Ausführungsform wird das Temperaturmodell mit einem LSTM-Netzwerk und/oder mit einem neuronalen Netzwerk und/oder mit einem gefalteten neuronalen Netzwerk simuliert. Somit können maschinelle Lernverfahren, statistische Verfahren oder auch Deep-Learning-Verfahren für die Ermittlung des Temperaturmodelles eingesetzt werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Temperaturmodell kontinuierlich angepasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform verwendet das Temperaturmodell eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeuges. In einer weiteren Ausführungsform verwendet das Temperaturmodell eine im Prädiktionshorizont voraus liegende Fahrroute abgeschätzte zukünftige Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Die Geschwindigkeit des Fahrzeuges und/oder die zukünftige Geschwindigkeit des Fahrzeuges und die daraus resultierende Beschleunigung des Fahrzeuges können für eine präzise Abschätzung der zukünftigen Temperatur an den interessierenden Positionen, insbesondere an der ersten und/oder der zweiten Position mithilfe des Temperaturmodells von Vorteil sein. In einer weiteren Ausführungsform verwendet das Temperaturmodell einen in der Vergangenheit liegenden Verlauf der Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Auch dadurch kann die Temperatur genauer für die Zukunft prädiziert werden.
In einer Ausführungsform wird das Verfahren von einer Steuereinheit des Fahrzeuges ausgeführt. Zudem kann die Steuereinheit von einer externen Recheneinheit ein Update für das Temperaturmodell erhalten. Nach dem Erhalt des Updates des Temperaturmodells verwendet die Steuereinheit das Verfahren gemäß dem Update des Temperaturmodells. Auf diese Weise kann eine einfache Anpassung des Temperaturmodells erfolgen.
Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform das Update auch von der Steuereinheit selbst ausgeführt werden. Jedoch ist es abhängig von der gewählten Ausführungsform von Vorteil, wenn eine externe Recheneinheit ein rechenintensives Update des Temperaturmodells ausführt.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die für die Zukunft abgeschätzte Temperatur der ersten Position des Abgasstranges für die Abgabe von Harnstoff zu einem SCR-Katalysator verwendet werden. Die in den SCR-Katalysator eingespritzte Harnstoffmenge kann beispielsweise von der zukünftigen Temperatur des SCR-Katalysators abhängen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einer Steuereinheit.
2 zeigt in einem schematischen Ablaufdiagramm wesentliche Aspekte des vorgeschlagenen Verfahrens.
3 zeigt in einem schematischen Diagramm für die Zukunft beziehungsweise für die vorausliegende Fahrstrecke prädizierte Temperaturen im Abgasstrang einer ersten Position.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine 1 eines Fahrzeuges, die beispielsweise als Dieselbrennkraftmaschine ausgebildet ist. Die Brennkraftmaschine 1 steht mit einem Abgasstrang 2 in Verbindung. Im Abgasstrang 2 sind in Strömungsrichtung nach der Brennkraftmaschine 1 ein Abgasturbolader 3, ein Dieseloxidationskatalysator 4 und ein SCR-Katalysator 5 vorgesehen. Vor dem Abgasturbolader 3 ist eine nullte Messstelle T0, zwischen dem Abgasturbolader 3 und dem Dieseloxidationskatalysator 4 ist eine erste Messstelle T1, zwischen dem Dieseloxidationskatalysator 4 und dem SCR-Katalysator 5 ist eine zweite Messstelle T2 und in Strömungsrichtung nach dem SCR-Katalysator 5 ist im Abgasstrang 2 eine dritte Messstelle T3 eingezeichnet.
Für das dargestellte Abgassystem kann es insbesondere von Vorteil sein, die zukünftige Temperaturentwicklung an der zweiten Messstelle T2 und/oder an der dritten Messstelle T3 zu kennen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können jedoch auch die Temperaturentwicklungen an der nullten Messstelle T0 oder an der ersten Messstelle T1 von Bedeutung sein.
Das Fahrzeug weist eine Steuereinheit 6 auf, die mit einem Sensor 7, der an der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist, verbunden ist. Mithilfe des Sensors 7 kann ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1 erfasst und an die Steuereinheit 6 weitergeleitet werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann an der nullten Messstelle T0 ein erster Temperatursensor 8 vorgesehen sein, der ebenfalls mit der Steuereinheit 6 in Verbindung steht. Weiterhin kann an der ersten Messstelle T1 ein zweiter Temperatursensor 9 vorgesehen sein, der ebenfalls mit der Steuereinheit 6 in Verbindung steht. Zudem kann an der zweiten Messstelle T2 ein dritter Temperatursensor 10 vorgesehen sein, der mit der Steuereinheit 6 in Verbindung steht. Weiterhin kann ein vierter Temperatursensor 11 an der dritten Messstelle T3 vorgesehen sein, der mit der Steuereinheit 6 in Verbindung steht. Mithilfe der Temperatursensoren 8, 9, 10, 11 wird die Temperatur an den entsprechenden Messstellen erfasst und an die Steuereinheit 6 gemeldet. Dazu sind die Temperatursensoren 8, 9, 10, 11 über nicht dargestellte Messleitungen mit der Steuereinheit 6 verbunden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auch nur ein Teil der beschriebenen Temperatursensoren vorgesehen sein. Insbesondere kann auf den vierten und/oder auf den dritten Temperatursensor 11, 10 verzichtet werden. Die Steuereinheit 6 ist zudem mit einem Datenspeicher 12 verbunden. Im Datenspeicher 12 können Programme, Kennlinien, Tabellen abgelegt sein, die für die Ausführung des Verfahrens benötigt werden. Insbesondere können Algorithmen abgelegt sein, mit denen eine wahrscheinlichste Fahrroute für das Fahrzeug vorhergesagt werden kann. Zudem kann im Datenspeicher 12 eine digitale Karte mit einem Straßennetz, das heißt Fahrrouten abgelegt sein. Zudem können zu Fahrrouten und/oder zu Teilabschnitten von Fahrrouten Parameter wie zum Beispiel geographische Höhenpositionen der Straße abgespeichert sein. Beispielsweise kann entlang einer Straße alle 20 Meter eine geographische Höhenposition der Straße abgespeichert sein.
Zudem können zu Abschnitten des digitalen Straßennetzes prädizierte Geschwindigkeiten für Fahrzeuge abgespeichert sein. Die Geschwindigkeit des Fahrzeuges kann auch durch einen vorgegebenen Algorithmus aus verschiedenen Eingangsdaten für die im Prädiktionshorizont voraus liegende Fahrroute prädiziert werden. Die prädizierten Geschwindigkeiten entsprechen Geschwindigkeitsbereichen, die der Fahrer auf dieser Straße fahren wird. Zudem können die prädizierten Geschwindigkeiten einen Verkehrsfluss festlegen, insbesondere entsprechen. Beispielsweise können die prädizierten Geschwindigkeiten alle 20 Meter entlang einer Straße abgespeichert sein. Zudem können für die Straße weitere Parameter, wie zum Beispiel Kurvenradien, eine gesetzlich vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeit, vorhandene Verkehrszeichen oder vorhandene Lichtsignalanlagen im Datenspeicher 12 abgelegt sein. Zudem kann die Steuereinheit 6 mit einer Ortungseinheit 13 verbunden sein. Die Ortungseinheit 6 ist ausgebildet, um die geographische Position des Fahrzeuges, in dem die Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist, zu ermitteln. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Ortungseinheit in Form eines GPS-Systems ausgebildet sein.
Zudem kann die Ortungseinheit in Form eines Navigationssystems mit einer Routenplanung ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Routenplanung von einem Fahrer des Fahrzeuges benutzt werden, um das Fahrzeug von einer Startposition zu einer Zielposition zu führen. Bei Vorliegen eines Navigationssystems und bei Verwendung des Navigationssystems ist die vom Fahrzeug in Zukunft zu befahrene Fahrroute präzise bekannt. Die Steuereinheit ist ausgebildet, um die mithilfe der Temperatursensoren 8, 9, 10, 11 gemessene Temperaturen für wenigstens einen vorgegebenen Zeitraum zu speichern. Somit liegen nicht nur die aktuell gemessenen Temperaturen an den Messstellen vor, sondern es liegen auch zeitlich vorhergehende Temperaturen an den Messstellen und damit Temperaturverläufe für die Messstellen vor.
Zudem kann die Steuereinheit 6 über weitere Sensoren 14 verfügen, die Parameter des Fahrzeuges oder Parameter der Umgebung erfassen. Weiterhin können im Datenspeicher 12 Parameter des Fahrzeuges wie beispielsweise die Masse des Fahrzeuges, der Luftwiderstand des Fahrzeuges oder die Art der Brennkraftmaschine abgelegt sein. Weiterhin können die weiteren Sensoren 14 vorgesehen sein, um Kenngrößen eines individuellen Fahrverhaltens eines Fahrers zu erfassen. Beispielsweise kann mithilfe der weiteren Sensoren erfasst werden, ob ein Fahrzeug im Mittel langsam oder schnell fährt oder ob ein Fahrer im Mittel schnell oder langsam beschleunigt und ob ein Fahrer im Mittel eine vorgegebene gesetzliche Höchstgeschwindigkeit einhält oder überschreitet usw. Zudem kann mithilfe der weiteren Sensoren erfasst werden, welche Außentemperatur vorliegt, ob Wind und in welcher Richtung Wind weht, ob es regnet, oder ob Schnee fällt usw.
Zudem können verschiedene Antriebsstrangparameter des Fahrzeuges oder Antriebsstrangkonfigurationen des Fahrzeuges im Datenspeicher 12 abgelegt sein. Weiterhin können verschiedene Parameter des Abgasstranges im Datenspeicher 12 abgelegt sein. Die Temperaturen entlang der Messstellen T0, T1, T2 und T3 hängen in der Regel voneinander ab, da aufgrund der Wärmekapazitäten zwischen den Messstellen sich Veränderungen der Temperatur an der nullten Messstelle T0 verzögert in Richtung der nachfolgenden Messstellen ausbreiten.
Eine Aufgabe des vorliegenden Verfahrens besteht darin, eine Abgastemperatur für die Zukunft, insbesondere für einen längeren Zeitraum von beispielsweise 1 bis 5 Minuten oder länger und/oder über eine zukünftige Fahrstrecke von 1 bis 10 Kilometer oder weiter vorauszusagen. Ein Wegpunkt stellt eine Ortsposition auf einer zukünftig zu befahrenen Fahrroute des Fahrzeuges dar. Dazu werden Temperaturmodelle verwendet, die im Datenspeicher 12 abgelegt sind. Die Temperaturmodelle können beispielsweise in Form von neuronalen Netzen, Supportvektormaschinen, Regressionsverfahren, LSTM (long short-term memory)-Netzwerken und/oder gefalteten neuronalen Netzen ausgebildet sein. Somit können verschiedene Lernverfahren zur Prädiktion der Abgastemperaturen verwendet werden. Beispielsweise können maschinelle Lernverfahren, statistische Verfahren oder auch Deep-Learning-Verfahren eingesetzt werden, um die Temperaturmodelle zu erstellen. Die prädizierten Abgastemperaturen können beispielsweise dazu verwendet werden, um ein SCR-Katalysatorsystem effizient zu steuern. Die verwendeten Temperaturmodelle können kontinuierlich angepasst werden.
Für jede der für die Zukunft vorherzusagenden Abgastemperaturen an den verschiedenen Messstellen T0, T1, T2, T3 kann ein eigenständiges Modell erstellt und verwendet werden. Die Temperaturmodelle können dieselben Eingangsgrößen verwenden, wobei jedoch jedes Temperaturmodell für sich unabhängig trainiert werden kann.
Zudem sind die Temperaturmodelle im Wesentlichen für eine vorgegebene Antriebsstrangkonfiguration präzise. Bei Veränderungen von Parametern wie zum an der Brennkraftmaschine, am Injektor, bei der Parametrierung der Brennkraftmaschine, bei einer Veränderung der Wärmekapazität des Dieseloxidationskatalysators oder bei einer Veränderung an einem Abgasrückführventil ist wiederum ein neues Temperaturmodell zu erstellen. Falls mehrere Fahrzeuge baugleiche Komponenten mit identischer Parametrierung haben, kann nur ein Temperaturmodell für die jeweilige Abgastemperatur an der gewünschten Messstelle ausreichen, um diese zu prädizieren, d.h. für die Zukunft vorherzusagen. Es ist jedoch auch möglich, für verschiedene Modelle die gleichen Eingangsgrößen und den identischen Workflow zur Datenaufbereitung und zur Erstellung der Temperaturmodelle zu verwenden.
Mithilfe des beschriebenen Verfahrens können die Abgastemperaturen an den verschiedenen Messstellen T0, T1, T2, T3 vorzugsweise für einen größeren zeitlichen Horizont, das heißt für mehrere 100 Meter bis einige Kilometer prädiziert werden. Die Prädiktion kann dabei wegbasiert sein und das Temperaturmodell prädiziert den Temperaturwert, den die Abgastemperatur an einer der Messstellen nach einer Fahrstrecke identisch zum Prädiktionshorizont aufweist. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auch eine zeitbasierte Prädiktion der Abgastemperatur verwendet werden.
Vorzugsweise kann mithilfe des beschriebenen Verfahrens eine Prädiktion der Abgastemperaturen für die verschiedenen Messstellen T0, T1, T2, T3 für einen langen Prädiktionshorizont wie zum Beispiel größer 1 Kilometer von Vorteil sein, da damit genügend Zeit zur Verfügung steht, die Betriebsstrategie, zum Beispiel das SCR-Katalysatorsystem, entsprechend anzupassen. Das Prädiktionsmodell für die Temperatur kann rein datenbasiert sein. Dadurch wird Parametrierungsaufwand eingespart. Bei einer Neukalibrierung der Brennkraftmaschine ist lediglich ein Neu-Trainieren des Temperaturmodells mit den neuen Daten notwendig, ohne dass eine Neuerstellung des Temperaturmodells erforderlich ist.
Die verwendeten Temperaturmodelle können so ausgebildet sein, dass keine eigenen Parameter oder Messgrößen der Brennkraftmaschine verwendet werden. Somit können die verwendeten Temperaturmodelle auch für verschiedene Brennkraftmaschinen verwendet werden.
Das beschriebene Verfahren kann für die Prädiktion von technischen Größen im Abgasstrang wie z.B. Emissionen verwendet werden. Beispielsweise können mit dem beschriebenen Verfahren NO_x-Emissionen zur Sicherstellung der Einhaltung von Emissionsgrenzwerten abgeschätzt werden. Zudem können Eingangsgrößen zur Anpassung von gesamtheitlichen Betriebsstrategien vor allem für die Anpassung der Fahrgeschwindigkeit zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten prädiziert werden. Weiterhin kann der Beladungszustand des SCR-Katalysators optimiert und damit die Erhöhung der NO_x-Reduzierung bei einer Vermeidung von Ammoniakschlupf erreicht werden.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für das vorgeschlagene Verfahren. Die Steuereinheit 6 verfügt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über ein erstes Prädiktionsmodell 21 für die zukünftige Vorhersage der Temperatur an der zweiten Messstelle T2 zwischen dem Dieseloxidationskatalysator 4 und dem SCR-Katalysator 5. Zudem verfügt in dieser Ausführungsform die Steuereinheit 6 über ein zweites Prädiktionsmodell 22 für die zukünftige Vorhersage der Abgastemperatur an der dritten Messstelle T3.
In einer einfachen Ausführungsform empfängt die Steuereinheit 6 als Eingangswerte für das erste Prädiktionsmodell 21 wenigstens eine Ortsposition 31 des Fahrzeuges. Zudem erhält die Steuereinheit 6 Parameter 32 einer Fahrroute. Die Parameter 32 der Fahrroute enthalten beispielsweise die geographischen Höhen der Straße und/oder das Vorliegen einer Geschwindigkeitsbegrenzung auf Straßenabschnitten und/oder das Vorliegen von Kurven mit einem vorgegebenen Kurvenradius auf Straßenabschnitten und/oder ein vorgegebenes Verkehrszeichen auf Straßenabschnitten und/oder eine Lichtsignalanlage auf Straßenabschnitten. Weiterhin empfängt die Steuereinheit 6 wenigstens die Temperatur 33 eines der Sensoren oder aller Sensoren, die stromaufwärts zu der Messstelle ist, deren Temperatur vorhergesagt werden soll.
Im Fall des ersten Prädiktionsmodells 21, das die Temperatur an der zweiten Messstelle T2 vorhersagt, wird wenigstens die aktuelle Temperatur an der nullten Messstelle T0, die über den ersten Temperatursensor 8 erfasst wird, oder die Temperatur an der ersten Messstelle T1, die über den zweiten Temperatursensor 9 erfasst wird, empfangen. Zudem können abhängig von der gewählten Ausführungsform die Temperaturen von der nullten und von der ersten Messstelle erhalten werden. Weiterhin kann in einer weiteren Ausführungsform ein zeitlich vorausgehender Verlauf der Temperaturen an der nullten Messstelle T0 und an der ersten Messstelle T1 empfangen werden.
Für das zweite Prädiktionsmodell 22, das die Temperatur an der dritten Messstelle T3 für die Zukunft abschätzt, wird wenigstens die aktuelle Temperatur an der nullten, der ersten oder der zweiten Messstelle T0, T1, T2 empfangen. Zudem können die Temperaturen auch von zwei der Messstellen oder von allen drei Messstellen empfangen werden. Weiterhin können auch zeitlich vorhergehende Temperaturverläufe an der nullten, der ersten und/oder der zweiten Messstelle T0, T1, T2 empfangen werden.
In einer weiteren Ausführungsform können zusätzlich als Eingangsparameter ein prädiziertes Geschwindigkeitsprofil 34 für die zukünftig zu befahrene Route von der Steuereinheit 6 erhalten werden. Weiterhin kann die aktuelle Geschwindigkeit 35 des Fahrzeuges der Steuereinheit zugeführt werden. Zudem können abhängig von der gewählten Ausführungsform Parameter 36 des Fahrzeuges und/oder Parameter der Umgebung der Steuereinheit 6 zugeführt werden. Weiterhin kann als Parameter 36 ein individuelles Fahrverhalten des Fahrers der Steuereinheit 6 zugeführt werden. Als Parameter 36 des Fahrzeuges kann beispielsweise die Masse des Fahrzeuges, der Luftwiderstand des Fahrzeuges und/oder die Art der Brennkraftmaschine des Fahrzeuges der Steuereinheit übermittelt werden. Zudem kann als Parameter 36 für die Umgebung eine Außentemperatur und/oder eine Windgeschwindigkeit und eine Windrichtung und/oder das Vorhandensein von Regen und/oder das Vorhandensein von Schneefall übermittelt werden.
Die der Steuereinheit 6 zugeführten Daten werden über einen Aufbereitungsblock 37 in der Weise aufbereitet, dass die Daten von dem ersten und/oder von dem zweiten Prädiktionsmodell 21, 22 verarbeitet werden können. Je nach Art des Prädiktionsmodelles sollten die Daten in unterschiedlichen Formaten und/oder unterschiedliche Arten von Daten vorliegen. Im Aufbereitungsblock 37 werden beispielsweise Filterungen, Durchschnittsbildungen von Messwerten usw. ausgeführt.
Mithilfe des ersten Prädiktionsmodells 21 wird das zukünftige Verhalten für die Temperatur an der zweiten Messstelle T2 im Abgasstrang 2 abgeschätzt. Die abgeschätzte Temperatur an der zweiten Messstelle T2 kann beispielsweise für eine entsprechende Steuerung 39 des SCR-Katalysatorsystems verwendet werden. Zudem kann die abgeschätzte Temperatur auch für andere Steuerungen 40 oder Anwendungen im Kraftfahrzeug verwendet werden.
In analoger Weise ermittelt das zweite Prädiktionsmodell 22 das zukünftige Verhalten der Temperatur an der dritten Messstelle T3. Das zukünftige Verhalten der Temperatur an der dritten Messstelle T3 kann beispielsweise für eine entsprechende Steuerung des SCR-Katalysatorsystems oder auch für andere Anwendungen eingesetzt werden.
Die Temperaturmodelle sind in der Weise ausgebildet, dass die Temperaturen an der zweiten und an der dritten Messstelle T2, T3 für einen zukünftigen Zeitraum von beispielsweise 1 bis 10 Minuten oder für eine zukünftige Fahrstrecke von 1 bis 10 Kilometer abgeschätzt werden.
Zudem kann zusätzlich zu der Ortsposition 31 auch eine Routenplanung eines Navigationssystems an die Steuereinheit 6 übermittelt werden, wenn diese vom Fahrer des Fahrzeuges benutzt wird. Die Berücksichtigung der Routenplanung ermöglicht auch bei einem engmaschigen verzweigten Straßennetz eine sichere Aussage für die zukünftige Fahrroute und damit auch eine sichere Abschätzung für das zukünftige Verhalten der Temperaturen an der zweiten und/oder an der dritten Messstelle T2, T3 zu erreichen. Dies ist dadurch möglich, da in der Regel der Fahrer sich an die vorgeschlagene Routenplanung hält und somit die tatsächlich vom Fahrzeug in der Zukunft befahrenen Routen bzw. Straßen der Steuereinheit 6 bekannt sind.
Liegt keine Routenplanung vor, so kann die Steuereinheit 6 zumindest bis zur nächsten Kreuzung die Daten der Fahrroute für die Prädiktion der Temperatur an der zweiten und/oder dritten Messstelle T2, T3 verwenden.
Zudem gibt es im Stand der Technik unabhängig von der Routenplanung Verfahren, für die Vorhersage einer wahrscheinlichsten Route, die das Fahrzeug fahren wird. Dabei können zukünftige Fahrrouten mit einer Strecke von bis zu 10 km vorausgesagt werden. Auch diese Verfahren können von der Steuereinheit 6 ausgeführt bzw. berücksichtigt werden.
Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform eine externe Recheneinheit 38 vorgesehen sein. Die externe Recheneinheit 38 kann die der Steuereinheit 6 zugeführten und aufbereiteten Daten beispielsweise drahtlos erhalten und zudem die von dem Prädiktionsmodell 21, 22 prädizierten zukünftigen Temperaturen an der zweiten und/oder dritten Messstelle T2, T3 erhalten. Weiterhin kann abhängig von der gewählten Ausführungsform die externe Recheneinheit 38 auch die dann zu der vorausgesagten zukünftigen Zeit oder Fahrposition tatsächlich gemessenen Temperaturen an der zweiten und/oder dritten Messstelle T2, T3 erhalten. Somit kann die externe Recheneinheit 38 aufgrund dieser Daten die vorliegenden Prädiktionsmodelle 21, 22 präzisieren und an die Steuereinheit 6 übertragen. Dazu verfügt die externe Recheneinheit 38 über die gleichen Prädiktionsmodelle 21, 22 wie die Steuereinheit 6. Die Steuereinheit 6 kann ebenso die üblichen beschriebenen Verfahren zur Ermittlung von Temperaturmodellen verwenden.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können sowohl das erste Prädiktionsmodell 21 als auch das zweite Prädiktionsmodell 22 selbständig von der Steuereinheit über eine Rückkopplung angepasst und verbessert werden. Beispielsweise können die prädizierten Werte für die Temperaturen an der zweiten und/oder dritten Messstelle T2, T3 mit den tatsächlich zu dem prädizierten Zeitpunkt gemessenen Temperaturen verglichen werden und die Prädiktionsmodelle entsprechend angepasst werden.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Beispiel für die Prädiktion einer Temperatur an der dritten Messstelle T3. In dem dargestellten Diagramm ist auf der y-Achse die Abgastemperatur T in °C aufgetragen. Die x-Achse kennzeichnet die Wegstrecke. Das Fahrzeug befindet sich zum Zeitpunkt t_(n) an der Position p_(n) . Das verwendete Prädiktionsmodell weist einen Prädiktionshorizont PA auf, der bis zu der Ortsposition P_(n+b) reicht. Zwischen der aktuellen Position P_(n) bis zu der Zielposition P_(n) B wird eine erste Kennlinie K1, die in gestrichelten Linien angedeutet ist, prädiziert. Zu einer folgenden Ortsposition P_(n+1) wird von dem Prädiktionsmodell über den Prädiktionshorizont PH, der bis zu der Ortsposition P_(n+b+ ₁₎ reicht, die Kennlinie K2 prädiziert.
Das beschriebene Verfahren kann z.B. für die Steuerung einer Beladung eines SCR-Katalysators mit NOx verwendet werden. Da die maximale Ammoniakbeladung des SCR-Katalysators von der Temperatur abhängig ist, und die Beladung beziehungsweise Entladung des SCR-Katalysators zeitverzögert mit der Dosierung von Ammoniak in den Abgasstrang vor den SCR-Katalysator beeinflusst werden kann, kann es von Vorteil sein, die zeitliche Entwicklung der Temperatur am SCR-Katalysator vorherzusagen.
Somit kann das beschriebene Verfahren beispielsweise dazu verwendet werden, um eine verbesserte Steuerung des SCR-Katalysatorsystems zu erreichen. Zusätzlich oder anstelle des ersten und/oder des zweiten Prädiktionsmodelles 21, 22 können auch Prädiktionsmodelle für die Vorhersage der zukünftigen Entwicklung der Temperatur an der nullten und/oder an der ersten Messstelle T0, T1 verwendet werden. Die Prädiktionsmodelle entsprechen Temperaturmodellen.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Abgasstrang
3: Turbolader
4: Dieseloxidationskatalysator
5: SCR-Katalysator
6: Steuereinheit
7: Sensor
8: erster Temperatursensor
9: zweiter Temperatursensor
10: dritter Temperatursensor
11: vierter Temperatursensor
12: Datenspeicher
13: Ortungseinheit
14: weiterer Sensor
21: erstes Prädiktionsmodell
22: zweites Prädiktionsmodel
31: Ortsposition
32: Parameter Fahrroute
33: Temperatureingang
34: Geschwindigkeitsprofil
35: Geschwindigkeit
36: Parameter
37: Aufbereitungsblock
38: externe Recheneinheit
39: SCR-Steuerung
40: weitere Steuerung

Claims

Verfahren zur Prädiktion einer Temperatur an mindestens einer ersten Position in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, wobei ein Temperaturmodell für ein Temperaturverhalten des Abgasstranges an der ersten Position verwendet wird, wobei mithilfe des Temperaturmodells unter Verwendung einer stromaufwärts zu der ersten Position an einer ersten Messstelle am Abgasstrang gemessenen Temperatur und unter Verwendung wenigstens eines Parameters einer in Fahrtrichtung des Fahrzeuges vorausliegenden Fahrroute, der eine Temperaturänderung im Abgasstrang bewirkt, die Temperatur an der ersten Position für einen zukünftigen Zeitpunkt abgeschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Temperaturverläufe im Abgasstrang an wenigstens zwei Positionen für die Zukunft abgeschätzt werden, wobei für die zwei Positionen zwei unterschiedliche Temperaturmodelle verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Parameter der Fahrroute eine Steigung der Straße und/oder eine Geschwindigkeitsbegrenzung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Parameter der Fahrroute eine Kurve mit einem vorgegebenen Kurvenradius und/oder ein vorgegebenes Verkehrszeichen und/oder eine Lichtsignalanlage umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine aktuelle Geschwindigkeit und/oder ein Verlauf einer vergangenen Geschwindigkeit des Fahrzeuges von dem Temperaturmodell berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Temperaturmodell eine wenigstens an einer zweiten Messstelle gemessene zweite Temperatur berücksichtigt, wobei insbesondere die wenigstens zweite Messstelle stromaufwärts zur ersten Messstelle im Abgasstrang angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Temperaturmodell einen Parameter des Fahrzeuges berücksichtigt, wobei der Parameter eine Masse des Fahrzeuges und/oder einen Luftwiderstand des Fahrzeuges und/oder eine Art der Brennkraftmaschine aufweist, und/oder wobei das Temperaturmodell einen Parameter der Umgebung berücksichtigt, wobei der Parameter der Umgebung eine Außentemperatur und/oder eine Windgeschwindigkeit und eine Richtung des Windes und/oder Regen und/oder Schneefall aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Position vor oder nach oder an einem Katalysator, insbesondere an einem SCR Katalysator ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die wenigstens eine gemessene Temperatur, die vom Temperaturmodell berücksichtigt wird, eine zeitlich zurückliegende Entwicklung der gemessenen Temperatur berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Temperaturmodell mit einem LSTM-Netzwerk und/oder mit einem neuronalen Netzwerk und/oder mit einem gefalteten neuronalen Netzwerk simuliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei anhand von Parametern der vom Fahrzeug in Fahrtrichtung vorausliegenden Fahrroute eine für die vorausliegende Fahrroute zu erwartende Geschwindigkeit des Fahrzeuges abgeschätzt wird, und wobei die abgeschätzte Geschwindigkeit vom Temperaturmodell berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren von einer Steuereinheit eines Fahrzeuges ausgeführt wird, wobei die Steuereinheit von einer externen Recheneinheit ein Update für das Temperaturmodell erhält, und wobei die Steuereinheit das Verfahren mit dem Update des Temperaturmodells ausführt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des SCR Katalysators mit dem beschriebenen Verfahren abgeschätzt wird, und wobei abhängig von der abgeschätzten Temperatur des SCR Katalysators eine Menge an Harnstoff festgelegt wird, die vor dem SCR Katalysator in den Abgastrakt eingespritzt wird.
Steuereinheit, die ausgebildet ist, um ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.