DE102019125960B3 - System and method for calibrating the cylinder air charge in at least one cylinder in an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Kalibrieren einer Zylinderluftfüllung in zumindest einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Hubkolbenmotors, umfassend:- Bestimmen (S10) eines Zustandes (si) des Verbrennungsmotors durch ein Zustandsmodul (300), wobei ein Zustand (si) durch Daten und Messwerte von zumindest einem Parameter (pi) des Verbrennungsmotors definiert wird und der Wert der Zylinderluftfüllung zumindest teilweise von diesem Parameter (pj) abhängt;- Auswählen (S20) einer Berechnungsfunktion (fi) und/oder einer Aktion (ai) für den Parameter (pi) von einem Lernverstärkungs-Agenten (200);- Berechnen (S30) eines modellierten Wertes (ZM) für die Zylinderluftfüllung von dem Lernverstärkungs-Agenten (200) mittels der ausgewählten Berechnungsfunktion (fi) und/oder der Aktion (aj);- Bereitstellen (S40) eines realen Wertes (ZR) für die Zylinderluftfüllung von einem Umgebungsmodul (400) aufgrund von Messergebnissen;- Vergleichen (S50) des modellierten Wertes (ZM) für die Zylinderluftfüllung mit dem realen Wert (ZR);- Weitergeben (S60) des Vergleichsergebnisses an ein Belohnungsmodul (500) und Ermitteln einer Belohnung für das Vergleichsergebnis;- Weitergeben (S70) der Belohnung für das Vergleichsergebnis an den Lernverstärkungs-Agenten (200) und basierend auf dieser Belohnung erneutes Auswählen von einer weiteren Aktion (aj) von dem Lernverstärkungs-Agenten (200).A method for calibrating a cylinder air charge in at least one cylinder of an internal combustion engine, in particular a reciprocating piston engine, comprising: - determining (S10) a state (si) of the internal combustion engine by a state module (300), a state (si) being determined by data and measured values of at least a parameter (pi) of the internal combustion engine is defined and the value of the cylinder air charge depends at least partially on this parameter (pj); - selecting (S20) a calculation function (fi) and / or an action (ai) for the parameter (pi) from a Learning reinforcement agents (200); calculating (S30) a modeled value (ZM) for the cylinder air charge from the learning reinforcement agent (200) using the selected calculation function (fi) and / or the action (aj); providing (S40) a real value (ZR) for the cylinder air charge from an environmental module (400) based on measurement results; - comparison (S50) of the modeled value (ZM) for the cylinder air charge treatment with the real value (ZR); forwarding (S60) the comparison result to a reward module (500) and determining a reward for the comparison result; forwarding (S70) the reward for the comparison result to the learning reinforcement agent (200) and based on this reward, again selecting another action (aj) from the learning reinforcement agent (200).
Description
Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Kalibrierung der Zylinderluftfüllung in zumindest einem Zylinder bei einem Verbrennungsmotor, der insbesondere als Hubkolbenmotor ausgebildet ist.The invention relates to a system and method for calibrating the cylinder air charge in at least one cylinder in an internal combustion engine which is designed in particular as a reciprocating piston engine.
Es ist bekannt, dass Verbrennungsmotoren ein Luft-Kraftstoffgemisch innerhalb von Zylindern des Motors verbrennen zum Antreiben von Kolben, wodurch ein Antriebsdrehmoment erzeugt wird. Bei einigen Arten von Motoren kann der Luftstrom in den Motor über eine Drosselklappe reguliert werden. Die Drosselklappe kann den Drosselklappenbereich einstellen, wodurch der Luftstrom in dem Motor erhöht oder abgesenkt wird, wenn sich der Drosselklappenbereich vergrößert, vergrößert sich der Luftstrom in dem Motor. Bei einer Kraftstoffeinspritzung wird das gewünschte Kraftstoff-Luftgemisch von einem Kraftstoffsteuersystem gesteuert. Durch das Erhöhen der Menge von Luft und Kraftstoff, die den Zylindern bereitgestellt wird, erhöht sich im Allgemeinen das Drehmoment des MotorsIt is known that internal combustion engines burn an air-fuel mixture within cylinders of the engine to drive pistons, thereby generating drive torque. On some types of engines, the air flow into the engine can be regulated by a throttle valve. The throttle valve can adjust the throttle area, thereby increasing or decreasing the airflow in the engine, as the throttle area increases, the airflow in the engine increases. In the case of fuel injection, the desired fuel-air mixture is controlled by a fuel control system. Generally, increasing the amount of air and fuel provided to the cylinders increases engine torque
Das Größensymbol Lambda (λ) steht in der Abgastechnik für das Verhältnis Luft zu Brennstoff im Vergleich zu einem verbrennungsstöchiometrischen Gemisch. Beim stöchiometrischen Kraftstoffverhältnis ist genau die Luftmenge bzw. die Sauerstoffkonzentration vorhanden, die theoretisch benötigt wird, um den Kraftstoff vollständig zu verbrennen. Dies wird als A=1 bezeichnet. Bei Benzin beträgt dieses Massenverhältnis 14,5:1, das heißt, man braucht 14,5 kg Luft, um 1 kg Treibstoff vollständig zu verbrennen. Bei Ethanol ist das Verhältnis 9:1 und bei Dieselkraftstoff und Heizöl 14,7:1. Ist mehr Kraftstoff vorhanden, spricht man von einem fettem Gemisch (λ<1), bei Luftüberschuss von einem magerem Gemisch (λ>1).In exhaust technology, the lambda (λ) symbol stands for the ratio of air to fuel compared to a combustion stoichiometric mixture. With the stoichiometric fuel ratio, exactly the amount of air or the oxygen concentration is available that is theoretically required to completely burn the fuel. This is referred to as A = 1. In the case of gasoline, this mass ratio is 14.5: 1, which means that 14.5 kg of air are needed to completely burn 1 kg of fuel. The ratio for ethanol is 9: 1 and for diesel fuel and heating oil 14.7: 1. If there is more fuel, it is called a rich mixture (λ <1), and if there is excess air, it is called a lean mixture (λ> 1).
Die Sauerstoffkonzentration in einem Gasgemisch wird mittels einer sauerstoffempfindlichen Gassonde, einer Lambdasonde, bestimmt. Dabei stellt die Lambdasonde ein von dem Sauerstoffgehalt des Gasgemisches abhängiges Ist-Sondensignal bereit, bei dem es sich beispielsweise bei Sprung-Lambdasonden um eine Sondenspannung oder bei Linear-Lambdasonden um eine Stromstärke handeln kann. Dieses Sondensignal wird mittels einer gespeicherten Kennlinie oder einer entsprechenden Rechenvorschrift in den Lambda-Wert umgerechnet.The oxygen concentration in a gas mixture is determined by means of an oxygen-sensitive gas probe, a lambda probe. The lambda probe provides an actual probe signal which is dependent on the oxygen content of the gas mixture and which, for example, can be a probe voltage in the case of step lambda probes or a current intensity in the case of linear lambda probes. This probe signal is converted into the lambda value using a stored characteristic curve or a corresponding calculation rule.
Die Einhaltung eines bestimmten Lambdawertes hat großen Einfluss auf die Qualität der Verbrennung und die Möglichkeit einer vollständigen katalytischen Abgasreinigung. Der Kraftstoffverbrauch erreicht in der Regel sein Minimum bei einem Wert von λ=1,1. Für ein maximales Motormoment, wenn auch mit erhöhtem Kraftstoffverbrauch (wegen Luftmangel unvollständige Verbrennung), ist ein Wert von ca. λ=0,85 optimal. Bei hoher Motorleistung wird durch einen fetten Motorbetrieb und dadurch ein kälteres Abgas einer Überhitzung und Zerstörung von Abgaskomponenten wie zum Beispiel Krümmer, Turbolader, Katalysator vorgebeugt. Moderne Motoren erreichen durch konstruktive Maßnahmen (etwa wassergekühlter Krümmer, Direkteinspritzung oder eine gekühlte Abgasrückführung) eine geringere Zylinderluftfüllung, so dass eine Anfettung des Gemisches aus Bauteilschutzgründen nicht, oder nur noch in einem kleinen Bereich notwendig ist.Maintaining a certain lambda value has a major influence on the quality of the combustion and the possibility of complete catalytic exhaust gas cleaning. The fuel consumption usually reaches its minimum at a value of λ = 1.1. For a maximum engine torque, albeit with increased fuel consumption (incomplete combustion due to lack of air), a value of approx. Λ = 0.85 is optimal. With high engine performance, rich engine operation and thus colder exhaust gas prevent overheating and destruction of exhaust gas components such as manifolds, turbochargers and catalytic converters. Modern engines achieve a lower cylinder air charge through design measures (such as water-cooled manifolds, direct injection or cooled exhaust gas recirculation) so that enrichment of the mixture is not necessary or only necessary in a small area for reasons of component protection.
Von der Zylinderluftfüllung sind somit bei einem Kraftfahrzeug eine Vielzahl von Parametern wie das erzeugte Drehmoment abhängig. Eine Steuereinheit berechnet daher basierend auf der Zylinderluftfüllung die Menge an Kraftstoff, die eingespritzt wird. Daher ist eine Modellierung der Zylinderluftfüllung von erheblicher Bedeutung für eine Motorsteuerung.In a motor vehicle, a large number of parameters, such as the torque generated, are therefore dependent on the cylinder air charge. A control unit therefore calculates the amount of fuel that is injected based on the cylinder air charge. Modeling the cylinder air charge is therefore of considerable importance for engine control.
Es sind vor allem zwei Ansätze zur Bestimmung und Vorhersage der Zylinderluftfüllung bei einem Verbrennungsmotor bekannt. Der erste Ansatz basiert auf einem physikalischen Modell, bei dem der Druck und das Volumen der Luft in Abhängigkeit von der Temperatur, der Last und der Umdrehungszahl des Motors berechnet wird. Die entsprechenden Werte in Abhängigkeit von dem Zustand des Motors sind in Form von Tabellen, Kennlinien und Diagrammen hinterlegt, vorzugsweise in einer elektronischen Steuereinheit des Fahrzeugs.There are mainly two approaches to determining and predicting the cylinder air charge in an internal combustion engine. The first approach is based on a physical model in which the pressure and volume of the air are calculated depending on the temperature, the load and the number of revolutions of the engine. The corresponding values depending on the state of the engine are stored in the form of tables, characteristic curves and diagrams, preferably in an electronic control unit of the vehicle.
Ein anderer Ansatz verwendet Regressionsanalysen zur Modellierung und Vorhersage der Zylinderluftfüllung. Regressionsverfahren sind statistische Analyseverfahren, die zum Ziel haben, Beziehungen zwischen einer abhängigen und einer oder mehreren unabhängigen Variablen zu modellieren. Die Regressionsmodelle erhalten als Eingabe beispielsweise die Gasladung, die Umdrehungszahl oder die Ansaugtemperatur und berechnen mittels mathematischer Verfahren wie beispielsweise die Methode der kleinsten Quadrate oder neuronaler Netze einen geschätzten Wert für die Zylinderluftfüllung.Another approach uses regression analysis to model and predict cylinder air charge. Regression methods are statistical analysis methods that aim to model relationships between a dependent and one or more independent variables. The regression models receive, for example, the gas charge, the number of revolutions or the intake temperature as input and calculate an estimated value for the cylinder air charge using mathematical methods such as the method of least squares or neural networks.
Allerdings beruhen diese Tabellen und Diagramme oder die verwendeten mathematischen Verfahren auf Expertenwissen und werden nach ihrer Implementierung nicht mehr verändert. Des Weiteren werden sie für einen individuellen Motor nicht angepasst, sondern sie sind für eine bestimmte Modellbaureihe festgelegt.However, these tables and diagrams or the mathematical procedures used are based on expert knowledge and are no longer changed after they have been implemented. Furthermore, they are not adapted for an individual engine, but are defined for a specific model series.
Die
Die
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren und ein System zum automatischen Kalibrieren der Zylinderluftfüllung zumindest eines Zylinders bei einem Verbrennungsmotor, der insbesondere als Hubkolbenmotor ausgebildet ist, zu schaffen, das sich durch eine hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit auszeichnet und sich einfach implementieren lässt.The object on which the invention is based is now to create a method and a system for automatically calibrating the cylinder air charge of at least one cylinder in an internal combustion engine, which is designed in particular as a reciprocating piston engine, which is characterized by high reliability and accuracy and is simple can be implemented.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, durch das eine automatische Kalibrierung der Zylinderluftfüllung in zumindest einem Zylinder eines Verbrennungsmotors ermöglicht wird, um hierdurch die Grundlage für eine zuverlässige und genaue Steuerung durch eine Steuer- und Regelvorrichtung zu schaffen.According to the present invention, a method is proposed by means of which an automatic calibration of the cylinder air charge in at least one cylinder of an internal combustion engine is made possible in order to create the basis for reliable and precise control by a control and regulating device.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich eines Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, hinsichtlich eines Systems durch die Merkmale des Patentanspruchs 8, und hinsichtlich eines Computerprogrammprodukts durch die Merkmale des Patentanspruchs 15 erfindungsgemäß gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved according to the invention with regard to a method by the features of claim 1, with regard to a system by the features of claim 8, and with regard to a computer program product by the features of
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren einer Zylinderluftfüllung in zumindest einem Zylinder bei einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Hubkolbenmotor. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines Zustandes si des Verbrennungsmotors durch ein Zustandsmodul, wobei ein Zustand si durch Daten und Messwerte von zumindest einem Parameter pi des Verbrennungsmotors definiert wird und der Wert der Zylinderluftfüllung zumindest teilweise von diesem Parameter pi abhängt. Eine Berechnungsfunktion fi und/oder einer Aktion ai für den Parameter pi wird von einem Lernverstärkungs-Agenten ausgewählt und ein modellierter Wert ZM für die Zylinderluftfüllung mittels der ausgewählten Berechnungsfunktion fi und/oder der Aktion ai berechnet. Von einem Umgebungsmodul wird ein realer Wert ZR für die Zylinderluftfüllung aufgrund von Messergebnissen bereitgestellt. Der modellierte Wert ZM für die Zylinderluftfüllung wird mit dem realen Wert ZR verglichen. Das Vergleichsergebnis wird an ein Belohnungsmodul weitergegeben und eine Belohnung für das Vergleichsergebnis ermittelt. Die Belohnung für das Vergleichsergebnis wird an den Lernverstärkungs-Agenten weitergegeben und basierend auf dieser Belohnung wird erneut eine weitere Aktion aj von dem Lernverstärkungs-Agenten ausgewählt. According to a first aspect, the invention relates to a method for calibrating a cylinder air charge in at least one cylinder in an internal combustion engine, in particular a reciprocating piston engine. The method includes the determination of a state s i of the internal combustion engine by a state module, a state s i being defined by data and measured values of at least one parameter p i of the internal combustion engine and the value of the cylinder air charge at least partially dependent on this parameter p i . A calculation function f i and / or an action a i for the parameter p i is selected by a learning reinforcement agent and a modeled value Z M for the cylinder air charge is calculated using the selected calculation function f i and / or the action a i . A real value Z R for the cylinder air charge is provided by an environmental module based on measurement results. The modeled value Z M for the cylinder air charge is compared with the real value Z R. The comparison result is passed on to a reward module and a reward is determined for the comparison result. The reward for the comparison result is passed on to the learning reinforcement agent and, based on this reward, another action a j is selected again by the learning reinforcement agent.
Vorteilhafterweise sind Sensoren und/oder Messvorrichtungen zur Erfassung von Messwerten der Parameter pi vorgesehen.Advantageously, sensors and / or measuring devices are provided for acquiring measured values of the parameters p i .
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung sind eine positive Aktion A+ die den Wert für einen Parameter pi erhöht, eine neutrale Aktion A0, bei der der Wert des Parameters pi gleichbleibt, sowie eine negative Aktion A-, bei der sich der Wert des Parameters pi verringert, vorgesehen.In an advantageous further development, there is a positive action A + which increases the value for a parameter p i , a neutral action A0 in which the value of the parameter p i remains the same, and a negative action A- in which the value of the parameter p i changes reduced, provided.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Belohnungsmodul eine Datenbank oder Matrix für die Bewertung der Aktionen ai.In a further embodiment, the reward module comprises a database or matrix for evaluating the actions a i .
Vorteilhafterweise ist der Lernverstärkungsagent ausgebildet, einen Algorithmus aus dem verstärkenden Lernen zu verwenden.The learning reinforcement agent is advantageously designed to use an algorithm from reinforcement learning.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Algorithmus als Markov-Entscheidungsprozess oder als Temporal Difference Learning (TD-Learning) oder als Q-Learning oder als SARSA oder als Monte-Carlo-Simulation ausgebildet.In a further embodiment, the algorithm is designed as a Markov decision process or as temporal difference learning (TD learning) or as Q-learning or as SARSA or as Monte Carlo simulation.
Vorteilhaftweise stellt zumindest ein Parameter pi eine Motorumdrehungszahl, die Zusammensetzung eines Gasgemisches, die Temperatur des Zylinders, und/oder den Lambda-Wert einer Lambdasonde dar.At least one parameter p i advantageously represents an engine speed, the composition of a gas mixture, the temperature of the cylinder, and / or the lambda value of a lambda probe.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein System zum Kalibrieren einer Zylinderluftfüllung in zumindest einem Zylinder bei einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Hubkolbenmotor, bereit. Das System umfasst ein Zustandsmodul, das ausgebildet ist, einen Zustand si des Verbrennungsmotors zu bestimmen, wobei ein Zustand si durch Daten und Messwerte von zumindest einem Parameter pi des Verbrennungsmotors definiert wird und der Wert der Zylinderluftfüllung zumindest teilweise von diesem Parameter pi abhängt. Zudem weist das System einen Lernverstärkungs-Agenten auf, der ausgebildet ist, eine Berechnungsfunktion fi und/oder eine Aktion ai für den Parameter pi auszuwählen und einen modellierten Wert ZM für die Zylinderluftfüllung mittels der ausgewählten Berechnungsfunktion fi und/oder der Aktion ai zu berechnen. Des Weiteren ist ein Umgebungsmodul vorgesehen, das ausgebildet ist, einen realen Wert ZR für die Zylinderluftfüllung aufgrund von Messergebnissen bereitzustellen. Das Zustandsmodul ist ausgebildet, den modellierten Wert ZM für die Zylinderluftfüllung mit dem realen Wert ZR zu vergleichen. Des Weiteren umfasst das System ein Belohnungsmodul, das ausgebildet ist, eine Belohnung für das Vergleichsergebnis zu ermitteln und die Belohnung für das Vergleichsergebnis an den Lernverstärkungs-Agenten weiterzugeben, wobei der Lernverstärkungs-Agent ausgebildet ist, basierend auf dieser Belohnung erneut eine weitere Aktion aj auszuwählen.According to a second aspect, the invention provides a system for calibrating a cylinder air charge in at least one cylinder in an internal combustion engine, in particular a reciprocating piston engine. The system comprises a state module which is designed to determine a state s i of the internal combustion engine, a state s i being defined by data and measured values of at least one parameter p i of the internal combustion engine and the value of the cylinder air charge at least partially from this parameter p i depends. In addition, the system has a learning reinforcement agent which is designed to select a calculation function f i and / or an action a i for the parameter p i and a modeled value Z M for the cylinder air charge using the selected calculation function f i and / or the To calculate action a i . Furthermore, an environment module is provided which is designed to provide a real value Z R for the cylinder air charge based on measurement results. The status module is designed to compare the modeled value Z M for the cylinder air charge with the real value Z R. Furthermore, the system comprises a reward module which is designed to determine a reward for the comparison result and to pass on the reward for the comparison result to the learning reinforcement agent, the learning reinforcement agent being designed to carry out another action a j based on this reward to select.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind Sensoren und/oder Messvorrichtungen zur Erfassung von Messwerten der Parameter pi vorgesehen.In an advantageous development, sensors and / or measuring devices are provided for recording measured values of the parameters p i .
Vorteilhafterweise sind eine positive Aktion A+, die den Wert für einen Parameter pi erhöht, eine neutrale Aktion A0, bei der der Wert des Parameters pi gleichbleibt, sowie eine negative Aktion A-, bei der sich der Wert des Parameters pi verringert, vorgesehen.Advantageously, there are a positive action A +, which increases the value for a parameter p i , a neutral action A0, in which the value of the parameter p i remains the same, and a negative action A-, in which the value of the parameter p i is reduced, intended.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Belohnungsmodul eine Datenbank oder Matrix für die Bewertung der Aktionen ai.In a further embodiment, the reward module comprises a database or matrix for evaluating the actions a i .
In einer weiteren Ausführungsform ist der Lernverstärkungsagent ausgebildet, einen Algorithmus aus dem verstärkenden Lernen zu verwenden.In a further embodiment, the learning reinforcement agent is designed to use an algorithm from reinforcement learning.
Vorteilhafterweise ist der Algorithmus als Markov-Entscheidungsprozess oder als Temporal Difference Learning (TD-Learning) oder als Q-Learning oder als SARSA oder als DYNAQ oder als Monte-Carlo-Simulation ausgebildet.The algorithm is advantageously designed as a Markov decision process or as temporal difference learning (TD learning) or as Q-learning or as SARSA or as DYNAQ or as Monte Carlo simulation.
In einer Weiterbildung stellt zumindest ein Parameter pi eine Motorumdrehungszahl, die Zusammensetzung eines Gasgemisches, die Temperatur des Zylinders und/oder den Lambda-Wert einer Lambdasonde dar. In one development, at least one parameter p i represents an engine speed, the composition of a gas mixture, the temperature of the cylinder and / or the lambda value of a lambda probe.
Gemäß einem dritten Aspekt stellt die Erfindung ein Computerprogrammprodukt bereit, das einen ausführbaren Programmcode umfasst, der so konfiguriert ist, dass er bei seiner Ausführung durch einen Prozessor das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt ausführt.According to a third aspect, the invention provides a computer program product comprising executable program code which is configured such that it executes the method according to the first aspect when it is executed by a processor.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing.
Dabei zeigt:
-
1 ein Blockdiagram zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Systems; -
2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der einzelnen Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens; -
3 zeigt schematisch ein Computerprogrammprodukt gemäß einer Ausführungsform des dritten Aspekts der Erfindung.
-
1 a block diagram to explain an embodiment of a system according to the invention; -
2 a flow chart to explain the individual method steps of a method according to the invention; -
3 shows schematically a computer program product according to an embodiment of the third aspect of the invention.
Zusätzliche Kennzeichen, Aspekte und Vorteile der Erfindung oder ihrer Ausführungsbeispiele werden durch die ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen ersichtlich.Additional features, aspects and advantages of the invention or its exemplary embodiments will be apparent from the detailed description in conjunction with the claims.
Ein Zustand si ∈ S ist somit durch die Auswahl von bestimmten Parameterwerten von Parametern wie der Umdrehungszahl des Motors, der Einlasstemperatur des Gasgemisches, der Zusammensetzung des Gasgemisches, die Temperatur des Zylinder etc. definiert. Ein Zustand si ist somit durch gemessene und/oder berechnete Werte von ausgewählten Parametern pi gekennzeichnet und stellt somit eine konkrete Betriebssituation des Motors dar. Die Daten bzw. Messwerte sind von einem Umgebungsmodul
Bei den Sensoren
Unter einem „Prozessor“ kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Maschine oder eine elektronische Schaltung verstanden werden. Bei einem Prozessor kann es sich insbesondere um einen Hauptprozessor (engl. Central Processing Unit, CPU), einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller, beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder einen digitalen Signalprozessor, möglicherweise in Kombination mit einer Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen, etc. handeln. Auch kann unter einem Prozessor ein virtualisierter Prozessor, eine virtuelle Maschine oder eine Soft-CPU verstanden werden. Es kann sich beispielsweise auch um einen programmierbaren Prozessor handeln, der mit Konfigurationsschritten zur Ausführung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens ausgerüstet wird oder mit Konfigurationsschritten derart konfiguriert ist, dass der programmierbare Prozessor die erfindungsgemäßen Merkmale des Verfahrens, der Komponente, der Module, oder anderer Aspekte und/oder Teilaspekte der Erfindung realisiert.In connection with the invention, a “processor” can be understood to mean, for example, a machine or an electronic circuit. A processor can in particular be a main processor (Central Processing Unit, CPU), a microprocessor or a microcontroller, for example an application-specific integrated circuit or a digital signal processor, possibly in combination with a memory unit for storing program commands, etc. . A processor can also be understood to be a virtualized processor, a virtual machine or a soft CPU. For example, it can also be a programmable processor that is equipped with configuration steps for executing the above-mentioned method according to the invention or is configured with configuration steps in such a way that the programmable processor uses the inventive features of the method, the component, the modules, or other aspects and / or implemented partial aspects of the invention.
Unter einer „Speichereinheit“ oder „Speichermodul“ und dergleichen kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein flüchtiger Speicher in Form eines Arbeitsspeichers (engl. Random-Access Memory, RAM) oder ein dauerhafter Speicher wie eine Festplatte oder ein Datenträger oder z. B. ein wechselbares Speichermodul verstanden werden. Es kann sich bei dem Speichermodul aber auch um eine cloudbasierte Speicherlösung handeln.In connection with the invention, a “memory unit” or “memory module” and the like can mean, for example, a volatile memory in the form of a random access memory (RAM) or a permanent memory such as a hard disk or a data carrier or z. B. can be understood as a removable memory module. The storage module can also be a cloud-based storage solution.
Unter einem „Modul“ kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein Prozessor und/oder eine Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen verstanden werden. Beispielsweise ist der Prozessor speziell dazu eingerichtet, die Programmbefehle derart auszuführen, damit der Prozessor und/oder die Steuereinheit Funktionen ausführt, um das erfindungsgemäße Verfahren oder einen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zu implementieren oder realisieren.In connection with the invention, a “module” can be understood to mean, for example, a processor and / or a memory unit for storing program commands. For example, the processor is specially set up to execute the program instructions in such a way that the processor and / or the control unit executes functions in order to implement or realize the method according to the invention or a step of the method according to the invention.
Unter „Messwerten“ sind im Zusammenhang mit der Erfindung sowohl die Rohdaten als auch bereits aufbereitete Daten aus den Messergebnissen der Sensoren zu verstehen.In connection with the invention, “measured values” are to be understood as meaning both the raw data and already processed data from the measurement results of the sensors.
Der Lernverstärkungs-Agent
In dem Lernverstärkungs-Agenten (Reinforcement Learning Agent) 200 sind zudem als Aktionen ai die Aktionen A+, A0 und A- definiert, die aufgrund der verwendeten Berechnungsverfahren fi ausgewählt werden, um eine Anpassung eines gemessenen oder berechneten Parameterwertes eines Parameters pi ∈ P aus der Menge der Parameter in einer Wertetabelle und dergleichen vorzunehmen. Bei den Parametern pi ∈ P handelt es sich beispielsweise um den Lambdawert, die Umdrehungszahl des Motors, die Einlasstemperatur des Gasgemisches, die Gasdichte und/oder die Zusammensetzung des Gasgemisches. Bei einer positiven Aktion A+ handelt es sich um eine Aktion, die den Wert für einen Parameter pt erhöht, bei einer neutralen Aktion
Dieser berechnete Wert ZM der Zylinderluftfüllung für eine bestimmte Aktion ai wird nun an das Zustandsmodul
Wie bereits ausgeführt, wird in dem Zustandsmodul
In dem Zustandsmodul
Nun beginnt ein zweiter Zyklus zur Kalibrierung der Zylinderluftfüllung. Hierbei kann eine andere Aktion ai und/oder eine andere Berechnungsfunktion fi und/oder ein anderer Parameter pi ausgewählt werden. Das Ergebnis wird wiederum dem Zustandsmodul
Vorzugsweise wird als Algorithmus für den LV-Agenten
Gemäß dem Verfahren und des Systems der vorliegenden Erfindung wird ein verstärkendes Lernen (Reinforcement Learning) eingesetzt, um die Zylinderluftfüllung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Hubkolbenmotors, automatisch zu kalibrieren. Da verschiedene Parameter pi wie die Umdrehungszahl oder der Sauerstoffgehalt der Gasmischung in das Berechnungsverfahren eingehen und hierfür Aktionen ai ausgewählt werden, können insbesondere nichtlineare Zusammenhänge zwischen diesen Parametern pi erfasst und berücksichtigt werden, was in herkömmlichen Steuerungsverfahren kaum möglich ist. Es handelt sich somit um eine optimierte Kalibrierungsmethode, da eine Variation von verschiedenen Parametern pi , die einen Einfluss auf die Zylinderluftfüllung haben und miteinander wechselwirken, berücksichtigt wird. Da der LV-Agent
Da die Kalibrierung der Zylinderluftfüllung automatisch und zeitgleich während des Betriebs des Verbrennungsmotors erfolgt, kann die Leistungsfähigkeit des Verbrennungsmotors erhöht werden, da eine individuelle Anpassung der Zylinderluftfüllung an den jeweiligen Motor erfolgen kann. Dies kann zu einer Reduzierung des Schadstoffausstoßes und damit zu einer verbesserten Umweltbilanz führen. Zudem kann der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors gesenkt werden. Darüber hinaus können Kosten für eine bisherige manuelle und damit zeitintensive Kalibrierung gesenkt werden.Since the cylinder air charge is calibrated automatically and at the same time during operation of the internal combustion engine, the performance of the internal combustion engine can be increased, since the cylinder air charge can be individually adapted to the respective engine. This can lead to a reduction in pollutant emissions and thus to an improved environmental balance. In addition, the fuel consumption of the internal combustion engine can be reduced. In addition, costs for a previous manual and therefore time-consuming calibration can be reduced.
In
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
Mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können zuverlässig optimierte Zustände si durch die Auswahl von passenden Aktionen ai gefunden werden, um beispielsweise eine Steuer- und Regelvorrichtung für die Einstellung der Zylinderluftfüllung eines Verbrennungsmotor, insbesondere eines Hubkolbenmotors, zuverlässig und automatisch zu kalibrieren. Durch die Verwendung eines Lernverstärkungs-Agenten
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