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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prädiktion eines Alterungsprozesses einer Komponente eines Kraftfahrzeugs, eine Steuerung, welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Steuerung.
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Bei Verbrennungsmotoren mit Abgasrückführung wird ein Teil der Abgase (auch Restgase) dem Zylinder (Brennkammer) zugeführt bzw. im Zylinder gehalten.
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Dazu ist die sogenannte äußere Abgasrückführung (AGR) verbreitet, die es erlaubt, den Abgas- bzw. Restgasanteil im Zylinder zusätzlich zu erhöhen. Dabei werden die Ladeluftzufuhr (Saugrohr) - bei einem Saugmotor die Luftzufuhr - und die Abgasabfuhr (Abgasrohr) über eine Abgasrückführungsleitung miteinander verbunden. Der gewünschte Abgasrückführungsanteil in einem bestimmten Betriebszustand wird dabei vom Motorsteuergerät berechnet, das ein in der Abgasrückführungsleitung angeordnetes Abgasrückführventil entsprechend ansteuert.
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Bei der äußeren AGR ist es außerdem bekannt, einen AGR-Kühler vorzusehen, der das zurückgeführte Abgas kühlt. Im Laufe des Betriebs eines Kraftfahrzeugs kann der AGR-Kühler versotten, was insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Hochdruck-Technologie, wie bspw. Diesel-Nutzfahrzeugen, problematisch sein kann. Um die Versottung zu bestimmen ist es bekannt, solche Fahrzeuge aufwändig in Werkstätten zu untersuchen. In diesen Fällen ist folglich eine Vorhersage über die Versottung des AGR-Kühler nicht möglich und entfällt bspw. die regelmäßige Untersuchung daraufhin in der Werkstatt, kann der Nutzer nur durch das Aufleuchten der Motorkontrollleuchte (MIL) dazu veranlasst werden, in die Werkstatt zu gehen.
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Aus dem Stand der Technik sind Maßnahmen bekannt, um eine Versottung eines AGR-Kühlers zu erkennen.
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So offenbart die Offenlegungsschrift
DE 10 2008 051 711 A1 ein Verfahren, bei dem anhand eines Druckunterschiedes stromaufwärts und stromabwärts eines AGR-Kühlers dessen Funktionstüchtigkeit überprüft werden kann. Allerdings stellt das Verfahren den Druckunterschied nur bei einem zuvor definierten Lastpunkt fest und benutzt einen im Voraus aufgenommenem Referenzwert dieses Lastpunkts. Zur Diagnose muss daher der gleiche Lastpunkt des Referenzwertes angefahren werden. Des Weiteren muss ein Ventil im Abgasrückführungstrakt zunächst maximal geöffnet und anschließend maximal geschlossen werden, um aus den resultierenden Messgrößen ein aussagekräftiges Verhältnis bilden zu können. Eine Bewertung des Funktionszustands des AGR-Kühlers kann somit nicht während des regulären Fahrzeugbetriebs vorgenommen werden.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2013 110 786 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem aus einer Temperaturabweichung einer Temperatur in einer AGR-Leitung auf eine Fehlfunktion geschlossen wird und entsprechend eine Warnlampe aktiviert wird, da von einer zu geringen Temperatur auf eine zu geringe Kühlleistung geschlossen werden kann. Allerdings kann es bei Aufleuchten der Warnlampe bereits zu einer Versottung gekommen sein und die Kühlleistung kann bereits unzureichend sein.
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Dementsprechend ist es bei den oben genannten Lösungen erforderlich, eine Werkstatt aufzusuchen, um den aktuellen Zusetzungsgrad, d. h. Versottungswert oder Alterungsgrad des AGR-Kühlers zu bestimmen.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2016 207 360 A1 offenbart ein Verfahren zur Prognose einer Abgasrückführungsrate eines Verbrennungsmotors, um bspw. Alterungsprozessen und Sensorabweichungen Rechnung zu tragen. Das Verfahren bestimmt eine Gaszusammensetzung in einem Einlasssystem eines Verbrennungsmotors und eine Stellung eines Abgasrückführungsventils. Darauf basierend schätzt das Verfahren eine Abgasrückführungsrate, wobei das Verfahren auf Grundlage einer modellbasierten Berechnung von Werten für Druckhöhen und Massenströmen in Teilen des Verbrennungsmotors eine Abgasrückführungsrate prognostizieren kann. Nachteilig daran ist, dass auch hier keine Prognose der Versottung des AGR-Kühlers gegeben ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Prädiktion eines Alterungsprozesses einer Komponente eines Kraftfahrzeugs, eine Steuerung und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwinden.
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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1, die Steuerung nach Anspruch 13 und das Kraftfahrzeug nach Anspruch 14 gelöst.
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Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Prädiktion eines Alterungsprozesses einer Komponente eines Kraftfahrzeugs bereit, umfassend:
- Ermitteln von wenigstens zwei Signalverläufen von zwei unterschiedlichen Parametern, die indikativ für den Alterungsprozess sind, für jeweils wenigstens zwei Zeitperioden;
- Bilden von Wertepaaren aus den wenigstens zwei Signalverläufen für die wenigstens zwei Zeitperioden;
- Bestimmen jeweils eines statistischen Merkmals für die Wertpaare für die wenigstens zwei Zeitperioden; und
- Prädizieren eines Alterungsprozesses auf Grundlage einer Veränderung der statistischen Merkmale.
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Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Steuerung für ein Kraftfahrzeug bereit, wobei die Steuerung dazu eingereicht ist, das Verfahren nach dem ersten Aspekt auszuführen.
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Gemäß einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Steuerung nach dem zweiten Aspekt bereit.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
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Wie erwähnt, betreffen manche Ausführungsbeispiele ein Verfahren zur Prädiktion eines Alterungsprozesses einer Komponente eines Kraftfahrzeugs, umfassend:
- Ermitteln von wenigstens zwei Signalverläufen von zwei unterschiedlichen Parametern, die indikativ für den Alterungsprozess sind, für jeweils wenigstens zwei Zeitperioden;
- Bilden von Wertepaaren aus den wenigstens zwei Signalverläufen für die wenigstens zwei Zeitperioden;
- Bestimmen jeweils eines statistischen Merkmals für die Wertpaare für die wenigstens zwei Zeitperioden; und
- Prädizieren eines Alterungsprozesses der Komponente auf Grundlage einer Veränderung der statistischen Merkmale.
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Grundsätzlich kann die Komponente des Kraftfahrzeugs jede Komponente sein, die einem gewissen Alterungsprozess unterliegt und deren Alterungsprozess sich in den wenigstens zwei Signalverläufen zweier unterschiedlicher Parameter widerspiegelt.
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Entsprechend ist die vorliegende Erfindung nicht auf das konkrete Beispiel der Prädiktion der Versottung eines Abgasrückführung-(AGR)-Kühlers beschränkt, auch wenn sich die folgende Beschreibung beispielhaft auf den AGR-Kühler als Komponente des Kraftfahrzeugs bezieht.
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Das Verfahren umfasst das Ermitteln von wenigstens zwei Signalverläufen von zwei unterschiedlichen Parametern, die indikativ für den Alterungsprozess sind, für jeweils wenigstens zwei Zeitperioden. Die wenigstens zwei Zeitperioden beziehen sich dabei typischerweise auf Perioden, in denen die Komponente betrieben wird. Daher kann sich die (aufsummierte) Betriebsdauer des Kraftfahrzeugs von der Zeitperiode unterscheiden, welche eine aufsummierte Betriebsdauer der Komponente betrifft. Außerdem kann es für jeden Signalverlauf grundsätzliche eine eigene Zeitperiode geben, wobei es bevorzugt ist, dass die ersten und zweiten (und weiteren Signalverläufe) jeweils in denselben Zeitperioden aufgenommen wurden oder sich diese wenigstens zeitlich überlappen.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen, wenn z. B. die Signalverläufe bzw. die sie repräsentierenden Daten nicht in derselben (zeitlichen) Auflösung vorliegen, können diese bspw. mittels einer Interpolationsfunktion auf eine andere Auflösung verschoben bzw. interpoliert werden.
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Die Signalverläufe sind hier funktional zu verstehen und können analoge Signalverläufe sein, die digitalisiert werden oder bereits digitalisierte Signalverläufe, (digitale) Messkurven, etc.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen entstehen die Signalverläufe während des Betriebs des Fahrzeugs, sodass sie weder Konstruktionsdaten noch Daten aus einem Entwicklungsprozess sind.
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Außerdem sind die Signalverläufe bei manchen Ausführungsbeispielen nicht kontinuierlich, sondern sind durch eine Vielzahl von Messwerten repräsentiert, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen wurden.
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Die Signalverläufe können bspw. über ein Bus-System des Kraftfahrzeugs empfangen werden (bspw. CAN-Bus, LIN-Bus oder dergleichen), über ein Netzwerk, das Internet, über die Cloud etc. Außerdem ist es möglich, dass die Signalverläufe (bzw. die zugehörigen Daten) kontinuierlich verschickt bzw. empfangen werden oder dass sie unstetig verschickt bzw. empfangen werden (z. B. werden Daten nur bei guter Verbindungen übertragen, nur in der Werkstatt, etc.).
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Das Verfahren umfasst weiter das Bilden von Wertepaaren aus den wenigstens zwei Signalverläufen für die wenigstens zwei Zeitperioden. So werden bspw. Signal- oder Messwerte des ersten Signalverlaufes mit entsprechenden Signal- oder Messwerten des zweiten Signalverlaufes kombiniert, um entsprechende Wertepaare zu bilden. Sind mehr als zwei Signalverläufe vorhanden, so enthalten die gebildeten Wertepaare entsprechend mehr Signal- oder Messwerte.
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Das Verfahren umfasst weiter das Bestimmen jeweils eines statistischen Merkmals, z. B. einer statistischen Kennzahl, eines Schwerpunkts, einer Quantile, einer Perzentile oder andere Merkmale, die bspw. aus der „Feature Selektion“ bekannt sind, für die Wertpaare für die wenigstens zwei Zeitperioden, sodass also für jedes Wertpaar für die erste und die zweite Zeitperioden jeweils ein statistisches Merkmal gebildet wird (oder für weitere Zeitperioden). Die statistischen Merkmale können jeweils für die Wertepaare vom gleichen Typ sein (z. B. Schwerpunkte, Quantilen, etc.).
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Schließlich umfasst das Verfahren das Prädizieren eines Alterungsprozesses auf Grundlage einer Veränderung der statistischen Merkmale. Das Prädizieren kann dabei eine Vorhersage über einen künftigen Verlauf des Alterungsprozesses der Komponente sein, z. B. eine Vorhersage über eine künftige Versottung des AGR-Kühlers.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Veränderung des statistischen Merkmals von einer Zeitperiode zur nächsten indikativ für einen Alterungsprozess.
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Die Betrachtung mehrerer Signale und die Bildung von statistischen Merkmalen ermöglicht bei manchen Ausführungsbeispielen eine aussagekräftigere Beschreibung eines vorliegenden Alterungseffekts, da die überlagerte Drift mehrerer Eingangsgrößen zu einem detaillierteren Abbild eines Alterungsprozesses führen kann und so auch komplexe Effekte detektierbar machen kann.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen kann auch auf Grundlage der Prädiktion ein Alterungswert des Komponente festgestellt werden, sodass eine Prädiktion der Alterung möglich ist, und das bspw. auch schon deutlich vor einem Ausfall der betrachteten Komponente. Zusätzlich zu der frühen Diagnose des Alterungsgrades, lässt sich bei manchen Ausführungsbeispielen bereits während des regulären Kundenbetriebs eine solche Diagnose durchführen. Durch die Analyse im Fahrzeug vorhandener Steuergerätegrößen und die Einordnung in einen allgemeingültigen Zusammenhang kann ein Alterungswert im dynamischen Zustand ermittelt werden. Außerdem ist durch die Einordnung in den allgemeingültigen Zusammenhang bei manchen Ausführungsbeispielen eine Prädiktion auf der Grundlage des aktuellen Fahrverhaltens möglich.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Prädizieren das Abgleichen der Veränderung der statistischen Merkmale mit einem vorgegebenen Verlauf der Veränderung der statistischen Merkmale. Dadurch ist es bspw. möglich, anhand des vorgegebenen Verlaufs zu ermitteln, wie weit der Alterungsprozess der Komponente bereits fortgeschritten ist.
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Der vorgegebene Verlauf kann auf einem Modell basieren, welches bspw. einen modellierten Alterungsprozess der Komponente darstellt, ein mathematisches Modell ist oder dergleichen. Dies hat den Vorteil, dass bspw. zukünftig Werkstattbesuche nicht notwendig sind, da die Alterung in den Fahrzeugdaten erkannt werden kann, wie es hierin ausgeführt ist. Das Modell kann außerdem auf Prüfstandsdaten und/oder historischen Fahrzeugdaten beruhen.
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Der vorgegebene Verlauf kann aufgrund von Messdaten ermittelt werden, indem bspw. Kraftfahrzeuge auf einem Prüfstand vermessen werden. Dadurch kann ein realistischer bzw. genauer Verlauf eines Alterungsprozesses einer Komponente des Kraftfahrzeugs erfasst werden, welcher auch zur Prädiktion genutzt werden kann, wie es hierin ausgeführt ist. Bei manchen Ausführungsbeispielen entsprechend die Prüfstandsdaten historische Daten. Dabei ist aus der Kenntnis, wie sich die Alterung in den Signalen darstellen lässt, die Vorhersage möglich, um welche (alternde) Komponente es sich handelt und/oder wie alt das Fahrzeug bzgl. dieser Komponente ist.
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Bei Modellen, die auf Prüfstandsdaten basieren, kann bei manchen Ausführungsbeispielen die Vorhersagequalität erhöht werden, da die Prüfstandsdaten „repräsentativer“ sein können, weil der Prüfstand eine gewisse Anzahl von Fahrsituationen abfährt (z. B. kann dabei außerdem noch eine konstante Drehzahl, ein konstantes Drehmoment, eine konstante Temperatur oder dergleichen eingestellt sein). Dementsprechend kann die Dynamik sozusagen ausgeschaltet sein, die sonst im normalen Fahrbetrieb vorherrschen würde. Folglich können Prüfstandsdaten bei manchen Ausführungsbeispielen genutzt werden, um ein Alterungsmodell zu erstellen und dieses dann im Fahrzeug zu nutzen, um die Alterung der Komponente vorherzusagen (Fahrzeugdaten können aber ebenso (zusätzlich oder stattdessen) dafür benutzt werden).
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Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren weiter das Abbilden der wenigstens zwei Signalverläufe auf ein gemeinsames Zeitraster. Wie oben erwähnt, werden zwar bei manchen Ausführungsbeispielen die Signalverläufe für eine gemeinsame erste Zeitperiode und dann für eine gemeinsame zweite Zeitperiode, etc., aufgenommen, allerdings können bei manchen Ausführungsbeispielen die Zeitpunkte innerhalb einer Zeitperiode, an denen die Signalwerte aufgenommen werden, auseinander fallen. Dementsprechend kann durch das Abbilden der Signalverläufe auf ein gemeinsames Zeitraster ein solches zeitliches Auseinanderfallen kompensiert werden, sodass bspw. Wertepaare für jeden Punkt des Zeitrasters gebildet werden können.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst das gemeinsame Zeitraster äquidistante Zeitpunkte, was den Vorteil hat, dass die Wertepaare gleichmäßig, d. h. äquidistant in der Zeitdomäne verteilt sind.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Bilden von Wertepaaren aus den wenigstens zwei Signalverläufen für die wenigstens zwei Zeitperioden das Abbilden in einen mehrdimensionalen Raum, wobei die Anzahl der Dimensionen des mehrdimensionalen Raums der Anzahl der Signalverläufe entsprechen kann. Dadurch dass die Wertepaare in dem mehrdimensionalem Raum abgebildet sind, kann das statistische Merkmal, z. B. ein Schwerpunkt, durch entsprechende Driften der Signalverläufe in diesem mehrdimensionalen Raum verschoben werden, was damit eine gemeinsame und gleichzeitige Analyse aller Signalverläufe ermöglicht (die für den Alterungsprozess der Komponente indikativ sind).
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Bei manchen Ausführungsbeispielen sind die wenigstens zwei Zeitperioden gleichlang. Dies hat den Vorteil, dass der Einfluss der einzelnen Signalverläufe auf eine Veränderung des statistischen Merkmals immer gleich ist und nicht bspw. geringer ausfällt, durch eine kürzere Zeitperiode, oder stärker, durch eine längere Zeitperiode.
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Die Zeitperiode kann dabei von der Alterungsdauer der Komponente abhängen (z. B. dem Zusammenhang zwischen Betriebsdauer und Alterungsgrad der Komponente), für welche der Alterungsprozess prädiziert werden soll. Wie erwähnt, entsprechen bei manchen Ausführungsbeispielen die Zeitperioden einer aufsummierten Betriebsdauer der Komponente, sodass die Zeitperioden so gewählt sein können, dass eine Veränderung im Alterungszustand innerhalb einer Zeitperiode auftreten kann.
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Wie erwähnt, ist bei manchen Ausführungsbeispielen die Komponente ein Abgasrückführung (AGR) Kühler, wobei der erste Signalverlauf ein Ventilstellung eines Ventils für eine Abgasrückführung charakterisiert und der zweite Signalverlauf einen Massenstrom der Abgasrückführung charakterisiert (der erste Parameter ist dann die Ventilstellung und der zweite Parameter der Massenstrom). Die Ventilstellung und der Massenstrom können bspw. durch entsprechend Sensoren detektiert werden bzw. aus entsprechenden Sensorsignalen und/oder aufgrund von Modellen abgeleitet werden, wie es grundsätzlich dem Fachmann bekannt ist.
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Die Abgasrückführung mit dem AGR-Kühler kann dabei für eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein, wie bspw. einen Ottomotor, Dieselmotor oder dergleichen, wie es allgemein bekannt.
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Manche Ausführungsbeispiele betreffen eine Steuerung, bspw. ein Motorsteuergerät, einen Hybrid-Koordinator, oder dergleichen, welche dazu eingerichtet ist, das hierin beschriebene Verfahren auszuführen. Die Steuerung kann dazu bekannte Elemente aufweisen, wie einen oder mehrere Prozessoren, Arbeitsspeicher, Festwertspeicher, Schnittstellen (z. B. für ein Fahrzeug-Bussystem), etc.
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Manche Ausführungsbeispiele betreffen ein Kraftfahrzeug (bspw. PKW, Nutzfahrzeug oder dergleichen), bspw. mit einer Verbrennungskraftmaschine (z. B. Ottomotor, Dieselmotor, etc.) und einer Abgasrückführung. Die Abgasrückführung kann ein AGR-Ventil und einen AGR-Kühler umfassen. Außerdem können bspw. Sensoren zur Messung der Stellung des AGR-Ventils vorgesehen sein und zur Bestimmung eines Massenstroms in der Abgasrückführung.
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Wie erwähnt erfolgt die weitere Beschreibung der Erfindung ohne Beschränkung der Allgemeinheit anhand des Beispiels der Versottung des AGR-Kühlers.
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Aber die Erfindung ist auch auf andere Komponenten anwendbar.
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Zum Beispiel betreffen manche Ausführungsbeispiele die Alterung der Kupplung eines Fahrzeugs. Wenn die Kupplung älter wird, kann sich ihr Schleifpunkt verschieben. Dies lässt sich in Signalen über das gedrückte Kupplungspedal (in %) und den genutzten Gängen (Ist-Gang) im Zusammenhang mit der Geschwindigkeit zeigen. Dementsprechend werden bei solchen Ausführungsbeispielen die zugehörigen Signalverläufe genommen und die Komponente ist die Kupplung.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen wird die Alterung des Öls beim Verbrennungsmotor ermittelt, sodass die Komponente das Öl ist. Die Leichtlauffähigkeit des Öls nimmt mit Zunahme des Alters ab. Indikative Signalverläufe für diesen Alterungsprozess sind bei manchen Ausführungsbeispielen die gemessenen Öltemperaturen und gemessenen Öldrücke, welche sich alterungsabhängig verändern können.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen wird die Alterung der Bremse prädiziert, was ähnlich wie bei der Kupplung erfolgt. Hier kann sich der Bremsdruck mit zunehmenden Alter verringern, wobei dann das Bremspedal stärker gedrückt wird, bis das gewünschte Bremsverhalten auftritt. Verwendbare Signalverläufe sind hier die Bremspedalstellung, die Geschwindigkeit und/oder die (negative) Beschleunigung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
- 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasrückführung veranschaulicht;
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Prädiktion eines Alterungsprozesses einer Komponente eines Kraftfahrzeugs veranschaulicht; und
- 3 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Prädiktion eines Alterungsprozesses des AGR-Kühlers des Fahrzeugs von 1 veranschaulicht.
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Die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 1 in 1 ist Bestandteil eines Fahrzeugs 100, das durch den gestrichelten Rahmen angedeutet ist.
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Der Verbrennungsmotor 1 weist einen Zylinderblock 2 auf dem über eine Ladeluftzufuhr 3 Frischluft bzw. Ladeluft F zugeführt wird. Die bei der Verbrennung im Motorblock entstehenden Abgase A werden über die Abgasabfuhr 4 abgeführt.
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Die Ladeluftzufuhr 3 und Abgasabfuhr 4 sind über einen Abgasturbolader (ATL) 5 mechanisch miteinander gekoppelt. Der Abgasturbolader 5 umfasst einen Verdichter 6, der die Ladeluftzufuhr 3 in eine Ansaugstrecke 7 und eine Saugrohrstrecke 8 aufteilt. Die Ansaugstrecke 7 erstreckt sich dabei vom Lufteinlass 9 über einen Luftfilter 10 bis zum Verdichter 6. Die Saugrohrstrecke 8 verläuft vom Verdichter 6 ausgehend über einen Ladeluftkühler 11 und eine die Luftzufuhr regelnde Drosselklappe 12 in einen Luftverteiler 13, über den die Frischluft auf die Zylindereinlassöffnungen verteilt wird.
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Die Abgasabfuhr 4 verläuft von einem Abgaskrümmer 14 über eine Hochdruckstrecke 15 zur Turbine 16 des Abgasturboladers 5. Eine Wastegateanordnung 17 ist zur Steuerung des in die Turbine 16 eingespeisten Abgasstromes vorgesehen und verbindet die Hochdruckstrecke 15 direkt mit der sich an die Turbine 16 anschließenden Niederdruckstrecke 18, die über einen Abgaskatalysator 19 in den Abgasaustritt 20 mündet.
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In der Niederdruckstrecke 18 ist in Strömungsrichtung gesehen nach dem Abgaskatalysator 19 eine Abgasrückführungsleitung 21 vorgesehen, die dort abzweigend über einen Abgasrückführungskühler 22 in die Ansaugstrecke 7 mündet und so die Niederdruckstrecke 18 mit der Ladeluftzufuhr 3 verbindet. Die durch die Abgasrückführungsleitung 21 abgezweigte Abgasmenge bildet einen Abgasteilstrom, der über ein Abgasrückführungsventil 23 geregelt wird. Der Abgasteilstrom wird in einem Mischer 24 vor dem Verdichter 6 mit dem Frischluftstrom F zusammengeführt.
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Das Abgasrückführungsventil 23, die Wastegateanordnung 17, die Drosselklappe 12 sowie in der Ladeluftzufuhr 3 angeordnete Sensoren 25, die beispielsweise die Luftmenge, den Luftdruck und die Lufttemperatur erfassen, sind mit einem Steuergerät 26 (z.B. die Motorsteuerung) verbunden, das je nach Betriebszustand und Fahrerwunsch und unter Berücksichtigung der erfassten Signale entsprechende Stellsignale an die genannten Komponenten abgibt und so die Abgasrückführung steuert. Außerdem ist in dem AGR-Ventil 23 ein Sensor vorgesehen, der die Stellung des AGR-Ventils an das Steuergerät 26 übermittelt. Ferner ist ein Massenstromsensor 27 in der Abgasrückführungsleitung 21 angeordnet, welcher ein Massenstromsignal an das Steuergerät übermittelt (bspw. über einen CAN-Bus, nicht gezeigt). Daneben übernimmt das Steuergerät 26 alle bekannten üblichen Funktionen einer Motorsteuerung und ist dazu ausgebildet, das hierin beschriebene Verfahren auszuführen.
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Im Folgenden wird allgemein ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 30 zur Prädiktion eines Alterungsprozesses einer Komponente eines Kraftfahrzeugs unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, welche die verschiedenen Schritte des Verfahrens 30 veranschaulicht.
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Zunächst werden bei 31 im Fahrzeug entsprechende für die Analysezweck relevant Signale bzw. Signalverläufe 34 (bspw. CAN-Signale) aus einer Vielzahl von Signalen bzw. Signalverläufe 32 ausgewählt bzw. ermittelt und bei 33 auf ein äquidistantes Zeitraster synchronisiert bzw. abgebildet.
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Bei den Signalverläufen 32 handelt es sich um Zeitreihen, wobei sich jedem Messwert in einem der Signalverläufe 32 ein bestimmter Zeitpunkt zuordnen lässt.
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Diese Zeitreihen 32 werden bei 35 in bestimmten Zeitperioden ZP1, ZP2 und ZP3 zusammengefasst/geclustert (z.B. alle 9 Stunden, wobei in 2 bei 35 drei Zeitperioden dargestellt sind), wobei jeweils innerhalb eines Clusters (also innerhalb einer zugehörigen Zeitperiode) für die ausgewählten Signalverläufe die auftretenden Betriebspunkte als Wertepaare gebildet werden, indem die Werte in einen mehrdimensionalen Raum abgebildet werden.
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Durch die Verteilung der Punkte im multidimensionalen Raum ergeben sich Schwerpunkte als statistische Merkmale für jedes Zeitcluster, das heißt für jede Zeitperiode.
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Dementsprechend wird bei 36 für jeden Zeitcluster bzw. für jede Zeitperiode ZP1, ZP2, ZP3 ein Schwerpunkt 37a (erste Zeitperiode ZP1), 37b (zweite Zeitperiode ZP2) und 37c (dritte Zeitperiode ZP3) für die in den mehrdimensionalen Raum abgebildeten Wertepaare bestimmt.
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Die Position eines solchen Schwerpunktes verändert sich im Laufe eines Fahrzeuglebens und bei 38 wird die Veränderung der Schwerpunkte 37a, b und c ermittelt.
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Durch die Position des aktuellen Schwerpunkts 37c bzw. durch die Veränderung der Schwerpunktspositionen lassen sich daher mit Hilfe eines Modells Rückschlüsse auf den Alterungsgrad der Komponente ziehen. Hier wird der Alterungsgrad der Komponente erkannt, der beispielhaft durch einen Wert zwischen 0 und 1 dargestellt ist. Bei manchen Ausführungsbeispielen wird aber auch generell erkannt, dass die Komponente gealtert ist (was bspw. als Information „Alterung vorhanden“ bzw. „Alterung nicht vorhanden“ ausgegeben wird).
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Dazu wird bei 39 die Schwerpunktverschiebung (Ground Truth) mit einem verifizierten Modell abgeglichen, hier einem Modell-Verlauf 40, und bei 41 wird dann auf der Grundlage der bisherigen Schwerpunktverschiebung eine zukünftige Schwerpunktverschiebung prädiziert, sodass eine Alterungsprädiktion umsetzbar ist, da bspw. der aktuelle Stand und die weitere Entwicklung der Alterung aufgrund des Modells bekannt ist und daher die weitere Entwicklung prädiziert werden kann.
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Der Modell-Verlauf 40 kann dabei aus einem Modell abgleitet werden oder bspw. durch Messdaten, die auf einem Prüfstand gewonnen wurden, abgeleitet werden.
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Im Folgenden wird allgemein ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 50 zur Prädiktion eines Alterungsprozesses (Versottung) eines AGR-Kühlers (z. B. AGR-Kühler 22 aus 1) eines Kraftfahrzeugs (z. B. Kraftfahrzeug 100) unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, welche die verschiedenen Schritte des Verfahrens 50 veranschaulicht.
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Zunächst werden bei 51 aus einer Vielzahl von möglichen Signalverläufen 52 die Steuergerätegrößen (Parameter) AGR-Ventilstellung 54a (im Falle einer Kühlung, d. h. das Statussignal darüber wird hier auch benötigt) und AGR-Massenstrom 54b ausgewählt und bei 53 auf ein äquidistantes Zeitraster synchronisiert, wie es auch schon oben für Schritt 33 beschrieben wurde.
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Wie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel von 2 erläutert, handelt es sich bei den Signalverläufen 54a und 54b um Zeitreihen, wobei sich jedem Messwert in einem der Signalverläufe 32 ein bestimmter Zeitpunkt zuordnen lässt, und die Zeitreihen werden bei 55 in bestimmten Zeitperioden ZP11, ZP12, ZP13, ZPX zusammengefasst/geclustert (hier z. B. alle neun Stunden (was der Dauer eine Zeitperiode ZP11, ZP12, ZP13, ZPX entspricht), gemeint sind hier neun Stunden AGR-Kühler-Nutzung, wobei die reine Betriebszeit länger ist), wobei jeweils innerhalb eines Clusters (also innerhalb einer zugehörigen Zeitperiode ZP11, ZP12, ZP13, ZP) für diese ausgewählten Signale (AGR-Ventilstellung und AGR-Massenstrom) bzw. ausgewählten Signalverläufe die auftretenden Betriebspunkte als Wertepaare gebildet werden, indem die Werte in einen mehrdimensionalen Raum abgebildet werden.
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Durch die Verteilung der Betriebspunkte im zweidimensionalen Raum ergeben sich Schwerpunkte als statistische Merkmale für jedes Zeitcluster, d. h. für jede Zeitperiode ZP11, ZP12, ZP13, ZPX.
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Dementsprechend wird bei 56 für jeden Zeitcluster bzw. für jede Zeitperiode ZP11, ZP12, ZP13, ZPX ein Schwerpunkt 57a (erste Zeitperiode ZP11), 57b (zweite Zeitperiode ZP12) und 57c (dritte Zeitperiode ZP13) (usw. ZPX) für die in den mehrdimensionalen Raum abgebildeten Wertepaare bestimmt.
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Die Position eines solchen Schwerpunktes 57a-c verändert sich im Laufe des AGR-Kühler-Lebens und bei 58 wird die Veränderung der Schwerpunkte 57a, b und c ermittelt.
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Durch die Position des aktuellen Schwerpunkts 57c bzw. durch die Veränderung der Schwerpunktpositionen lassen sich daher mit Hilfe eines Modells Rückschlüsse auf den Zusetzungsgrad des AGR-Kühlers (Alterungsgrad) ziehen.
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Dazu wird bei 59 die Schwerpunktverschiebung mit einem Modell abgeglichen, hier einem Modell-Verlauf 60, und bei 61 wird dann auf der Grundlage der bisherigen Schwerpunktverschiebung eine zukünftige Schwerpunktverschiebung prädiziert, sodass eine Alterungsprädiktion umsetzbar ist, da bspw. der aktuelle Stand und die weitere Entwicklung der Alterung aufgrund des Modells bekannt ist und daher die weitere Entwicklung prädiziert werden kann. Das Modell bzw. der Modell-Verlauf 60 bildet die voraussichtliche Schwerpunktverschiebung ab, wodurch der zukünftige Zusetzungsgrad prädiziert werden kann.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stammt das Modell vom Prüfstand, wo die Zusetzungswerte des AGR-Kühlers in unregelmäßigen Zeitabschnitten aufgenommen wurden, z. B. mit Hilfe der Messroutine der Werkstatt, sodass der Modell-Verlauf 60 ermittelt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kraftfahrzeug
- 1
- Verbrennungsmotor
- 2
- Zylinderblock
- 3
- Ladeluftzufuhr
- F
- Frischluft
- A
- Abgas
- 4
- Abgasabfuhr
- 5
- Abgasturbolader
- 6
- Verdichter
- 7
- Ansaugstrecke
- 8
- Saugrohrstrecke
- 9
- Lufteinlass
- 10
- Luftfilter
- 11
- Ladeluftkühler
- 12
- Drosselklappe
- 13
- Luftverteiler
- 14
- Abgaskrümmer
- 15
- Hochdruckstrecke
- 16
- Turbine
- 17
- Wastegateanordnung
- 18
- Niederdruckstrecke
- 19
- Abgaskatalysator
- 20
- Abgasaustritt
- 21
- erste Abgasrückführungsleitung
- 22
- AGR-(Abgasrückführungs-)Kühler
- 23
- AGR (Abgasrückführungs-)Ventil
- 24
- Mischer
- 25
- Sensor
- 26
- Steuergerät
- 30
- Verfahren zur Prädiktion eines Alterungsprozesses einer Komponente
- 31
- Ermitteln von Signalverläufen
- 32
- Vielzahl von Signalverläufen
- 33
- Abbilden auf Zeitraster
- 34
- ermittelte Signalverläufe
- 35
- Bilden von Wertepaaren
- 36
- Bestimmen Schwerpunkt
- 37a-c
- Schwerpunkte
- 38
- Ermitteln Schwerpunktveränderung
- 39
- Abgleichen Schwerpunktveränderung
- 40
- Modell-Verlauf
- 41
- Prädiktion
- 50
- Verfahren zur Prädiktion eines Alterungsprozesses eines AGR-Kühlers
- 51
- Ermitteln von Signalverläufen
- 52
- Vielzahl von Signalverläufen
- 53
- Abbilden auf Zeitraster
- 54a,b
- ermittelte Signalverläufe
- 55
- Bilden von Wertepaaren
- 56
- Bestimmen Schwerpunkt
- 57a-c
- Schwerpunkte
- 58
- Ermitteln Schwerpunktveränderung
- 59
- Abgleichen Schwerpunktveränderung
- 60
- Modell-Verlauf
- 61
- Prädiktion
- ZP1, ZP2, ZP3
- Zeitperioden
- ZP11, ZP12, ZP13, ZPX
- Zeitperioden
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008051711 A1 [0006]
- DE 102013110786 A1 [0007]
- DE 102016207360 A1 [0009]
