DE102019216312A1 - Prediction and / or assessment of the emission quantity of substances in the exhaust gas of internal combustion engines - Google Patents
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Abstract
Verfahren (100) zur Vorhersage und/oder Beurteilung (1a) der Emissionsmenge mindestens einer Substanz im Abgas einer Brennkraftmaschine (1) mit den Schritten:• eine Mehrzahl von Werten, die Zustandsgrößen (2a-2f) eines Antriebsstrangs (2) mit der Brennkraftmaschine (1) zu mindestens zwei verschiedenen zurückliegenden Zeitpunkten (t-τ1, t-τ2, ..., t-τD) in einem Zeithorizont (τD) annehmen, wird einem Klassifikator (3a), und/oder einem Regressor (3b), als Eingangsgrößen (31) zugeführt (110);• die Eingangsgrößen (31) werden von dem Klassifikator (3a), und/oder dem Regressor (3b), auf mindestens eine Ausgangsgröße (32) abgebildet (120);• aus der mindestens einen Ausgangsgröße (32) wird die gesuchte Vorhersage bzw. Beurteilung (1a) ausgewertet (130).Verfahren zum Trainieren eines Klassifikators (3a) und/oder Regressors (3b) für den Einsatz in dem Verfahren (100) unter Nutzung von Werten von Zustandsgrößen (2a-2j) des Antriebsstrangs (2) sowie Werten tatsächlicher Emissionsmengen (1b) der mindestens einen Substanz, die sich jeweils auf eine Mehrzahl zurückliegender Zeitpunkte (t-τ1, t-τ2, ..., t-τD) innerhalb eines Zeithorizonts (τD) beziehen.Method (100) for predicting and / or assessing (1a) the amount of emissions of at least one substance in the exhaust gas of an internal combustion engine (1) with the following steps: a plurality of values, the state variables (2a-2f) of a drive train (2) with the internal combustion engine (1) at least two different previous times (t-τ1, t-τ2, ..., t-τD) in a time horizon (τD), a classifier (3a) and / or a regressor (3b), as input variables (31) supplied (110); the input variables (31) are mapped (120) by the classifier (3a) and / or the regressor (3b) onto at least one output variable (32); Output variable (32), the prediction or assessment (1a) sought is evaluated (130). Method for training a classifier (3a) and / or regressor (3b) for use in the method (100) using values of state variables ( 2a-2j) of the drive train (2) as well as values of actual emission quantities (1b) of the mi At least one substance that relates to a plurality of previous points in time (t-τ1, t-τ2, ..., t-τD) within a time horizon (τD).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Vorhersage und/oder Beurteilung des Emissionsverhaltens beim Betrieb von Brennkraftmaschinen.The present invention relates to the prediction and / or assessment of the emission behavior during the operation of internal combustion engines.
Stand der TechnikState of the art
Die Höchstgrenzen für die Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge sind in den letzten Jahren progressiv verschärft worden. Die heute geltenden Grenzwerte sind nur mit einer Abgasnachbehandlung zu erreichen. Dabei sind insbesondere für Dieselmotoren passive Systeme, wie etwa Partikelfilter, nicht mehr ausreichend. Vielmehr sind etwa zur Minderung des Ausstoßes von Stickoxiden zusätzliche Systeme erforderlich, wie etwa ein Speicherkatalysator (NOx Storage Catalyst, NSC) oder eine selektive katalytische Reduktion (Selective Catalytic Reduction, SCR).The maximum limits for pollutant emissions from internal combustion engines for vehicles have been progressively tightened in recent years. The limit values that apply today can only be achieved with exhaust aftertreatment. Passive systems such as particle filters are no longer sufficient, especially for diesel engines. Rather, additional systems are required to reduce nitrogen oxide emissions, such as a storage catalytic converter (NOx Storage Catalyst, NSC) or a selective catalytic reduction (SCR).
Für solche Systeme ist eine Funktionsüberwachung vorgeschrieben, damit bei eventuell auftretenden emissionsrelevanten Fehlern der Nutzer des Fahrzeugs durch das Ansteuern der Motorkontrollleuchte zur Behebung des Fehlers in einer Werkstatt aufgefordert werden kann. Ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines SCR-Systems ist in der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zur Vorhersage und/oder Beurteilung der Emissionsmenge mindestens einer Substanz im Abgas einer Brennkraftmaschine entwickelt. Bei der Substanz kann es sich insbesondere um einen Schadstoff handeln, für dessen Emissionsmenge im Abgas gesetzliche Beschränkungen gelten, wie beispielsweise Stickoxid, NOx. Die Emissionsmenge kann insbesondere beispielsweise als Emissionsrate pro Zeiteinheit angegeben sein, aber auch beispielsweise als kumulierte Menge über einen vorgegebenen Zeitraum.In the context of the invention, a method for predicting and / or assessing the amount of emissions of at least one substance in the exhaust gas of an internal combustion engine was developed. The substance can in particular be a pollutant whose emission quantity in the exhaust gas is subject to legal restrictions, such as nitrogen oxide, NO x , for example. The emission quantity can in particular be specified, for example, as an emission rate per unit of time, but also, for example, as a cumulative quantity over a predetermined period.
Bei diesem Verfahren wird eine Mehrzahl von Werten, die Zustandsgrößen eines Antriebsstrangs mit der Brennkraftmaschine zu mindestens zwei verschiedenen zurückliegenden Zeitpunkten in einem Zeithorizont annehmen, einem Klassifikator, und/oder einem Regressor, als Eingangsgrößen zugeführt. Die Eingangsgrößen werden von dem Klassifikator, und/oder von dem Regressor, auf mindestens eine Ausgangsgröße abgebildet. Aus der mindestens einen Ausgangsgröße wird die gesuchte Vorhersage bzw. Beurteilung ausgewertet.In this method, a plurality of values that assume state variables of a drive train with the internal combustion engine at at least two different previous points in time in a time horizon are fed to a classifier and / or a regressor as input variables. The input variables are mapped to at least one output variable by the classifier and / or by the regressor. The prediction or assessment sought is evaluated from the at least one output variable.
Der Klassifikator, und/oder der Regressor, ist nicht darauf eingeschränkt, lediglich einen stationären Zustand der Brennkraftmaschine zu beurteilen. Vielmehr kann er auch die Dynamik der Zustandsgrößen und ihre Auswirkungen auf das Emissionsverhalten berücksichtigen. So kann beispielsweise die Emission der Substanz im Moment einer plötzlichen Beschleunigung der Brennkraftmaschine im Vergleich zum stationären Betrieb mit einer neuen Drehzahl erhöht sein. Im Ergebnis wird im zeitlichen Mittel über reale Betriebszyklen mit wechselnden Lasten eine zutreffendere Vorhersage bzw. Beurteilung erhalten.The classifier and / or the regressor is not restricted to only assessing a steady state of the internal combustion engine. Rather, it can also take into account the dynamics of the state variables and their effects on the emission behavior. For example, the emission of the substance can be increased at the moment of a sudden acceleration of the internal combustion engine compared to steady-state operation at a new speed. As a result, a more accurate prediction or assessment is obtained on average over real operating cycles with changing loads.
Die Klassifikation kann beispielsweise eine binäre Klassifikation dahingehend sein, ob die Emissionsmenge der Substanz der Norm entspricht oder nicht. Eine detailliertere Klassifikation kann diesbezüglich Abstufungen vorsehen, so dass in entsprechend abgestufter Weise reagiert werden kann. Die Regression kann beispielsweise einen Wert der Emissionsmenge liefern, und/oder sie kann einen Wert einer anderen Größe liefern, aus dem im Zusammenhang mit anderen bekannten Größen die Emissionsmenge ermittelbar ist. Auf den letztendlich erhaltenen Wert der Emissionsmenge kann wiederum nach vorgegebenen Kriterien in abgestufter Weise reagiert werden.The classification can be, for example, a binary classification in terms of whether the emission quantity of the substance corresponds to the norm or not. A more detailed classification can provide for gradations in this regard, so that it is possible to react in a correspondingly graded manner. The regression can, for example, provide a value for the emission amount and / or it can supply a value of another variable from which the emission amount can be determined in connection with other known variables. The value of the emission quantity ultimately obtained can in turn be reacted to in a graduated manner according to predetermined criteria.
Beispielsweise kann in Antwort darauf, dass ein Grenzwert für die Emissionsmenge geringfügig überschritten wird, lediglich die Motorkontrollleuchte aktiviert werden. Bei größeren Überschreitungen kann beispielsweise in progressiv kürzeren Zeitabständen ein Warnton ertönen, um der Anforderung nach einer Reparatur Nachdruck zu verleihen. Es sind auch weitergehende Maßnahmen möglich und sinnvoll, um einen Reparaturzwang durchzusetzen. So kann beispielsweise nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine ein erneuter Start unterbunden werden, bis der Fehler beseitigt ist und der Grenzwert wieder eingehalten wird. Zuvor kann beispielsweise eine Karenzzeit eingeräumt werden, die in Betriebsstunden oder, beim Einsatz in einem Fahrzeug, in Kilometern Fahrstrecke bemessen ist. Es kann weiterhin beispielsweise mindestens ein fahrdynamisches System des Fahrzeugs angesteuert werden, um die Fahrdynamik des Fahrzeugs unkomfortabler zu machen. Beispielsweise können auch Einrichtungen, die den Aufenthalt im Fahrzeug angenehmer machen, wie etwa das Radio, die Heizung und/oder die Klimaanlage, deaktiviert werden. Solche Komforteinschränkungen nötigen dem Nutzer des Fahrzeugs nicht auf, das Fahrzeug kostspielig in eine Werkstatt schleppen zu lassen, vergällen es ihm jedoch, den Fehler auf die lange Bank zu schieben und das Fahrzeug unverändert weiter zu nutzen.For example, in response to the fact that a limit value for the emission quantity is slightly exceeded, only the engine control lamp can be activated. In the event of larger excesses, for example, a warning tone can sound at progressively shorter time intervals in order to emphasize the request for a repair. Further measures are also possible and useful in order to enforce a compulsory repair. For example, after the internal combustion engine has been switched off, a restart can be prevented until the error has been eliminated and the limit value is adhered to again. Before this, for example, a waiting period can be granted, which is measured in operating hours or, if used in a vehicle, in kilometers of driving distance. Furthermore, for example, at least one driving dynamics system of the vehicle can be activated in order to make the driving dynamics of the vehicle less comfortable. For example, devices that make staying in the vehicle more comfortable, such as the radio, heating and / or air conditioning, can also be deactivated. Such comfort restrictions do not force the user of the vehicle to have the vehicle towed to a workshop at great expense, but they make it easier for him to put the error on the back burner and continue to use the vehicle unchanged.
In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, dass das Verfahren nicht nur bestimmte Einzelfehler vorhersagen kann, die potentiell abgasrelevant sind, sondern direkt eine Vorhersage und/oder Beurteilung der Emissionsmenge liefert. Damit wird erfasst, ob der Fehler in der jeweiligen Situation überhaupt tatsächlich Auswirkungen auf die Emissionsmenge hat, und wie stark ggfs. die Umweltauswirkungen sind. So kann beispielsweise ein und derselbe Fehler sich abhängig von der Betriebssituation mehr oder weniger stark auf die Emissionsmenge auswirken.In this context, it is of particular advantage that the method can not only predict certain individual errors that are potentially relevant to exhaust emissions, but also directly provides a prediction and / or assessment of the amount of emissions. This records whether the error actually has an impact on the amount of emissions in the respective situation and how strong the environmental impact, if any. For example, one and the same error can have a greater or lesser effect on the amount of emissions, depending on the operating situation.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der Zeithorizont, über den sich die zurückliegenden Zeitpunkte erstrecken, anhand der Länge des Weges von einer Brennstoffzufuhr und/oder einer Luftzufuhr in die Brennkraftmaschine bis zum Ausstoß des Abgases aus der Brennkraftmaschine, und/oder anhand der Zeitdauer, die der Brennstoff und/oder die Luft zum Zurücklegen dieses Weges benötigt, ermittelt. In dieser Hinsicht unterscheiden sich insbesondere PKW von LKW und anderen Nutzfahrzeugen. Bei einem PKW sind die Wege deutlich kürzer, so dass es ausreicht, einen kürzeren Zeithorizont zu berücksichtigen.In a particularly advantageous embodiment, the time horizon over which the previous points in time extend is based on the length of the path from a fuel supply and / or an air supply into the internal combustion engine to the discharge of the exhaust gas from the internal combustion engine, and / or on the basis of the time duration the fuel and / or the air required to cover this distance is determined. In this respect, cars in particular differ from trucks and other commercial vehicles. In the case of a car, the distances are significantly shorter, so that it is sufficient to take a shorter time horizon into account.
Als Zustandsgrößen, auf deren Basis die Ausgangsgröße gebildet und somit letztendlich die gesuchte Vorhersage bzw. Beurteilung ausgewertet wird, eignen sich insbesondere
- • eine Zufuhrmenge des Brennstoffs, und/oder
- • ein Zufuhrdruck des Brennstoffs, und/oder
- • eine Zufuhrmenge von Luft, und/oder
- • eine Katalysatortemperatur in einem Abgasnachbehandlungssystem, und/oder
- • eine vor dem Eintritt in das Abgasnachbehandlungssystem gemessene Menge der mindestens einen Substanz im Abgas, und/oder
- • eine gemessene oder vorhergesagte Emissionsmenge der mindestens einen Substanz zu mindestens einem zurückliegenden Zeitpunkt.
- • a supply amount of the fuel, and / or
- • a supply pressure of the fuel, and / or
- • a supply amount of air, and / or
- • a catalyst temperature in an exhaust gas aftertreatment system, and / or
- A quantity of the at least one substance in the exhaust gas measured before entering the exhaust gas aftertreatment system, and / or
- • a measured or predicted amount of emissions of the at least one substance at at least one point in time in the past.
Hierbei kann die Berücksichtigung einer früheren Emissionsmenge insbesondere verhindern, dass physikalisch unplausibel schnelle Änderungen der Emissionsmenge vorhergesagt werden. Die übrigen Größen haben sich als besonders aussagekräftig hinsichtlich der Stöchiometrie der Prozesse erwiesen, die zur Bildung von NOx im Abgas von Dieselmotoren führen.Taking into account an earlier emission quantity can in particular prevent physically implausibly rapid changes in the emission quantity from being predicted. The other variables have proven to be particularly meaningful with regard to the stoichiometry of the processes that lead to the formation of NO x in the exhaust gas of diesel engines.
Daneben können noch weitere Zustandsgrößen berücksichtigt werden, wie beispielsweise
- • das Drehmoment, und/oder
- • die Motordrehzahl, und/oder
- • der Ladedruck eines Turboladers, und/oder
- • eine durch die Abgasrückführung zurückgeführte Menge an Abgas.
- • the torque, and / or
- • the engine speed, and / or
- • the boost pressure of a turbocharger, and / or
- • an amount of exhaust gas recirculated by exhaust gas recirculation.
Die Gesamtanzahl der zu berücksichtigenden Zustandsgrößen kann sich beispielsweise danach richten, wie viele Zustandsgrößen im Endeffekt unabhängig voneinander sind, bzw. welche der Zustandsgrößen sich durch Kombinationen anderer Zustandsgrößen ausdrücken lassen.The total number of state variables to be taken into account can depend, for example, on how many state variables are ultimately independent of one another, or which of the state variables can be expressed by combinations of other state variables.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden die Zustandsgrößen aus Messwerten, die von für den Normalbetrieb des Antriebsstrangs notwendigen Sensoren geliefert werden, ermittelt. Das Verfahren kann dann für die Funktionsüberwachung einer Brennkraftmaschine verwendet werden, ohne dass es hierzu zusätzlicher Sensoren oder Kabel bedarf.In a particularly advantageous embodiment, the state variables are determined from measured values that are supplied by sensors required for normal operation of the drive train. The method can then be used to monitor the functioning of an internal combustion engine without the need for additional sensors or cables.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung beinhaltet der Klassifikator, und/oder der Regressor, eine Modellierung des Verbrennungsprozesses in der Brennkraftmaschine als Gaußscher Prozess. Eine solche Modellierung ist besonders gut auf die Situation zugeschnitten, dass Zustandsgrößen des Antriebsstranges in der Regel nur zu diskreten Zeitpunkten beobachtet werden können, während es sich in Wahrheit um kontinuierliche Größen handelt.In a further particularly advantageous embodiment, the classifier and / or the regressor contains a modeling of the combustion process in the internal combustion engine as a Gaussian process. Such a modeling is particularly well tailored to the situation that state variables of the drive train can generally only be observed at discrete points in time, while in truth they are continuous variables.
Das zuvor beschriebene Verfahren setzt nicht zwingend voraus, dass bereits Vorwissen darüber zur Verfügung steht, welche Zustandsgrößen des Antriebsstrangs besonders aussagekräftig für die Vorhersage bzw. Beurteilung der Emissionsmenge sind. Vielmehr lässt sich dieses Wissen vollständig mit maschinellem Lernen erwerben.The method described above does not necessarily require that prior knowledge is already available about which state variables of the drive train are particularly meaningful for the prediction or assessment of the emission quantity. Rather, this knowledge can be acquired entirely with machine learning.
Daher bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Trainieren eines Klassifikators und/oder Regressors für den Einsatz in dem zuvor beschriebenen Verfahren. Das Verfahren geht davon aus, dass für eine Mehrzahl zurückliegender Zeitpunkte innerhalb eines Zeithorizonts jeweils sowohl Werte mehrerer Zustandsgrößen des Antriebsstrangs als auch Werte tatsächlicher Emissionsmengen mindestens einer Substanz verfügbar sind.The invention therefore also relates to a method for training a classifier and / or regressor for use in the method described above. The method is based on the assumption that values of several state variables of the drive train as well as values of actual emission quantities of at least one substance are available for a plurality of points in time in the past within a time horizon.
Im Rahmen des Verfahrens wird für jede Zustandsgröße und jeden der zurückliegenden Zeitpunkte binär vorklassifiziert, ob der Wert der Zustandsgröße zu dem jeweiligen Zeitpunkt für die Vorhersage und/oder Beurteilung der Emissionsmenge relevant ist. Parameter, die das Verhalten des Klassifikators, und/oder des Regressors, charakterisieren, werden dahingehend optimiert, dass die als relevant vorklassifizierten Werte der Zustandsgrößen zu den jeweiligen zurückliegenden Zeitpunkten von dem Klassifikator, und/oder von dem Regressor, auf mindestens eine Ausgangsgröße abgebildet werden, die nach Maßgabe einer Modell-Kostenfunktion möglichst gut im Einklang mit den Werten der tatsächlichen Emissionsmengen steht.As part of the method, for each state variable and each of the previous points in time, it is pre-classified in binary form as to whether the value of the state variable at the respective point in time is relevant for the prediction and / or assessment of the emission quantity. Parameters that characterize the behavior of the classifier and / or the regressor are optimized in such a way that the values of the state variables pre-classified as relevant are mapped to at least one output variable at the respective previous points in time by the classifier and / or by the regressor which, according to a model cost function, is as closely as possible in line with the values of the actual emission quantities.
Es wurde erkannt, dass auf diese Weise der Aufwand für das Training eines Klassifikators und/oder Regressors, der alternativ oder zusätzlich zu aktuellen Werten der Zustandsgrößen auch verschieden lang zeitlich zurückliegende Werte der Zustandsgrößen berücksichtigt, drastisch reduzieren lässt. Der Schritt von einem stationären Modell, das nur aktuelle Werte von Zustandsgrößen berücksichtigt, zu einem dynamischen Modell, das auch zurückliegende Werte berücksichtigt, vervielfacht die Anzahl der insgesamt zu verarbeitenden Größen. Wenn beispielsweise 11 Zustandsgrößen gemessen werden, führt die Berücksichtigung von jeweils 10 zurückliegenden Zeitpunkten dazu, dass insgesamt 121 Größen zu verarbeiten sind. Insbesondere bei einem Klassifikator, der eine Modellierung als Gaußscher Prozess beinhaltet, wächst der Aufwand überproportional mit der Anzahl der Größen, von denen das Modell abhängt.It was recognized that in this way the effort for training a classifier and / or regressor, which, as an alternative or in addition to current values of the state variables, also takes into account values of the state variables that were different in the past, can be drastically reduced. The step from a stationary model, which only takes into account current values of state variables, to a dynamic model, which also takes past values into account, multiplies the total number of variables to be processed. If, for example, 11 state variables are measured, taking into account 10 previous points in time leads to a total of 121 variables to be processed. Particularly in the case of a classifier that includes modeling as a Gaussian process, the effort increases disproportionately with the number of variables on which the model depends.
Wie zuvor erläutert, sind aber nicht all diese Größen voneinander unabhängig, sondern es lassen sich einige Größen durch andere ausdrücken. Insbesondere können durch physikalische Abhängigkeiten und Zeitkonstanten der Prozesse in einer Brennkraftmaschine Werte einer Zustandsgröße zu einem ersten Zeitpunkt von Werten anderer Zustandsgrößen zu weiter zurückliegenden Zeitpunkten abhängen. Es wird daher nur ein kleiner Teil der prima facie zu berücksichtigen (in dem genannten Beispiel 121) Größen tatsächlich relevant sein. Das Weglassen der übrigen Größen verschlechtert die Genauigkeit des Klassifikators, und/oder des Regressors, nur minimal, wenn überhaupt. Dafür wird zum einen Rechenzeit eingespart, und zum anderen wird verhindert, dass die in den tatsächlich relevanten Größen steckende Information durch eine große Überzahl an weniger relevanten Größen verwässert wird.As explained above, however, not all of these quantities are independent of one another; some quantities can be expressed by others. In particular, through physical dependencies and time constants of the processes in an internal combustion engine, values of a state variable at a first point in time can depend on values of other state variables at points in time further back. Therefore, only a small part of the prima facie values to be taken into account (in the example mentioned 121) will actually be relevant. Omitting the other variables only minimally, if at all, degrades the accuracy of the classifier and / or the regressor. On the one hand, this saves computing time and, on the other hand, it prevents the information contained in the actually relevant quantities from being diluted by a large excess of less relevant quantities.
Der auf diese Weise eingesparte Rechenaufwand überkompensiert den Zusatzaufwand, der für das binäre Vorklassifizieren erforderlich ist.The computational effort saved in this way more than compensates for the additional effort that is required for the binary pre-classification.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird im Rahmen des Vorklassifizierens mindestens ein Kandidat für die Abbildung der Zustandsgrößen und zurückliegenden Zeitpunkte auf die Klassen „relevant“ und „nicht relevant“ ermittelt. Eine solche Abbildung kann beispielsweise als zweidimensionale binäre Matrix ausgedrückt werden, die jeder Zustandsgröße und jedem zurückliegenden Zeitpunkt (etwa 1 bis 10 diskrete Zeitschritte in der Vergangenheit) eine 1 für „relevant“ oder eine 0 für „nicht relevant“ zuordnet.In a particularly advantageous embodiment, at least one candidate for mapping the state variables and past times to the classes “relevant” and “not relevant” is determined as part of the pre-classification. Such a mapping can be expressed as a two-dimensional binary matrix, for example, which assigns a 1 for “relevant” or a 0 for “not relevant” to every state variable and every point in time (about 1 to 10 discrete time steps in the past).
Es wird nach Maßgabe einer Vor-Kostenfunktion bewertet, inwieweit die Vorklassifikation gemäß dem Kandidaten zutreffend ist. Der Kandidat wird optimiert mit dem Ziel, die Bewertung durch die Vor-Kostenfunktion zu verbessern.A pre-cost function is used to assess the extent to which the pre-classification is applicable to the candidate. The candidate is optimized with the aim of improving the assessment using the pre-cost function.
Die Vor-Kostenfunktion kann eine beliebige Funktion sein, die jedem Kandidaten ein Maß dafür zuordnet, inwieweit eine Vorklassifikation mit diesem Kandidaten zutreffend ist. Diese Vor-Kostenfunktion wird im Raum der Kandidaten nicht stetig sein, da eine einzelne Klassifikation eines zurückliegenden Werts einer Zustandsgröße immer nur diskret zwischen „relevant“ und „nicht relevant“ umgeschaltet werden kann. Das Optimierungsverfahren für die Optimierung des Kandidaten sollte somit keine Stetigkeit der Vor-Kostenfunktion voraussetzen, ist jedoch ansonsten nicht eingeschränkt.The pre-cost function can be any function that assigns each candidate a measure of the extent to which a pre-classification with this candidate is applicable. This pre-cost function will not be continuous in the space of the candidates, since a single classification of a previous value of a state variable can only ever be switched discretely between “relevant” and “not relevant”. The optimization method for the optimization of the candidate should therefore not require any continuity of the pre-cost function, but is otherwise not restricted.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden die gemäß dem Kandidaten als relevant klassifizierten Werte der Zustandsgrößen, in Verbindung mit den jeweiligen zurückliegenden Zeitpunkten, auf die sie sich beziehen, von einem Trainings-Klassifikator und/oder Trainings-Regressor auf mindestens eine Ausgangsgröße abgebildet. Eine Bewertung, inwieweit diese Ausgangsgröße im Einklang mit den Werten der tatsächlichen Emissionsmengen steht, geht in die Bewertung durch die Vor-Kostenfunktion ein. Für diese Bewertung reicht eine Ausgangsgröße, die den Charakter eines qualitativen Schätzwerts hat und dafür sehr schnell zu ermitteln ist, völlig aus. Die genauere Ermittlung der Ausgangsgröße, die letztendlich für die Vorhersage und/oder Beurteilung der Emissionsmenge genutzt wird, wird später durch den trainierten Klassifikator bzw. Regressor vorgenommen. Besonders vorteilhaft wird daher ein Trainings-Klassifikator bzw. Trainings-Regressor gewählt, dessen Auswertung im Vergleich zur Auswertung des zu trainierenden Klassifikators bzw. Regressors mindestens um einen Faktor 10 schneller ist.In a particularly advantageous embodiment, the values of the state variables classified as relevant according to the candidate are mapped to at least one output variable by a training classifier and / or training regressor in connection with the respective previous times to which they relate. An assessment of the extent to which this output variable is in line with the values of the actual emission quantities is included in the assessment using the pre-cost function. For this assessment, an output variable that has the character of a qualitative estimate and can therefore be determined very quickly is completely sufficient. The more precise determination of the output variable, which is ultimately used for the prediction and / or assessment of the emission quantity, is carried out later by the trained classifier or regressor. A training classifier or training regressor is therefore particularly advantageously selected, the evaluation of which is at least a factor of 10 faster than the evaluation of the classifier or regressor to be trained.
Die Vor-Kostenfunktion kann weiterhin beispielsweise ein Maß für die gegenseitige Information der Zustandsgrößen beinhalten. Hierhinter steckt die bereits zuvor erläuterte Erkenntnis, dass nicht alle Zustandsgrößen voneinander unabhängig sind, sondern beispielsweise einige Zustandsgrößen durch Kombinationen aus anderen Zustandsgrößen ausgedrückt werden können.The pre-cost function can also contain, for example, a measure for the mutual information of the state variables. This is based on the previously explained knowledge that not all state variables are independent of one another, but, for example, some state variables can be expressed by combinations of other state variables.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden die zur Verfügung stehenden Paare aus Zustandsgrößen und zurückliegenden Zeitpunkten (also etwa „Brennstoffmenge vor einer Sekunde“ oder „Brennstoffdruck vor drei Sekunden“) nacheinander binär vorklassifiziert, wobei insbesondere beispielsweise die Reihenfolge zufällig gewählt werden kann. Es wird dann also aus dem Pool von Paaren jeweils immer das nächste Paar gezogen, um dann zu entscheiden, ob die jeweilige Zustandsgröße zum jeweiligen zurückliegenden Zeitpunkt relevant ist oder nicht. Eine Vor-Klassifikation in dieser Weise ist besonders schnell und lässt sich beispielsweise auch mit einer Vor-Klassifikation, die mit einem Trainings-Klassifikator bzw. Trainings-Regressor arbeitet, kombinieren. Beispielsweise können durch eine Einzel-Beurteilung zunächst solche Paare aus Zustandsgrößen und zurückliegenden Zeitpunkten ausgeschlossen werden, die ganz offensichtlich nicht oder nur sehr schwach mit der Emissionsmenge korreliert sind. So ist es beispielsweise im Hinblick auf die Emissionsmenge vernachlässigbar, ob das Abblendlicht eingeschaltet ist.In a further particularly advantageous embodiment, the available pairs of state variables and previous points in time (that is, for example “amount of fuel a second ago” or “fuel pressure three seconds ago”) are binary preclassified one after the other, with the sequence in particular being able to be selected at random, for example. The next pair is then always drawn from the pool of pairs in order to then decide whether the respective state variable is relevant at the respective previous point in time or not. A pre-classification in this way is particularly fast and can also be carried out, for example, with a pre-classification that uses a Training classifier or training regressor works, combine. For example, by means of an individual assessment, pairs of state variables and previous points in time can initially be excluded that are obviously not or only very weakly correlated with the quantity of emissions. With regard to the amount of emissions, for example, it is negligible whether the low beam is switched on.
Das Ergebnis des Trainings ist kondensiert in der binären Vorklassifikation sowie in den letztendlich erhaltenen Parametern, die das Verhalten des Klassifikators und/oder Regressors charakterisieren. Wer diese Informationen besitzt, kann für diejenige Anwendung, auf die sie sich beziehen, unmittelbar einen Klassifikator, und/oder einen Regressor, für die Verarbeitung von Zustandsgrößen angeben und hiermit die gesuchte Vorhersage und/oder Beurteilung der Emissionsmenge ermitteln, ohne ein eigenes Training durchführen zu müssen. Insbesondere wird das Training in vielen Anwendungen nicht von der gleichen Entität durchgeführt, die auch die letztendliche Vorhersage und/oder Beurteilung ermittelt. Insbesondere bei Anwendungen an Fahrzeugen richtet sich die in ein Steuergerät des Fahrzeugs integrierte Vorhersage und/oder Beurteilung der Emissionsmenge an den Endnutzer des Fahrzeugs, der im Fehlerfall zum Aufsuchen einer Werkstatt aufgefordert werden soll. Es kann dann aber vom Endnutzer nicht erwartet werden, dass er zunächst ein Training durchführt, sondern dieses ist schon vorher vom Hersteller des Steuergeräts durchgeführt worden.The result of the training is condensed in the binary pre-classification and in the parameters ultimately obtained that characterize the behavior of the classifier and / or regressor. Anyone who has this information can directly specify a classifier and / or a regressor for the processing of state variables for the application to which they relate and thus determine the prediction and / or assessment of the emission quantity sought without performing any training to have to. In particular, in many applications the training is not performed by the same entity that determines the ultimate prediction and / or assessment. Particularly in the case of applications on vehicles, the prediction and / or assessment of the emission quantity integrated in a control unit of the vehicle is aimed at the end user of the vehicle, who should be requested to visit a workshop in the event of a fault. However, the end user cannot then be expected to carry out training first, but this has already been carried out beforehand by the manufacturer of the control device.
Daher bezieht sich die Erfindung auch auf einen mit dem Trainingsverfahren erhaltenen Parametersatz, der
- • eine binäre Vorklassifikation von Werten von Zustandsgrößen eines Antriebsstrangs mit einer Brennkraftmaschine, die sich auf mehrere zurückliegende Zeitpunkte beziehen, als relevant oder nicht relevant für die Vorhersage und/oder Beurteilung der Emissionsmenge mindestens einer Substanz im Abgas der Brennkraftmaschine, und/oder
- • Parameter, die das Verhalten eines Klassifikators und/oder Regressors charakterisieren, der Werte von Zustandsgrößen zu den jeweiligen zurückliegenden Zeitpunkten auf mindestens eine im Hinblick auf die
- A binary pre-classification of values of state variables of a drive train with an internal combustion engine, which relate to several previous points in time, as relevant or not relevant for the prediction and / or assessment of the emission quantity of at least one substance in the exhaust gas of the internal combustion engine, and / or
- • Parameters that characterize the behavior of a classifier and / or regressor, the values of state variables at the respective previous points in time to at least one with regard to the
Vorhersage und/oder Beurteilung auswertbare Ausgangsgröße abbildet, umfasst. Dieser Parametersatz ist aus den genannten Gründen ein eigenständig verkaufbares Produkt.Prediction and / or assessment depicts evaluable output variable, includes. For the reasons mentioned, this parameter set is a product that can be sold independently.
Die Verfahren können insbesondere ganz oder teilweise computerimplementiert sein. Daher bezieht sich die Erfindung auch auf ein Computerprogramm mit maschinenlesbaren Anweisungen, die, wenn sie auf einem oder mehreren Computern ausgeführt werden, den oder die Computer dazu veranlassen, eines der beschriebenen Verfahren auszuführen. In diesem Sinne sind auch Steuergeräte für Fahrzeuge und Embedded-Systeme für technische Geräte, die ebenfalls in der Lage sind, maschinenlesbare Anweisungen auszuführen, als Computer anzusehen.In particular, the methods can be implemented entirely or partially by computer. The invention therefore also relates to a computer program with machine-readable instructions which, when they are executed on one or more computers, cause the computer or computers to carry out one of the described methods. In this sense, control devices for vehicles and embedded systems for technical devices, which are also able to execute machine-readable instructions, are to be regarded as computers.
Ebenso bezieht sich die Erfindung auch auf einen maschinenlesbaren Datenträger und/oder auf ein Downloadprodukt mit dem Computerprogramm. Ein Downloadprodukt ist ein über ein Datennetzwerk übertragbares, d.h. von einem Benutzer des Datennetzwerks downloadbares, digitales Produkt, das beispielsweise in einem Online-Shop zum sofortigen Download feilgeboten werden kann.The invention also relates to a machine-readable data carrier and / or to a download product with the computer program. A download product is a digital product that can be transmitted via a data network, i.e. that can be downloaded by a user of the data network and that can be offered for immediate download in an online shop, for example.
Weiterhin kann ein Computer mit dem Parametersatz, mit dem Computerprogramm, mit dem maschinenlesbaren Datenträger bzw. mit dem Downloadprodukt ausgerüstet sein.Furthermore, a computer can be equipped with the parameter set, with the computer program, with the machine-readable data carrier or with the download product.
Schließlich kann in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung auch eine feldprogrammierbare logische Gatteranordnung (Field Programmable Gate Array, FPGA) zur Ausführung eines der beschriebenen Verfahren konfiguriert sein. FPGAs zeichnen sich speziell für den Einsatz in Fahrzeugen dadurch aus, dass sie im Verhältnis zur Rechenleistung besonders energieeffizient sind. Bei der Implementierung der beschriebenen Faktoren in einem oder mehreren Steuergeräten für ein Fahrzeug gibt es meistens Vorgaben hinsichtlich der maximalen elektrischen Leistungsaufnahme, und/oder hinsichtlich der maximal zulässigen Wärmeentwicklung.Finally, in a further particularly advantageous embodiment, a field-programmable logic gate arrangement (Field Programmable Gate Array, FPGA) can also be configured for executing one of the methods described. FPGAs are particularly suitable for use in vehicles because they are particularly energy-efficient in relation to the computing power. When implementing the factors described in one or more control units for a vehicle, there are usually specifications with regard to the maximum electrical power consumption and / or with regard to the maximum permissible heat development.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention are illustrated in more detail below together with the description of the preferred exemplary embodiments of the invention with reference to figures.
FigurenlisteFigure list
Es zeigt:
-
1 Ausführungsbeispiel des Verfahrens 100 zur Vorhersage und/oder Beurteilung der Emissionsmenge; -
2 Beispielhafter Verlauf der realen Emissionsmenge1b und dermit dem Verfahren 100 vorhergesagten Emissionsmenge 1a von NOx aus einerBrennkraftmaschine 1 ; -
3 Ausführungsbeispiel des Verfahrens 200 zum Training eines Klassifikators, und/oder eines Regressors; -
4 Beispielhaftes Ergebnis 4 desVorklassifizierens 210 für einen Antriebsstrang2 mit einer Brennkraftmaschine1 (4a) ; schematische Darstellung des Antriebsstrangs2 (4b) .
-
1 Embodiment of themethod 100 to predict and / or assess the amount of emissions; -
2 Exemplary course of thereal emission quantity 1b and the one with theprocedure 100 predicted amount ofemissions 1a of NO x from aninternal combustion engine 1 ; -
3 Embodiment of themethod 200 for training a classifier and / or a regressor; -
4th Exemplary result4th of pre-classifying210 for adrive train 2 with an internal combustion engine1 (4a) ; schematic representation of the drive train2 (4b) .
In Schritt
Gemäß Block
Gemäß Block
- •
eine Zufuhrmenge 2a des Brennstoffs, und/oder - •
ein Zufuhrdruck 2b des Brennstoffs, und/oder - •
eine Zufuhrmenge 2c von Luft, und/oder - •
eine Katalysatortemperatur 2d ineinem Abgasnachbehandlungssystem 5 , und/oder - • eine vor dem Eintritt in
das Abgasnachbehandlungssystem 5 gemessene Menge 2e der mindestens einen Substanz im Abgas, und/oder - • eine Emissionsmenge
2f der mindestens einen Substanz zu mindestens einem zurückliegenden Zeitpunkt, dieals Vorhersage 1a oder auchals Messung 1b vorliegen kann.
- • a
feed amount 2a of the fuel, and / or - • a feed pressure
2 B of the fuel, and / or - • a
feed amount 2c of air, and / or - • a
catalyst temperature 2d in anexhaust aftertreatment system 5 , and or - • one before entering the
exhaust aftertreatment system 5 measuredamount 2e the at least one substance in the exhaust gas, and / or - • a quantity of
emissions 2f the at least one substance at at least one previous point in time, which is used as aforecast 1a or as ameasurement 1b may exist.
Gemäß Block
In Schritt
In Schritt
In dem in
- • als Maßnahme
141 die Motorkontrollleuchte eines Fahrzeugs aktiviert, und/oder - • als Maßnahme
142 in progressiv kürzer werdenden Zeitabständen ein Warnton ausgegeben, und/oder - • als Maßnahme
143 mindestens ein fahrdynamisches System des Fahrzeugs angesteuert, um die Fahrdynamik des Fahrzeugs unkomfortabler zu machen, und/oder - • als Maßnahme
144 mindestens eine Einrichtung des Fahrzeugs, die den Aufenthalt im Fahrzeug angenehmer macht, deaktiviert, und/oder - • als Maßnahme
145 nach demAbschalten der Brennkraftmaschine 1 ein erneuter Start unterbunden.
- • as a measure
141 the engine control lamp of a vehicle is activated, and / or - • as a measure
142 a warning tone is issued at progressively shorter intervals, and / or - • as a measure
143 at least one driving dynamics system of the vehicle is activated in order to make the driving dynamics of the vehicle less comfortable, and / or - • as a measure
144 at least one device in the vehicle that makes staying in the vehicle more comfortable, deactivates, and / or - • as a measure
145 after switching off theinternal combustion engine 1 a restart is prevented.
In Schritt
Die gemäß der Vorklassifikation
Innerhalb des Kastens
In Schritt
Innerhalb des Kastens
Gemäß Block
- •
Drehmoment 2g , - •
Motordrehzahl 2h , - •
Ladedruck 2i und - • durch die Abgasrückführung zurückgeführte Abgasmenge 2j
- •
torque 2g , - •
engine speed 2h , - • boost
pressure 2i and - • Amount of exhaust gas recirculated by
exhaust gas recirculation 2j
Die Tabelle zeigt, dass von den Zustandsgrößen
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102017204300 A1 [0003]DE 102017204300 A1 [0003]
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