DE102019218395A1 - Verfahren zur Ermittlung einer emittierten Stoffmenge - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Stoffmenge (Em), welche durch den Betrieb einer Funktionseinheit (12) eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs emittiert wird. Dabei werden von der zu ermittelnden Stoffmenge (Em) unabhängig generierte Signale (S_sen) einer Signalquelle (18, 20) als Eingangsdaten (D_ein) an eine Datenverarbeitungsvorrichtung (26) gesendet. Die Datenverarbeitungsvorrichtung (26) enthält mindestens ein neuronales Netzwerk (NN) als ein eingelerntes Modell zur Verarbeitung der Eingangsdaten (D_ein). In der Datenverarbeitungsvorrichtung (26) werden unter Anwendung des mindestens einen neuronalen Netzwerkes (NN) Ausgangsdaten (D_aus) generiert, welche die emittierte Stoffmenge (Em) repräsentieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Stoffmenge, welche durch den Betrieb einer Funktionseinheit eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs emittiert wird.
  • Ein wesentliches Kriterium bei landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen sind Emissionen spezifischer Stoffe während des Betriebs ihres Verbrennungsmotors. Es werden Mengen oder Konzentrationen dieser emittierten Stoffe gemessen und auf Einhaltung vorbestimmter Grenzwerte geprüft.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine durch den Betrieb einer Funktionseinheit eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs emittierte Stoffmenge mit geringem technischen Aufwand zu ermitteln.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Mittels des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 wird eine Stoffmenge ermittelt, welche durch den Betrieb einer Funktionseinheit eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs emittiert wird. Dabei werden von dem zu untersuchenden Stoff bzw. der zu ermittelnden Stoffmenge unabhängig generierte Signale einer Signalquelle als Eingangsdaten an eine Datenverarbeitungsvorrichtung gesendet. Die Datenverarbeitungsvorrichtung enthält mindestens ein neuronales Netzwerk als ein eingelerntes Modell zur Verarbeitung der Eingangsdaten. Unter Anwendung des mindestens einen neuronalen Netzwerkes werden in der Datenverarbeitungsvorrichtung Ausgangsdaten generiert, welche die emittierte Stoffmenge repräsentieren.
  • Der Einsatz der Datenverarbeitungsvorrichtung mit dem mindestens einen neuronalen Netzwerk ermöglicht es, dass Eingangsdaten einerseits zuverlässig mit hoher Genauigkeit und andererseits mit geringem technischen Aufwand verarbeitet werden können. Eine derartige künstliche Intelligenz benötigt lediglich eine spezifische Definitionsphase und eine spezifische Lernphase (Trainingsphase), bis sie hinreichend genaue Ausgangsdaten für eine korrekte Ermittlung der Stoffmenge liefert. Nach Abschluss dieser Definitions- und Lernphase ist diese künstliche Intelligenz als softwarebasiertes, insbesondere algorithmenbasiertes Modell dazu geeignet, als technisches Modell und somit als Ersatz für eine technisch aufwändige und entsprechend kostenintensive Sensorik im Nutzfahrzeug eingesetzt zu werden.
  • Somit kann beispielsweise eine kostenaufwändige Sensorik zur Ermittlung einer emittierten Stickoxid-Konzentration (NOx) vermieden werden. Vielmehr kann durch eine Kombination von am Nutzfahrzeug ohnehin verfügbaren Signalen (z.B. Sensorik, Steuereinheit, CAN-Bus) mit dem mindestens einen neuronalen Netzwerk der jeweils emittierte Stoff technisch einfach und kostengünstig hinsichtlich seiner Menge ermittelt werden. Hierbei wird in der Definitions- und Lernphase das jeweilige neuronale Netzwerk bzw. Modell vorzugsweise mit Hilfe eben solcher ohnehin am Nutzfahrzeug verfügbarer Signale eingelernt. Im Betrieb der Funktionseinheit kann dann die Datenverarbeitungsvorrichtung bzw. deren mindestens eines neuronales Netzwerk als eine eingelernte, virtuelle Sensorik verwendet werden, um technisch zuverlässig und kostengünstig die betreffende Stoffmenge zu ermitteln.
  • Als ermittelte Stoffmenge sind unterschiedliche Emissionsstoffe denkbar, die jeweils hinsichtlich ihrer emittierten Menge (z.B. Konzentration, Anzahl der Partikel, Partikelstrom, Volumenstrom) untersucht bzw. geprüft werden. Die spezifische Stoffmenge kann unabhängig von ihrem Aggregatzustand (fest, flüssig, gasförmig) untersucht bzw. ermittelt werden. Auch einzelne Stoffe mit gleichzeitig mehreren Aggregatzuständen sind von einer entsprechend ausgebildeten Datenverarbeitungsvorrichtung hinsichtlich ihrer Menge überprüfbar.
  • Die Datenverarbeitungsvorrichtung und ihr mindestens eines neuronales Netzwerk können zur Untersuchung eines einzigen Stoffes und folglich zur Ermittlung einer einzigen spezifischen Stoffmenge ausgebildet sein. Alternativ ist die Datenverarbeitungsvorrichtung mit entsprechend eingelernten neuronalen Netzwerken derart ausgebildet, dass diese zur Untersuchung mehrerer unterschiedlicher spezifischer Stoffe geeignet ist.
  • Bevorzugt untersuchte Stoffe hinsichtlich ihrer emittierten Stoffmenge sind verschiedene Stickoxide NOx wie NO und NO2, Kohlendioxid (CO2) , Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (CH). Diese Stoffe sind beispielsweise bei dem Betrieb eines Verbrennungsmotors als Funktionseinheit relevant.
  • Weitere zu ermittelnde Stoffe können Ammonium (NH4) und die chemischen Elemente N, P, K sein, wobei diese Elemente in elementarer Form oder in gebundener Form ermittelt werden können, beispielsweise Stickstoffverbindungen, Nitrat (NO3) , Phosphat (P2O5) , Kali (K2O) . Diese Stoffe sind beispielsweise bei dem Ausbringen von organischem Düngemittel bzw. Gülle relevant, vorzugsweise während des Betriebs einer Befüll- oder Ausbringungseinrichtung eines Gülle-Anhängers.
  • Auch die Nitratkonzentration im Erdreich (z.B. eines Ackers oder einer Wiese) kann als eine emittierte Stoffmenge ermittelt werden. Hierbei wird die Nitratmenge bzw. Nitratkonzentration durch Ausbringen von Gülle bzw. Stickstoff in das Erdreich und nachfolgende Umwandlung im Erdreich indirekt emittiert.
  • Das Verfahren kann auf unterschiedliche Funktionseinheiten angewendet werden, welche eine zu untersuchende bzw. zu ermittelnde Stoffmenge emittieren. Insbesondere sind als Funktionseinheit ein Verbrennungsmotor oder ein Abgas-Nachbehandlungssystem des Nutzfahrzeugs denkbar. Weiterhin sind auch Anbaugeräte oder Teileinheiten davon als Funktionseinheit des landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs denkbar, da diese eine Funktion beim Arbeitseinsatz des Nutzfahrzeugs durchführen. Beispielsweise handelt es sich hierbei um eine Befüll- oder Ausbringungseinrichtung (z.B. Düse, Ventil, Leitung) für Gülle, vorzugsweise an einem Gülle-Anhänger. In allen Fällen kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine technisch aufwändige und entsprechend kostenintensive Sensorik und Messvorrichtung vermieden werden.
  • Vorzugsweise repräsentieren Signale der jeweiligen Signalquelle einen oder mehrere Parameter der Funktionseinheit. Insbesondere wird mit den Signalen ein aktueller Zustand bzw. Ist-Zustand der Funktionseinheit bezüglich eines Parameters abgebildet. Somit kann die Datenverarbeitungsvorrichtung kontinuierlich einen aktuellen Zustand der Funktionseinheit berücksichtigen.
  • Geeignete Signale als Eingangsdaten für die Datenverarbeitungsvorrichtung sind beispielsweise Parameterwerte mindestens eines der folgenden Parameter: eine Abgastemperatur der Verbrennungsgase eines Verbrennungsmotors des landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs, ein Drehmoment des Verbrennungsmotors, eine Drehzahl des Verbrennungsmotors. Weitere Parameter können Umgebungsbedingungen (z.B. Temperatur, äußerer Luftdruck) oder andere technische Parameter an der Funktionseinheit sein.
  • Die vorgenannten Parameter sind insbesondere im Falle eines Verbrennungsmotors oder eines Abgas-Nachbehandlungssystems als Funktionseinheit geeignet.
  • Im Falle einer Befüll- oder Ausbringungseinrichtung für Gülle (z.B. an einem Gülle-Anhänger angeordnet) als Funktionseinheit können als Parameter vorzugsweise die Güllezusammensetzung beeinflussende Größen (z.B. die Tierart, das Futter der Tiere, Art und/oder Dauer der Lagerung der Gülle) herangezogen werden.
  • Im Falle einer Nitratkonzentration des Erdreiches als zu ermittelnde Stoffmenge kommen, abgesehen von den vorgenannten Parametern, im Zusammenhang mit der Befüll- oder Ausbringungseinrichtung für Gülle als Funktionseinheit beispielsweise folgende Parameter in Betracht: verschiedene Wetterbedingungen, Sonneneinstrahlung, Oberflächenbeschaffenheit des betroffenen Ackers.
  • Einerseits sind die Signale der Parameter unabhängig von einer direkten Ermittlung einer Stoffmenge und stehen gleichzeitig in einem Zusammenhang mit dem aktuellen Zustand und aktuellen Eigenschaften der Funktionseinheit. Andererseits stehen diese Parameter in vielen Fällen routinemäßig, insbesondere durch herkömmliche Sensorik, am Nutzfahrzeug zur Verfügung. Somit bleibt der technische Aufwand für die Bereitstellung stoffmengenunabhängiger Signale zur Ermittlung der Stoffmenge gering.
  • Für die Generierung und Bereitstellung der stoffmengenunabhängigen Signale ist vorzugsweise mindestens ein Sensor, eine Kombination mehrerer Sensoren oder eine Steuereinheit vorgesehen. Diese Signalquellen haben den Vorteil, dass diese in vielen Fällen ohne zusätzlichen Aufwand bereits routinemäßig am Nutzfahrzeug zur Verfügung stehen. Dabei kann die Steuereinheit auch Signale eines Steuer- und/oder Datenbusses (z.B. CAN) empfangen und als stoffmengenunabhängige Signale bereitstellen. Auch aus einem Kennlinienfeld abgeleitete Sensorsignale können über die Steuereinheit bereitgestellt werden. In anderen Fällen kann der Sensor oder die Sensorik Bestandteil einer Einheit außerhalb des Nutzfahrzeugs sein, z.B. Satellit, Drohne, Wetterstation. Deren Signale bzw. Daten können dann zunächst einer Steuereinheit zugeführt werden oder als Eingangsdaten direkt an die Datenverarbeitungsvorrichtung gesendet werden. Als Eingangsdaten können auch Daten eines Datennetzwerkes (z.B. Internet) verwendet werden. Letztere Daten können ggf. zunächst einer Steuereinheit zugeführt werden, welche dann die relevanten Daten als Eingangsdaten an die Datenverarbeitungseinheit sendet.
  • Vorzugsweise werden Eingangsdaten in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen Signalen einer Signalquelle und mindestens einem vordefinierten Referenzwert an die Datenverarbeitungsvorrichtung gesendet. Hierdurch ist es möglich, dass Eingangsdaten nur in Abhängigkeit eines bestimmten Vergleichsergebnisses gesendet werden. Somit lässt sich auf Grundlage eines geeigneten Vergleichs steuern, dass eine untersuchte Stoffmenge nicht kontinuierlich, sondern nur bei spezifisch festgestellten Bedingungen ermittelt wird, nämlich nur dann, wenn die Ermittlung notwendig erscheint. Dies reduziert vorteilhaft die Anzahl der Datentransaktionen und die benötigte Rechenkapazität. Je nach verwendetem Datenübertragungsmittel wirkt diese Reduzierung auch kostensparend.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der vordefinierte Referenzwert als ein Kalibrierwert wirksam, der einen Kalibrierzustand der Funktionseinheit repräsentiert. Dieser Kalibrierzustand kann dann mit einem aktuellen Ist-Zustand der Funktionseinheit verglichen werden, der von Signalen der Signalquelle repräsentiert wird. Beispielsweise ist der Kalibrierzustand eines Verbrennungsmotors durch Referenzwerte, insbesondere nicht zu überschreitende Maximalwerte, vordefiniert, welche zuvor in einer Testphase bzw. während einer Homologation des Verbrennungsmotors gewonnen werden. Diese Referenzwerte beziehen sich beispielsweise auf ein maximales Drehmoment des Verbrennungsmotors, eine maximale Drehzahl des Verbrennungsmotors oder eine maximale Abgastemperatur der Verbrennungsgase. Ein Vergleich zwischen dem Kalibierzustand und dem Ist-Zustand ist deshalb als Vorprüfung für eine effiziente Entscheidung geeignet, ob eine emittierte Stoffmenge überhaupt ermittelt werden muss.
  • Insbesondere werden Eingangsdaten an die Datenverarbeitungsvorrichtung nur dann gesendet, wenn der Wert des Signals der Signalquelle (z.B. ein gemessenes Drehmoment des Verbrennungsmotors) größer ist als der vordefinierte Referenzwert (z.B. ein während der Homologation des Verbrennungsmotors festgelegtes maximales Drehmoment). Somit würde im Sinne einer Datensparsamkeit nur dann eine emittierte Stoffmenge ermittelt werden, wenn ein Anhaltspunkt für potentiell zu hohe Stoffmenge vorliegt.
  • Eine Anordnung zur Ermittlung einer Stoffmenge, welche durch den Betrieb einer Funktionseinheit eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs emittiert wird, weist eine Signalquelle und eine Datenverarbeitungsvorrichtung auf.
  • Die Signalquelle dient der Bereitstellung von Signalen, welche unabhängig von der Stoffmenge generiert sind. Diese Signale repräsentieren also keine Stoffmenge, bilden jedoch Eingangsdaten für die Datenverarbeitungsvorrichtung. Letztere wiederum gibt an einem Ausgang Ausgangsdaten aus, welche unter Anwendung mindestens eines in ihr implementierten neuronalen Netzwerkes generiert werden und die emittierte Stoffmenge repräsentieren. Somit kann durch eine Kombination von beispielsweise am Nutzfahrzeug ohnehin verfügbaren Signalen (z.B. Sensorik, Steuereinheit) mit dem mindestens einen neuronalen Netzwerk der jeweils emittierte Stoff technisch einfach und kostengünstig hinsichtlich seiner Menge ermittelt werden.
  • Vorzugsweise dient die Anordnung dazu, die emittierte Stoffmenge zu ermitteln und dahingehend zu überprüfen, ob diese einen vorbestimmten Grenzwert einhält. Dies kann beispielsweise ein gesetzgeberisch festgelegter Höchstwert sein, der einzuhalten ist bzw. der nicht überschritten werden darf. Zu diesem Zweck können die Ausgangsdaten der Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise einer nachgeschalteten Prüfstufe mit einem entsprechenden Vergleichsalgorithmus zugeführt werden.
  • Bei dem landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug handelt es sich insbesondere um einen Traktor bzw. Schlepper, eine Erntemaschine, einen Feldhäcksler, oder dergleichen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmende bzw. vergleichbare Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
    • 1 ein Ausführungsbeispiel einer schematisch dargestellten Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer schematisch dargestellten Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
    • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer schematisch dargestellten Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt eine Anordnung 10 mit mehreren Bestandteilen zur Ermittlung einer Stoffmenge Em, welche durch den Betrieb einer Funktionseinheit 12, 14 eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs, insbesondere eines Traktors, emittiert wird. In 1 und 2 handelt es sich bei der Funktionseinheit 12 um einen Verbrennungsmotor des Nutzfahrzeugs, während bei der Ausführungsform gemäß 3 die Funktionseinheit 14 als eine lediglich schematisch dargestellte Ausbringungseinrichtung für Gülle ausgebildet ist. Diese Ausbringungseinrichtung 14 ist Bestandteil eines Gülle-Anhängers 16, der von dem Nutzfahrzeug im Betriebseinsatz gezogen wird.
  • Gemäß 1 erfasst eine Sensorik 18 aktuelle Werte von Parametern des Verbrennungsmotors 12, beispielsweise eine Abgastemperatur T, ein Drehmoment M und eine Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 12. Die Sensorik 18 ist hier der Einfachheit halber als Überbegriff für die einzelnen erforderlichen Sensoren zur Erfassung der Parameter genannt. Die mittels der Sensorik 18 von der zu ermittelnden Stoffmenge Em unabhängig generierten Sensorsignale S_sen werden einer Steuereinheit 20 zugeführt. Die Steuereinheit 20 enthält vorzugsweise die für eine Signal- bzw. Datenverarbeitung erforderlichen Funktionalitäten wie etwa Lese- und/oder Schreibeinheit, Speichereinheit, Prozessor. Darüber hinaus werden der Steuereinheit 20 auch Signale bzw. Daten eines Daten- und/oder Steuerbusses 22 zugeführt. Dieser Bus 22 ist vorzugsweise fahrzeugseitig vorhanden, z.B. ein CAN-Bus.
  • Die Steuereinheit 20 sendet empfangene Signale bzw. Daten der Sensorik 18 und des Busses 22 ggf. in einer verarbeiteten Form als Eingangsdaten D_ein an einen Eingang 24 einer Datenverarbeitungsvorrichtung 26.
  • Alternativ können die Sensorsignale S_sen auch direkt ohne Zwischenschaltung der Steuereinheit 20 an die Datenverarbeitungsvorrichtung 26 gesendet werden.
  • Die Datenverarbeitungsvorrichtung 26 enthält mindestens ein neuronales Netzwerk NN, welches als ein eingelerntes, softwarebasiertes Modell zur Verarbeitung der Eingangsdaten D_ein ausgebildet ist. Das mindestens eine neuronale Netzwerk NN bildet gewissermaßen eine virtuelle Sensorik, welche eine direkte Messung der emittierten Stoffmenge Em ersetzt.
  • In der Datenverarbeitungsvorrichtung 26 werden unter Anwendung des mindestens einen neuronalen Netzwerkes NN Ausgangsdaten D_aus generiert, welche an einem Ausgang 28 der Datenverarbeitungsvorrichtung 26 anstehen und die emittierte Stoffmenge Em repräsentieren.
  • Die Ausgangsdaten D_aus werden einer Prüfstufe 30 zugeführt, in der die Ausgangsdaten D_aus ggf. in einer weiterverarbeiteten Datenform mit einem vorbestimmten Grenzwert W_gr verglichen werden. Der Vergleich dient einer Überprüfung, ob mit dem Wert der Ausgangsdaten D_aus - und folglich mit dem Wert der rechnerisch ermittelten Stoffmenge Em - der vorbestimmte Grenzwert W_gr eingehalten, insbesondere nicht überschritten wird. In der Prüfstufe 30 können auch von dem Vergleichsergebnis abhängige Informationen für Benutzer oder für Dritte generiert und ausgegeben werden. Weiterhin können in der Prüfstufe 30 Maßnahmen veranlasst werden, beispielsweise durch Ausgabe entsprechender Steuersignale.
  • Die Anordnung gemäß 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 1 im Wesentlichen dadurch, dass in der Steuereinheit 20 Signale S_sen der Sensorik 18 während eines Vergleichsschrittes S1 mit einem vordefinierten Referenzwert W_ref verglichen werden. Eingangsdaten D_ein werden in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses in dem Vergleichsschritt S1 an die Datenverarbeitungsvorrichtung 26 gesendet.
  • In dem Ausführungsbeispiel entspricht der Referenzwert W_ref einem Kalibrierwert W_kal, welcher einen Kalibrierzustand des Verbrennungsmotors 12 repräsentiert. Der Kalibrierzustand wird zuvor mittels einer Testphase bzw. einer Homologation des Verbrennungsmotors 12 definiert. Mit anderen Worten wird hierdurch ein zulässiger Arbeitsbereich für den Verbrennungsmotor 12 definiert. Der Kalibrierwert W_kal entspricht deshalb beispielsweise einer maximal zulässigen Abgastemperatur T_max, einem maximal zulässigen Drehmoment M_max oder einer maximal zulässigen Drehzahl n_max des Verbrennungsmotors 12.
  • Signale S_sen der Sensorik 18 repräsentieren einen erfassten Ist-Zustand des Verbrennungsmotors 12, da die Sensorik 18 aktuelle Werte einzelner Parameter des Verbrennungsmotors 12, z.B. die aktuelle Abgastemperatur T, das aktuelle Drehmoment M und/oder die aktuelle Motordrehzahl n erfasst.
  • Somit wird in dem Vergleichsschritt S1 der Kalibrierzustand des Verbrennungsmotors 12 mit seinem Ist-Zustand bezüglich ausgewählter Parameter verglichen. Ergibt der Vergleich, dass der aktuelle Wert des ausgewählten Parameters den vordefinierten Referenzwert W_ref bzw. den Kalibrierwert W_kal nicht überschreitet (das bedeutet S_sen ≤ W_ref), entscheidet die Steuereinheit 20, keine Eingangsdaten D_ein an die Datenerarbeitungsvorrichtung 26 zu senden. Ergibt der Vergleich hingegen, dass der aktuelle Wert des betrachteten Parameters den vordefinierten Referenzwert W_ref bzw. den Kalibrierwert W_kal überschreitet (das bedeutet S_sen > W_ref), veranlasst die Steuereinheit 20, Eingangsdaten D_ein an die Datenerarbeitungsvorrichtung 26 zu senden. Zu diesem Zweck kann dem JA-Ausgang des Vergleichsschrittes S1 der Binärwert J = 1 zugeordnet sein, welcher durch seine Verarbeitung in einem UND-Operator AND die Steuereinheit 20 veranlasst, die Eingangsdaten D_ein abzusenden.
  • Somit werden mittels des Vergleichsschrittes S1 Eingangsdaten D_ein nur dann an die Datenverarbeitungsvorrichtung 26 gesendet, wenn ein Betrieb des Verbrennungsmotors 12 außerhalb seines Kalibrierzustandes festgestellt worden ist. Nur dann besteht die Möglichkeit, dass eine zu hohe emittierte Stoffmenge Em entsteht, welche deshalb mittels der Datenverarbeitungsvorrichtung 26 berechnet wird. Der Vergleichsschritt S1 vermeidet deshalb unnötige Datentransaktionen, wenn der Verbrennungsmotor 12 innerhalb seines vordefinierten Kalibrierzustandes arbeitet.
  • Bei den Ausführungsformen gemäß 1 und 2 ermittelt die Anordnung 10 eine emittierte Stoffmenge Em mindestens eines der Stoffe NO, NO2, CO2, CO, HC. Diese Stoffe sind im Zusammenhang mit einem Betrieb des Verbrennungsmotors 12 von Interesse.
  • Im Gegensatz dazu ermittelt die Anordnung 10 gemäß 3 eine emittierte Stoffmenge Em im Zusammenhang mit der Ausbringung von Gülle auf eine landwirtschaftliche Fläche. Beispielsweise wird hierbei die Stoffmenge Em mindestens eines der Stoffe Ammonium (NH4), Phosphat (P2O5) , Kali (K2O), Stickstoff (N), Nitrat (NO3) ermittelt.
  • Auch bei der Ausführungsform gemäß 3 werden Signale unabhängig von der zu ermittelnden Stoffmenge Em generiert und in der Steuereinheit 20 in ggf. verarbeiteter Form bereitgestellt, um danach als Eingangsdaten D_ein an die Datenverarbeitungsvorrichtung 26 gesendet zu werden. Entsprechend dem Anwendungszweck in 3 ist das neuronale Netzwerk NN spezifisch darauf eingelernt, als virtuelle Sensorik einen durch ausgebrachte Gülle emittierten Stoff (z.B. NH4, P2O5, K2O, N, NO3) hinsichtlich der emittierten Menge zu berechnen bzw. zu ermitteln.
  • Die von der Steuereinheit 20 bereitgestellten Signale basieren auf Sensorsignale S_sen und/oder auf Signale bzw. Daten eines Datennetzwerkes 32 (z.B. Internet). Letzteres kann beispielsweise dazu dienen, dass ein Landwirt bzw. Benutzer eine die Güllezusammensetzung beeinflussende Größe G_g als Parameter an die Steuereinheit 20 übermittelt. Diese Größe G_g kann auch automatisch als Daten aus einer Datenbank oder als Sensorsignale über das Datennetzwerk 32 an die Steuereinheit 20 übermittelt werden.
  • Bei der die Güllezusammensetzung beeinflussenden Größe G_g handelt es sich vorzugsweise um eine die Gülle erzeugende Tierart, das Futter der Tiere oder auch die Art und/oder Dauer der Lagerung der Gülle.
  • Im Falle einer Nitratkonzentration im Erdreich 34 als zu ermittelnde Stoffmenge Em kommen abgesehen von den vorgenannten Größen G_g als Parameter beispielsweise folgende Parameter in Betracht: Wetterbedingungen, Sonneneinstrahlung, Oberflächenbeschaffenheit des betroffenen Ackers 36. Die Werte dieser Parameter werden vorzugsweise mittels einer geeigneten Sensorik 18' erfasst. Diese Sensorik 18' enthält mindestens einen Sensor und kann zumindest teilweise Bestandteil einer oder mehrerer Einheiten außerhalb des betriebenen Nutzfahrzeugs sein, z.B. Satellit, Drohne, Wetterstation. Deren Signale bzw. Daten S_sen werden dann der Steuereinheit 20 zugeführt.
  • Die Nitratkonzentration im Erdreich 34 kann ebenfalls als eine emittierte Stoffmenge Em ermittelt werden. Hierbei wird die Nitratmenge bzw. -konzentration durch Ausbringen von Gülle bzw. Stickstoff in das Erdreich 34 und nachfolgende Umwandlung im Erdreich 34 indirekt emittiert.
  • In 3 werden die die jeweils emittierte Stoffmenge Em repräsentierenden Ausgangsdaten D_aus der Datenverarbeitungsvorrichtung 26 wiederum einer Prüfstufe 30 zugeführt. Hinsichtlich der Funktion der Prüfstufe 30 in 3 wird auf die Erläuterungen zur Ausführungsform gemäß 1 verwiesen.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Ermittlung einer Stoffmenge (Em), welche durch den Betrieb einer Funktionseinheit (12, 14) eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs emittiert wird, wobei - von der zu ermittelnden Stoffmenge (Em) unabhängig generierte Signale (S_sen) einer Signalquelle (18, 18', 20) als Eingangsdaten (D_ein) an eine Datenverarbeitungsvorrichtung (26) gesendet werden, - die Datenverarbeitungsvorrichtung (26) mindestens ein neuronales Netzwerk (NN) als ein eingelerntes Modell zur Verarbeitung der Eingangsdaten (D_ein) enthält, und - in der Datenverarbeitungsvorrichtung (26) unter Anwendung des mindestens einen neuronalen Netzwerkes (NN) Ausgangsdaten (D_aus) generiert werden, welche die emittierte Stoffmenge (Em) repräsentieren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die emittierte Stoffmenge (Em) aus einer Gruppe der folgenden Stoffe ausgewählt ist: NOx, CO2, CO, HC, N, NH4, P, K.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit aus einer Gruppe der folgenden Einheiten ausgewählt ist: - ein Verbrennungsmotor (12), - ein Abgas-Nachbehandlungssystem, - eine Befüll- oder Ausbringungseinrichtung (14) für Gülle.
  4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Signale (S_sen) der Signalquelle (18, 18', 20) einen Parameter (T, M, n, G_g) der Funktionseinheit (12, 14) repräsentieren.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Signale (S_sen) der Signalquelle (18, 20) Werte mindestens eines der folgenden Parameter repräsentieren: - eine Abgastemperatur (T), - ein Drehmoment (M) eines Verbrennungsmotors (10), - eine Drehzahl (n) eines Verbrennungsmotors (10), - eine die Güllezusammensetzung beeinflussende Größe (G_g) .
  6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der zu ermittelnden Stoffmenge (Em) unabhängig generierte Signale (S_sen) von mindestens einer der folgenden Signalquellen bereitgestellt werden: - mindestens einem Sensor (18, 18'), - einer Steuereinheit (20).
  7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Eingangsdaten (D_ein) in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen Signalen (S_sen) einer Signalquelle (18, 20) und mindestens einem vordefinierten Referenzwert (W_ref) an die Datenverarbeitungsvorrichtung (26) gesendet werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass - der vordefinierte Referenzwert (W_ref) als ein Kalibrierwert (W_kal) einen Kalibrierzustand der Funktionseinheit (12) repräsentiert, und - ein Signal (S_sen) der Signalquelle (18, 20) einen Ist-Zustand der Funktionseinheit (12) repräsentiert.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Eingangsdaten (D_ein) an die Datenverarbeitungsvorrichtung (26) gesendet werden, wenn der Wert des Signals (S_sen) der Signalquelle (18, 20) größer ist als der vordefinierte Referenzwert (W_ref).
  10. Anordnung (10) zur Ermittlung einer Stoffmenge (Em), welche durch den Betrieb einer Funktionseinheit (12, 14) eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs emittiert wird, mit - einer Signalquelle (18, 18', 20) zur Bereitstellung von Signalen (S_sen), welche unabhängig von der zu ermittelnden Stoffmenge (Em) generiert sind, - einer Datenverarbeitungsvorrichtung (26), welche die Signale (S_sen) als Eingangsdaten (D_ein) empfängt und mindestens ein neuronales Netzwerk (NN) als ein eingelerntes Modell zur Verarbeitung der Eingangsdaten (D_ein) enthält, und - einem Ausgang (28) der Datenverarbeitungsvorrichtung (26) zur Ausgabe von Ausgangsdaten (D_aus), welche unter Anwendung des mindestens einen neuronalen Netzwerkes (NN) generiert die emittierte Stoffmenge (Em) repräsentieren.
  11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Überprüfung der Einhaltung eines vorbestimmten Grenzwertes (W_gr) der emittierten Stoffmenge (Em) verwendet wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021211865A1 (de) 2021-10-21 2023-04-27 Bull Sas Verfahren zur Ermittlung der von einem technischen System erzeugten Schadstoffmenge sowie Fahrzeug eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6882929B2 (en) * 2002-05-15 2005-04-19 Caterpillar Inc NOx emission-control system using a virtual sensor
DE102011012238A1 (de) * 2010-03-02 2011-12-01 Gm Global Technology Operations Llc (N.D.Ges.D. Staates Delaware) Engine-out nox virtual sensor for an internal combustion engine
DE112009003516T5 (de) * 2008-11-26 2012-05-31 Caterpillar Inc. Motorsteuerungssystem mit emissionsbasierter Anpassung
DE102019102835A1 (de) * 2018-02-05 2019-08-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Steuervorrichtung eines Verbrennungsmotors

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1402935A1 (de) * 2002-09-20 2004-03-31 Ford Global Technologies, Inc. Kontrollverfahren eines Filters und Vorrichtung
US7530220B2 (en) * 2005-03-10 2009-05-12 International Engine Intellectual Property Company, Llc Control strategy for reducing fuel consumption penalty due to NOx adsorber regeneration
US20070233326A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-04 Caterpillar Inc. Engine self-tuning methods and systems
US8478506B2 (en) * 2006-09-29 2013-07-02 Caterpillar Inc. Virtual sensor based engine control system and method
JP4876057B2 (ja) * 2007-11-20 2012-02-15 株式会社日立製作所 プラントの制御装置、及び火力発電プラントの制御装置
US20090300422A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-03 Caterpillar Inc. Analysis method and system using virtual sensors
DE102008057494A1 (de) * 2008-11-15 2009-07-02 Daimler Ag Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors
DE102011009179A1 (de) * 2011-01-21 2012-07-26 Huber Fahrzeugtechnik Verarbeitungssystem für eine Abgasnachbehandlungsanlage und Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage
EP2574763A1 (de) * 2011-09-30 2013-04-03 Volvo Car Corporation Verfahren und Anordnung zur Schätzung der NOx-Emission
DE102016215900A1 (de) * 2016-08-24 2018-03-01 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Ermittlung von Emissionen eines Fahrzeugs und System zur Durchführung des Verfahrens
CN107577910B (zh) * 2017-08-24 2020-04-03 中国科学技术大学 一种基于深层次神经网络的车辆尾气浓度反演方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6882929B2 (en) * 2002-05-15 2005-04-19 Caterpillar Inc NOx emission-control system using a virtual sensor
DE112009003516T5 (de) * 2008-11-26 2012-05-31 Caterpillar Inc. Motorsteuerungssystem mit emissionsbasierter Anpassung
DE102011012238A1 (de) * 2010-03-02 2011-12-01 Gm Global Technology Operations Llc (N.D.Ges.D. Staates Delaware) Engine-out nox virtual sensor for an internal combustion engine
DE102019102835A1 (de) * 2018-02-05 2019-08-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Steuervorrichtung eines Verbrennungsmotors

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021211865A1 (de) 2021-10-21 2023-04-27 Bull Sas Verfahren zur Ermittlung der von einem technischen System erzeugten Schadstoffmenge sowie Fahrzeug eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens

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