DE102021113982A1

DE102021113982A1 - Verfahren zum Betreiben eines eine Verbrennungskraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs, Steuereinheit und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021113982A1
Application number: DE102021113982.1A
Authority: DE
Inventors: Philipp Tiefenbacher; Jens Kohl; Tobias Billinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2022-12-01

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben eines eine Verbrennungskraftmaschine (1) aufweisenden Kraftfahrzeugs (2), wobei (S1) ein vorkonfiguriertes Emissionsmodell (4, 14) mit einer Menge (5) von vorgegebenen Aktionen (A), einer Menge (6) von vorgegebenen Kenngrößen (K) sowie einem Soll-Abgaswert (A) bereitgestellt wird. S2: Ein Ist-Abgaswert (λ1, λ2) wird gemessen. S3: Eine der Abgasnachbehandlungseinrichtung (19) bereitgestellte Luftmenge wird gemäß dem Emissionsmodell (4, 14) geändert. S4: Die ausgeführte Aktion (A) wird mittels einer Belohnungsfunktion positiv belohnt (B+) oder negativ belohnt (B-), je nachdem ob durch die entsprechende Aktion (A) eine Differenz zwischen dem Ist-Abgaswert (λ1, λ2) und dem Soll-Abgaswert (A) verringert oder vergrößert wurde. S5: Basierend auf der Belohnung (B+, B-) wird das Emissionsmodell (4, 14) mittels eines verstärkenden Lernalgorithmus angepasst wird, und (S6) das Verfahren wird ab S2 erneut durchgeführt. Die Erfindung betrifft weiter eine Steuereinheit (3) und ein Kraftfahrzeug (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines eine Verbrennungskraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, Schritte des Verfahrens durchzuführen. Überdies betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine und mit einer solchen Steuereinheit ausgerüstet ist.
Es besteht heutzutage der Bedarf, einen Emissionsausstoß von Kraftfahrzeugen immer weiter zu reduzieren. Grenzwerte für einen maximal erlaubten Emissionsausstoß werden von gesetzlicher Seite immer niedriger angesetzt. Dies gilt insbesondere für Kraftfahrzeuge, die mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgerüstet sind. Der Emissionsausstoß einer Verbrennungskraftmaschine hängt von vielen internen und externen Faktoren ab. Derzeit ist es bekannt, Verbrennungskraftmaschinen bzw. mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgestattete Kraftfahrzeuge, zum Beispiel mittels eines Prüfstands, auf möglichst vorteilhafte Motoremissionen hin zu optimieren. Mittels eines solchen Antriebs- und/oder Motorprüfstands wird die entsprechende Brennungskraftmaschine bzw. das entsprechende Kraftfahrzeug dahingehend optimiert, dass sich die in Betrieb der Verbrennungskraftmaschine entstehenden Emissionen innerhalb gesetzlicher Rahmenbedingungen bewegen. Hierbei werden verschiedene Kenngrößen (skalare Kennwerte, zweidimensionale Kennlinien und n-dimensionale Kennfelder) in einer Steuereinheit der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise einem Motorsteuergerät, angepasst/kalibriert. So wird Einfluss auf die Verbrennung der Verbrennungskraftmaschine und somit auf die entstehenden Abgase (CO_x, NO_x) genommen. Ein solcher Vorgang wird als „Emissionsapplikation“ bezeichnet. Die hohe Anzahl von Kenngrößen, klimatische Bedingungen im designierten Einsatzland (Heißland, Kaltland etc.) sowie länderspezifische, insbesondere gesetzliche Emissionsvorgaben führen zu einer schwer beherrschbaren Variantenvielfalt, wodurch die Emissionsapplikation heutzutage besonders aufwendig ist. Ein optimales Regeln einer Abgasnachbehandlungseinrichtung der Verbrennungskraftmaschine, um minimale Emissionen zu erhalten, ist dementsprechend komplex. Bekannt sind Regelungen für Abgasnachbehandlungseinrichtungen, die auf Modellen des maschinellen Lernens basieren. Hierbei sind aber für jedes denkbare Einsatzszenario der Verbrennungskraftmaschine umfangreiche Daten (aus Prüfstandsläufen, aus Realtestfahrten etc.) aufzunehmen. Dies ist aber praktisch nicht umsetzbar, da die Emissionen vom Typ der Verbrennungskraftmaschine, vom Typ des Kraftfahrzeugs, von Umweltbedingungen, von einem Alterungs- bzw. Verschleißzustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder des Kraftfahrzeugs etc. abhängen. Maschinelle Lernmodelle, die Supervised Learning (überwachtes Lernen) einsetzen („Supervised-Learning-Modelle“), erfordern aufgezeichnete Daten sowie vorgegebene Zielgrößen. Kommt ein bestimmtes Einsatzszenario in diesen aufgezeichneten Daten nicht vor, ist überwachtes Lernen nicht in der Lage, zweckmäßig zu reagieren. Denn ein Supervised-Learning-Modell wird trainiert und ist nach diesem Training statisch, wodurch das Modell nicht an sich ändernde Einflussgrößen anpassbar ist. Beispiele für solche sich ändernde Eiflussgrößen sind Alterung von Teilen/Bauelementen, Wetterbedingungen etc. Zudem sind Supervised-Learning-Modelle nach dem Training nicht an individuelle Fahrer anpassbar, deren tatsächliches Verhalten von dem trainierten Verhalten abweicht. Demnach stoßen überwachte Lernmodelle zum Regeln von Abgasnachbehandlungseinrichtungen an ihre Grenzen.
Die DE 10 2019 125 960 B3 offenbart ein Verfahren zum Kalibrieren einer Zylinderluftfüllung in zumindest einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine. Hierbei kommt ein Lernverstärkungs-Agent zum Einsatz, der für einen bestimmten Zustand aus einer Menge verfügbarer Zustände eine Aktion aus einer Menge verfügbarer Aktionen auswählt. Ein derartiger Lernverstärkungs-Agent kommt auch bei einem herkömmlichen Verfahren zum Kalibrieren einer Abgastemperatur einer Verbrennungskraftmaschine zum Einsatz, das durch die DE 10 2019 125 961 A1 offenbart ist. Die US 2020 063 681 A1 offenbart ein Verfahren zum Verwalten von Luft- und Kraftstoffsystem-Referenzen für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei ein Steuern einer Lufthandhabung und eines Kraftstoffsystems gemäß Werten erfolgt, die mittels eines verstärkenden Lernalgorithmus erzeugt wurden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Betrieb eines Kraftfahrzeugs, das eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, besonders emissionsarm zu gestalten.
Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Werden im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuereinheit und/oder des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs genannt, gelten diese als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuereinheit und/oder des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und umgekehrt. Dabei umfassen/umfasst die erfindungsgemäße Steuereinheit und/oder das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug Mittel zum Durchführen von Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben eines eine Verbrennungskraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs ausgebildet. Bei der Verbrennungskraftmaschine handelt es sich insbesondere um eine Hubkolbenmaschine, beispielsweise um einen Ottomotor, einen Dieselmotor etc. Das Kraftfahrzeug ist zum Beispiel als Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen ausgebildet. Dabei kann es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein zumindest teilweise elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeug, handeln.
In einem Schritt S1 des Verfahrens wird ein vorkonfiguriertes Emissionsmodell bereitgestellt, das eine Menge von vorgegebenen Aktionen, eine Menge von vorgegebenen Kenngrößen sowie wenigstens einen Soll-Abgaswert aufweist.
Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt S2, bei welchem ein erster Ist-Abgaswert eines mittels der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßenen Abgases stromab und/oder ein zweiter Ist-Abgaswert stromauf einer Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt, zum Beispiel gemessen werden/wird. Zum Messen des Ist-Abgaswerts oder der Ist-Abgaswerte kommt beispielsweise eine Abgassensorik des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, zum Einsatz, wobei die Abgassensorik wenigstens einen Abgassensor aufweist. Der jeweilige Abgassensor ist dazu ausgebildet, einen Lambdawert, einen CO_x-Wert, einen NO_x-Wert etc. des in Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßenen Abgases zu messen. Der erste und/oder der zweite Ist-Abgaswert können/kann ferner anderweitig ermittelt, zum Beispiel geschätzt werden. Bei dem jeweiligen Ist- bzw. Soll-Abgaswert handelt es sich zum Beispiel um Menge einer Abgaskomponente, etwa um eine CO-Menge, um eine CO₂-Menge, um eine NOx-Menge, um eine Partikelmenge, um einen Lambdawert etc.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung ist Teil der Verbrennungskraftmaschine. Des Weiteren weist die Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Beispiel einen Drei-Wege-Katalysator, einen Oxidationskatalysator, einen NO_x-Speicherkatalysator, einen selektiv-katalytisch wirkenden Reduktionskatalysator und/oder einen Partikelfilter auf.
Zum Beeinflussen des jeweiligen Ist-Abgaswerts wird in einem Schritt S3 des Verfahrens eine der Abgasnachbehandlungseinrichtung bereitgestellte Luftmenge gemäß dem Emissionsmodell geändert, indem ein die Luftmenge beeinflussender Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, anhand einer der in dem Emissionsmodell hinterlegten Aktionen verändert wird. Beispielsweise wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch angefettet oder abgemagert, eine Frischluftmenge, die der Abgasnachbehandlungseinrichtung direkt bereitgestellt wird, erhöht oder verringert, eine Menge eines Abgases, das mittels einer Abgasrückführungseinrichtung ansaugseitig bereitgestellt wird, erhöht oder verringert, ein Zündwinkel der Verbrennungskraftmaschine verstellt etc. Bei dem Verfahren kann weiter vorgesehen sein, dass zum Beeinflussen des Ist-Abgaswerts bzw. der Ist-Abgaswerte mehr als eine der in dem Emissionsmodell hinterlegten Aktionen gleichzeitig durchgeführt werden.
In einem Schritt S4 des Verfahrens wird die ausgeführte Aktion bzw. werden die ausgeführten Aktionen, mittels derer der die Luftmenge beeinflussende Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs im Schritt S3 verändert wurde, anhand einer Belohnungsfunktion belohnt bzw. bewertet. Dabei wird die ausgeführte Aktion positiv belohnt, wenn eine Differenz zwischen dem Ist-Abgaswert und dem Soll-Abgaswert durch die entsprechend geänderte Luftmenge verringert wird. Dahingegen wird die ausgeführte Aktion bzw. werden die ausgeführten Aktionen, mittels derer der die Luftmenge beeinflussende Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs im Schritt S3 verändert wurde, negativ belohnt, wenn die Differenz zwischen dem Ist-Abgaswert und dem Soll-Abgaswert durch die entsprechend geänderte Luftmenge vergrößert wird.
Basierend auf der in Schritt S4 verliehenen Belohnung wird in einem weiteren Schritt S5 des Verfahrens das Emissionsmodell mittels eines verstärkenden Lernalgorithmus (Reinforcement Learning) angepasst. Das bedeutet, dass das Verfahren generell als Reinforcement-Learning-Verfahren ausgebildet ist. Hierzu kann das vorkonfigurierte Emissionsmodell den verstärkenden Lernalgorithmus aufweisen. Dem verstärkenden Lernalgorithmus ist hierbei eine Richtlinie zugrunde gelegt, sodass der verstärkende Lernalgorithmus nach der höchstmöglichen Belohnung strebt. Dabei geht die höchstmöglich zu erwartende Belohnung mit einer besonders geringen Differenz zwischen dem Ist-Abgaswert und dem Soll-Abgaswert einher. Unter einem Anpassen des Emissionsmodells ist beispielsweise ein Ändern der Menge der vorgegebenen Aktionen, ein Ändern der vorgegebenen Aktionen, ein Ändern der Menge der vorgegebenen Kenngrößen, ein Ändern der vorgegebenen Kenngrößen, ein Ändern des Soll-Abgaswerts bzw. der Soll-Abgaswerte etc. zu verstehen.
Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt S6, in welchem die Schritte ab Schritt S2 mit dem angepassten Emissionsmodell erneut durchgeführt werden. Das bedeutet, dass der Schritt S6 des Verfahrens das Messen des Ist-Abgaswerts bzw. der Ist-Abgaswerte, das Beeinflussen des jeweiligen Ist-Abgaswerts, das Bewerten bzw. Belohnen der ausgeführten Aktionen sowie das Anpassen des Emissionsmodells umfasst. Insoweit werden zumindest die Schritte S2 bis S6 nach dem Prinzip „Closed Loop“ durchgeführt bzw. durchlaufen. Der Schritt S6 des Verfahrens wird zum Beispiel so oft durchgeführt, bis eine Endbedingung, beispielsweise eine Grenzdifferenz zwischen dem Ist-Abgaswert und dem Soll-Abgaswert, erreicht oder unterschritten wird. Es ist dann denkbar, dass aufgrund des Vorliegens der Endbedingung sich an den Schritt S6 ein anderer Schritt als der Schritt S2 anschließt.
Das Kraftfahrzeug, insbesondere die Verbrennungskraftmaschine, weist beispielsweise eine Steuereinheit auf, die dazu ausgebildet ist, das Verfahren zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine durchzuführen. Bei der Steuereinheit kann es sich zum Beispiel um ein Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs handein. Dabei ist das Motorsteuergerät bzw. die Steuereinheit insbesondere dazu ausgebildet, eine Luftzufuhr, die der Abgasnachbehandlungseinrichtung im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt wird, zu steuern bzw. zu regeln.
Beim Bereitstellen des Emissionsmodells und/oder bei den weiteren Schritten des Verfahrens ist es möglich, dem verstärkenden Lernalgorithmus, insbesondere dessen Richtlinie, die vorgegebenen Aktionen, die vorgegebenen Kenngrößen etc. anzupassen bzw. zu verändern, um den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine derart auszubilden, dass das Emissionsverhalten vorgegebenen Randbedingungen, zum Beispiel gesetzlichen Bestimmungen, klimatischen Verhältnissen etc., entspricht. Das Verfahren ist in vorteilhafter Weise besonders dynamisch und besonders effizient, wodurch ein besonders schnelles Anpassen des Emissionsmodells und infolgedessen ein besonders schnelles Beeinflussen des Ist-Abgaswerts in Richtung hin zu dem Soll-Abgaswert erreicht wird. Das bedeutet, dass aufgrund des Verfahrens ein unerwünscht hoher Emissionsausstoß der Verbrennungskraftmaschine hocheffizient bzw. hochdynamisch verhindert oder beseitigt wird.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird das vorkonfigurierte Emissionsmodell mit einer oder mehr der folgenden Kenngrößen bereitgestellt, die eine Umgebung - insbesondere eine vorgegebene Testumgebung und/oder eine Realbetriebsumgebung - des Kraftfahrzeugs charakterisieren: Lufttemperatur und/oder Luftdruck. So sind dem Verfahren weitere Größen bereitgestellt, welche zumindest indirekt den Ist-Abgaswert beeinflussen. So lässt sich mittels des Verfahrens, beispielsweise im Schritt S6, noch effizienter das Emissionsmodell anpassen, was zu einer erhöhten Abgasgüte führt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird - zum Beispiel in der vorgegebenen Testumgebung, etwa mittels eines Prüfstands - die Belohnungsfunktion, mittels derer die ausgeführte Aktion bewertet wird, an eine designierte Realbetriebsumgebung, beispielsweise an ein designiertes Einsatzland, der Verbrennungskraftmaschine angepasst. Hierunter ist zu verstehen, dass die Belohnungsfunktion zum Beispiel an Emissionsschutzgesetze, klimatische Bedingungen etc. angepasst wird. Das bedeutet, je nach Einsatzland bzw. je nach Realbetriebsumgebung der Verbrennungskraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs kann ein und dieselbe Aktion, die in dem Emissionsmodell vorgegeben ist, unterschiedlich belohnt und/oder unterschiedlich gewichtet belohnt werden. Hieraus resultiert ein auf die designierte Realbetriebsumgebung abgestimmtes und besonders effizientes Verringern des Emissionsausstoßes der Verbrennungskraftmaschine.
Bei dem Verfahren ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass - insbesondere in der vorgegebenen Testumgebung oder in der Realbetriebsumgebung - der Ist-Abgaswert mittels einer Abgassensorik - beispielsweise mittels der bereits weiter oben erwähnten Abgassensorik - gemessen wird. Die Abgassensorik weist insbesondere einen NO_x-Sensor, einen COx-Sensor und/oder einen Lambdasensor etc. auf. Basierend auf einem mittels der Abgassensorik erzeugten Sensorwert wird die Belohnungsfunktion angepasst. Auf diese Weise ist es mittels des Verfahrens ermöglicht, ein besonders vorteilhaftes Verbrennungs-Emissionierungsverhältnis zu erreichen, sodass die Verbrennungskraftmaschine bzw. das Kraftfahrzeug im Betrieb besonders wenige Emissionen ausstößt. Alternativ oder zusätzlich kann der Abgaswert geschätzt werden, was weiter unten noch genauer dargelegt wird.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass - insbesondere in der vorgegebenen Testumgebung oder in der Realbetriebsumgebung - die Kenngrößen des Emissionsmodells an die designierte Realbetriebsumgebung der Verbrennungskraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs angepasst werden. So ist das Verfahren noch genauer an die designierte Realbetriebsumgebung der Verbrennungskraftmaschine anpassbar, indem zum Beispiel eine entsprechende Kenngröße bzw. entsprechende Kenngrößen des Emissionsmodells angepasst werden, die eine zu erwartende Lufttemperatur und/oder einen zu erwartenden Luftdruck etc. in der designierten Realbetriebsumgebung, beispielsweise in dem designierten Einsatzland, charakterisieren.
Bei dem Verfahren ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass - insbesondere, wenn das Kraftfahrzeug in der Realbetriebsumgebung betrieben wird - ein Betriebswert des Kraftfahrzeugs in Schritt S3 zum Auswählen der in dem Emissionsmodell hinterlegten Aktion bereitgestellt wird, mit der die der Abgasnachbehandlungseinrichtung bereitgestellte Luftmenge, insbesondere eine Menge eines Kraftstoff-Luft-Gemisches, geändert wird. Dabei charakterisiert der Betriebswert einen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs, indem einer oder mehr der folgenden Werte gemessen wird/werden (Aufzählung ist nicht abschließend): Temperatur der Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs; Druck der Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs; Verschleiß- bzw. Alterungszustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung; Fahrgeschwindigkeit; Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine; Zündwinkel; Kraftstoff-Luft-Gemisch-Qualität. Die genannten und/oder evtl. weitere Werte des Kraftfahrzeugs haben zumindest indirekt Einfluss auf die Abgasqualität der Verbrennungskraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs. Somit ist es mittels des Verfahrens ermöglicht, ein jeweiliges Emissionsmodell bereitzustellen, das ganz spezifisch an ein bestimmtes Kraftfahrzeug und/oder an einen bestimmten Fahrer des Kraftfahrzeugs (Fahrstil) angepasst ist oder wird. Das bedeutet, es wird eine optimale Emissionierung erreicht, wobei die Aktion, die zum Beeinflussen des Ist-Abgaswerts herangezogen werden/wird, besonders genau an das entsprechende Kraftfahrzeug und/oder an den das Kraftfahrzeug bedienenden Fahrer angepasst ist.
Es ist des Weiteren denkbar, dass zum Bereitstellen des vorkonfigurierten Emissionsmodells alternativ oder zusätzlich zu den bereits oben dargelegten Kenngrößen der Betriebswert des Kraftfahrzeugs, insbesondere eine oder mehr der den Betriebswert beschreibenden Werte herangezogen wird/werden.
Bei dem Verfahren ist - gemäß einer weiteren Ausgestaltung - vorgesehen, dass für einen jeweiligen Typ der Verbrennungskraftmaschine und/oder für einen jeweiligen Typ des Kraftfahrzeugs ein jeweiliges vorkonfiguriertes Emissionsmodell bereitgestellt wird. So gehen Besonderheiten bzw. Randbedingungen, die aufgrund eines Aufbaus der Verbrennungskraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs vorliegen, in vorteilhafter Weise in das Optimieren des Emissionsausstoßes ein. Für einen Hersteller des Kraftfahrzeugs bedeutet dies einen besonders vorteilhaften Schadstoffausstoß in der Herstellerflotte.
Des Weiteren kann/können - wie in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen - einem weiteren Kraftfahrzeug zum Betreiben desselben eines oder mehr der folgenden Elemente bereitgestellt werden: das vorkonfigurierte Emissionsmodell; das angepasste Emissionsmodel; der verstärkende Lernalgorithmus; die Belohnungsfunktion. Insbesondere werden die vorgenannten Elemente einer Flotte von Kraftfahrzeugen bereitgestellt. Hierbei kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass eines oder mehr der vorgenannten Elemente kabellos („over the air“) dem wenigstens einen weiteren Kraftfahrzeug und/oder der Kraftfahrzeugflotte bereitgestellt wird. In diesem Zusammenhang kann es weiter vorgesehen sein, dass eines oder mehr der vorgenannten Elemente mittels einer Servereinrichtung, die insbesondere extern des Kraftfahrzeugs bzw. extern der Kraftfahrzeugflotte ausgebildet ist, angepasst wird und dann an die entsprechenden Kraftfahrzeuge verteilt wird. Dies kann beispielsweise im Rahmen eines Service- bzw. Reparaturaufenthalts des entsprechenden Kraftfahrzeugs in einer Service-Einrichtung erfolgen und/oder mittels einer kabellosen Datenübertragung im Rahmen eines Software-Updates etc.
Jedenfalls ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass es unabhängig von anderen Kraftfahrzeugen stetig bzw. fortdauernd im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs weiter lernt, um den Emissionsausstoß stetig weiter zu optimieren.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in Schritt S2 der erste Ist-Abgaswert und/oder der zweite Ist-Abgaswert ermittelt werden/wird, indem der entsprechende Ist-Abgaswert basierend auf einer oder mehr der Kenngrößen und basierend auf dem den Betriebszustand des Kraftfahrzeugs charakterisierenden Betriebswert geschätzt wird. Insofern wird bei dem Verfahren ein Mittel zum Schätzen des jeweiligen Abgaswerts eingesetzt, wobei es sich zum Beispiel um die Steuereinheit bzw. um eine Funktionalität derselben handeln kann. Es werden also beispielsweise durch Messwerte aus dem Motorsteuergerät und/oder der Umgebung des Kraftfahrzeugs Roh-/Auspuffemissionen geschätzt/ermittelt, wobei diese Messwerte als Basisdaten für die entsprechende Schätzung der Abgaswerte bzw. der Roh-/Auspuffemissionen dienen. Es ist insbesondere denkbar, dass wenigstens einer der Abgaswerte geschätzt wird, wobei wenigstens ein weiterer der Abgaswerte gemessen wird. Das Schätzen kann alternativ oder zusätzlich zum Messen des entsprechenden Abgaswerts erfolgen.
In diesem Zusammenhang und wie in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, wird in Schritt S2 zum Schätzen des ersten oder des zweiten Ist-Abgaswerts bzw. der Ist-Abgaswerte ein von dem vorkonfigurierten Emissionsmodell unterschiedliches Schätzmodell eingesetzt. Dabei ist das Schätzmodell ein Maschinelles-Lern-Modell. Das bedeutet, es können bei dem Verfahren zwei unterschiedliche Arten von Modellen eingesetzt werden: das vorkonfigurierten Emissionsmodell und das Schätzmodell.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird zum Schätzen des ersten Ist-Abgaswerts und/oder des zweiten Ist-Abgaswerts der verstärkende Lernalgorithmus oder ein weiterer verstärkender Lernalgorithmus des vorkonfigurierten Emissionsmodells eingesetzt. Demnach gilt bei dieser Ausgestaltung, dass das vorkonfigurierte Emissionsmodell derart ausgebildet bzw. konfiguriert ist, dass es die Funktionalität zum Schätzen des ersten Ist-Abgaswerts und/oder des zweiten Ist-Abgaswerts bereitstellt. Beispielsweise weist das vorkonfigurierte Emissionsmodell sowohl den verstärkenden Lernalgorithmus zum Schätzen des entsprechenden Ist-Abgaswerts als auch den verstärkenden Lernalgorithmus zum Anpassen des Emissionsmodells auf. Weiter kann das vorkonfigurierte Emissionsmodell lediglich einen verstärkenden Lernalgorithmus aufweisen, der sowohl zum Schätzen des entsprechenden Ist-Abgaswerts als auch zum Anpassen des Emissionsmodells ausgebildet ist.
In Schritt S4 kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung in Abhängigkeit von einer Abgaskomponente mittels der Belohnungsfunktion die ausgeführte Aktion gewichtet belohnt werden. Denn es ist nicht in jedem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungseinrichtung möglich, alle Abgaskomponenten gleichermaßen zu reduzieren, da diese zumindest in einigen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungseinrichtung in einer gegenseitigen Wechselbeziehung stehen. So führt zum Beispiel eine bestimmte Aktion, etwa ein Anfetten des Kraftstoff-Luft-Gemisches, zu einem Absinken einer ersten Abgaskomponente und gleichzeitig zu einem Ansteigen einer anderen Abgaskomponente. Daher erfolgt die Gewichtung der Belohnung, um eine vorgegebene oder vorgebbare Abgaskomponente, beispielsweise eine besonders unerwünschte Abgaskomponente, bestmöglich zu reduzieren, eventuell zulasten einer bestmöglichen Reduzierung der anderen Abgaskomponente. Anders ausgedrückt wird das Reduzieren der besonders unerwünschten Abgaskomponente mit einem höheren Belohnungsgewicht belohnt als das Reduzieren der anderen Abgaskomponente. So lässt sich besonders effizient eine gewünschte Abgasqualität einstellen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, Schritte eines gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Verfahrens durchzuführen. Bei der Steuereinheit kann es sich zum Beispiel um ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs, insbesondere um ein Motorsteuergerät, ein Steuergerät der Abgasnachbehandlungseinrichtung etc., handeln. Im Betrieb der Steuereinheit, das heißt wenn mittels der Steuereinheit das Verfahren ausgeführt wird, wird der Steuereinheit das vorkonfigurierte Emissionsmodell bereitgestellt. Ferner weist die Steuereinheit die Abgassensorik auf oder ist zumindest mit der Abgassensorik zur Datenübertragung kabellos und/oder kabelgebunden gekoppelt oder koppelbar. Insoweit wird der Steuereinheit beim Durchführen des Verfahrens der gemessene Ist-Abgaswert bereitgestellt. Die Steuereinheit ist des Weiteren dazu ausgebildet, das Emissionsmodell zu verarbeiten oder weiterzuverarbeiten, insbesondere gemäß dem Emissionsmodell den die Luftmenge bzw. die Menge des Kraftstoff-Luft-Gemisches beeinflussenden Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, zu verändern. Hierzu sind mittels der Steuereinheit entsprechende Steuersignale bereitstellbar, die von Aktoren des Kraftfahrzeugs als Eingangssteuersignal akzeptiert werden. Mittels der Aktoren des Kraftfahrzeugs wird dann im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bzw. im Betrieb des Kraftfahrzeugs der die Luftmenge beeinflussende Betriebsparameter gesteuert bzw. geregelt. Die Steuereinheit weist des Weiteren die Belohnungsfunktion auf oder ist zumindest dazu ausgebildet, die Belohnungsfunktion, das heißt den Schritt S4 des Verfahrens, durchzuführen. Darüber hinaus kann der verstärkende Lernalgorithmus Teil der Steuereinheit sein, was bedeutet, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, das Emissionsmodell anhand des verstärkenden Lernalgorithmus anzupassen.
Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das mit der Verbrennungskraftmaschine und mit einer gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Steuereinheit ausgerüstet ist.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung von Schritten eines Verfahrens zum Betreiben eines eine Verbrennungskraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs;
2 eine schematische Ansicht der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs; und
3 eine schematische Ansicht des Kraftfahrzeugs und einer Kraftfahrzeugflotte.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden ein Verfahren zum Betreiben eines eine Verbrennungskraftmaschine 1 aufweisenden Kraftfahrzeugs 2, eine zur Ausführung des Verfahrens konfigurierte Steuereinheit 3 sowie das Kraftfahrzeug 2 gemeinsam beschrieben. In 1 ist zu erkennen, dass in einem Verfahrensschritt S1 ein vorkonfiguriertes Emissionsmodell 4 bereitgestellt wird, das eine Menge 5 von vorgegebenen Aktionen A eine Menge 6 von vorgegebenen Kenngrößen K sowie einen Soll-Abgaswert A oder eine Menge 7 von Soll-Abgaswerten aufweist.
In einem weiteren Schritt S2 des Verfahrens wird ein erster Ist-Abgaswert λ₁ eines mittels der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgestoßenen Abgases 8 (siehe 2) stromab einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 9 (siehe 2) der Verbrennungskraftmaschine 1 ermittelt, insbesondere gemessen und/oder geschätzt. Bei dem Verfahren können noch weitere Ist-Abgaswerte, beispielsweise ein zweiter Ist-Abgaswert λ₂, gemessen und/oder geschätzt werden, wobei im vorliegenden Beispiel der zweite Ist-Abgaswert λ₂ stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 9 ermittelt wird. Hierzu weist das Kraftfahrzeug 2, insbesondere die Verbrennungskraftmaschine 1, eine Abgassensorik 10 auf, die vorliegend zum Messen des ersten Ist-Abgaswerts λ₁ einen ersten Abgassensor 11 und zum Messen des zweiten Ist-Abgaswerts λ₂ einen zweiten Abgassensor 12 aufweist. Soweit der entsprechende Abgaswert λ₁, λ₂ geschätzt wird, weist das Kraftfahrzeug 2, insbesondere dessen Verbrennungskraftmaschine 1, ein Schätzmodell auf, welches beispielsweise in einem Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine 1, in dem vorkonfigurierten Emissionsmodell 4 etc. implementiert kann. Bei dem jeweiligen Abgaswert λ, λ₁,λ₂ handelt es sich zum Beispiel um eine CO-Menge, um eine CO₂-Menge, um eine NOx-Menge, um eine Partikelmenge, um einen Lambdawert etc. Demnach kann der jeweilige Abgaswert λ, λ₁, λ₂ eine Menge einer Abgaskomponente charakterisieren, wobei das Abgas 8 die Abgaskomponenten aufweist.
Zum Beeinflussen des jeweiligen Ist-Abgaswerts λ₁,λ₂, insbesondere des stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung 9 gemessenen, ersten Ist-Abgaswerts λ₁, wird in einem weiteren Schritt S3 des Verfahrens eine der Abgasnachbehandlungseinrichtung 9 bereitgestellte Luftmenge geändert, indem ein die Luftmenge beeinflussender Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs 2 anhand einer der in dem Emissionsmodell 4 hinterlegten Aktionen A verändert wird. Das bedeutet, dass die jeweilige Aktion A bzw. die in dem Emissionsmodell 4 hinterlegten Aktionen A dazu ausgebildet sind, einen Aktor (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs 2, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine 1, zu steuern bzw. zu regeln. Dabei wird mittels des entsprechenden Aktors des Kraftfahrzeugs 2 eine Gegebenheit in dem Kraftfahrzeug 2, insbesondere an/in der Verbrennungskraftmaschine 1, geändert, sodass die Luftmenge, die zur Abgasnachbehandlungseinrichtung 9 strömt, geändert wird. Das bedeutet, dass es sich bei dem Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs 2 bzw. der Verbrennungskraftmaschine 1 zum Beispiel um eine aktuelle Stellung einer Drosselklappe handeln kann.
In einem weiteren Schritt S4 des Verfahrens wird die Aktion A, mittels derer im Schritt S3 des Verfahrens der Ist-Abgaswert beeinflusst wurde, anhand einer Belohnungsfunktion positiv oder negativ belohnt. Der entsprechenden Aktion A wird im Schritt S4 durch die Belohnungsfunktion eine positive Belohnung B+ verliehen, wenn durch das Anwenden bzw. Ausführen der Aktion A eine Differenz zwischen dem Ist-Abgaswert λ₁ und dem Soll-Abgaswert A verringert wird oder wurde. Dahingegen wird der entsprechenden Aktion A im Schritt S4 durch die Belohnungsfunktion eine negative Belohnung B- verliehen, wenn aufgrund des Ausführens der Aktion A die Differenz zwischen dem Ist-Abgaswert λ₁ und dem Soll-Abgaswert A vergrößert wird oder wurde.
Weiter kann in Abhängigkeit von einer Abgaskomponente mittels der Belohnungsfunktion die ausgeführte Aktion A gewichtet belohnt werden. Denn zum Beispiel ein Anfetten eines Kraftstoff-Luft-Gemisches führt zu einem Absinken einer ersten Abgaskomponente und gleichzeitig zu einem Ansteigen einer anderen Abgaskomponente. Daher erfolgt die Gewichtung der Belohnung, um eine vorgegebene oder vorgebbare Abgaskomponente, beispielsweise eine besonders unerwünschte Abgaskomponente, bestmöglich zu reduzieren, eventuell zulasten einer bestmöglichen Reduzierung der anderen Abgaskomponente. Anders ausgedrückt wird das Reduzieren der besonders unerwünschten Abgaskomponente mit einem höheren Belohnungsgewicht belohnt als das Reduzieren der anderen Abgaskomponente. So lässt sich besonders effizient eine gewünschte Abgasqualität einstellen.
In Schritt S5 des Verfahrens wird ein verstärkender Lernalgorithmus (Reinforcement Learning) ausgeführt, wobei basierend auf der Belohnung B+, B- das Emissionsmodell 4 angepasst wird. Hierbei ist es Ziel des verstärkenden Lernalgorithmus, eine möglichst hohe positive Belohnung anzuhäufen, das heißt zum Beispiel möglichst oft eine positive Belohnung B+ zu erhalten. Dies ist mittels einer entsprechenden Richtlinie in den verstärkenden Lernalgorithmus implementiert. Das bedeutet, dass als Ergebnis des Schritts S5 ein angepasstes Emissionsmodell 4a vorliegt, das auf dem ursprünglichen bzw. vorkonfigurierten Emissionsmodell 4 basiert und erzeugt wurde, indem das ursprüngliche bzw. vorkonfigurierte Emissionsmodell 4 im Schritt S5 angepasst wurde.
Das Verfahren weist weiter einen Schritt S6 auf, in welchem die Schritte ab Schritt S2 mit dem angepassten Emissionsmodell 4a erneut durchgeführt werden. Das bedeutet, dass das Verfahren als „Closed-Loop-Verfahren“ ausgebildet ist. Insbesondere wird der Schritt S6 so oft durchgeführt, bis in einem Prüfschritt S7 des Verfahrens festgestellt wurde, dass eine Endbedingung vorliegt. Wird also im Prüfschritt S7 festgestellt, dass die Endbedingung, beispielsweise eine Grenzdifferenz zwischen dem Ist-Abgaswert λ₁ und dem Soll-Abgaswert λ, nicht vorliegt, wird der Schritt S6 durchgeführt. Wird dahingegen im Prüfbeschritt S7 festgestellt, dass die Endbedingung, also beispielsweise die Grenzdifferenz, vorliegt, kann vorgesehen sein, dass nach dem Schritt S5 des Verfahrens anstatt des Schritts S6 ein anderer Schritt S8 ausgeführt wird.
Unter erneuter Bezugnahme auf den Verfahrensschritt S1 ist bei dem Verfahren vorliegend vorgesehen, dass das vorkonfigurierte Emissionsmodell 4a mit einer oder mehr der Kenngrößen K bereitgestellt wird, die eine Umgebung U des Kraftfahrzeugs 2 charakterisieren. Bei der Umgebung U kann es sich zum Beispiel um eine Testumgebung, etwa einen Prüfstand, oder um eine Realbetriebsumgebung des Kraftfahrzeugs 2 handeln. Bei der entsprechenden Kenngröße K handelt es sich insbesondere um einen Wert, der eine Lufttemperatur, und/oder einen Luftdruck der Umgebung U charakterisiert. Das bedeutet, dass zum Bereitstellen bzw. Vorkonfigurieren des Emissionsmodells 4 die Lufttemperatur, der Luftdruck und/oder weitere die Umgebung U charakterisierende Kenngrößen in dem Verfahren berücksichtigt werden. Die genannten Kenngrößen K und/oder die weiteren Kenngrößen können des Weiteren an eine designierte Realbetriebsumgebung der Verbrennungskraftmaschine 1 bzw. des Kraftfahrzeugs 2 angepasst werden. Das bedeutet, dass das Emissionsmodell 4 derart bereitgestellt bzw. vorkonfiguriert wird, dass die Kenngrößen K zum Beispiel die Lufttemperatur und/oder den Luftdruck der designierten Realbetriebsumgebung charakterisieren. Bei der designierten Realbetriebsumgebung kann es sich zum Beispiel um ein designiertes Einsatzland des Kraftfahrzeugs 2 handeln.
In ähnlicher bzw. analoger Weise wird die Belohnungsfunktion, mittels derer die ausgeführte Aktion A bewertet wird, an die designierte Realbetriebsumgebung der Verbrennungskraftmaschine 1 bzw. des Kraftfahrzeugs 2 angepasst. Insbesondere wird die Belohnungsfunktion an in dem designierten Einsatzland herrschende gesetzliche Abgasnormen etc. angepasst. Das bedeutet, dass die Belohnungsfunktion derart angepasst wird, dass sie im designierten Einsatzland unter Berücksichtigung der klimatischen Bedingungen und/oder der gesetzlichen Abgasnormen möglichst viele positive Belohnungen B+ sammelt. Es ist zu verstehen, dass bei dem Verfahren generell eine positive Belohnung B+ verliehen wird, wenn die Aktion A, mittels derer der Ist-Abgaswert λ₁ näher an den Soll-Abgaswert A gebracht wird, sich als effizient herausgestellt hat. Dabei ist der verstärkende Lernalgorithmus dazu konfiguriert, eine negative Belohnung B- möglichst zu vermeiden. Denn eine negative Belohnung B- wird bei dem Verfahren generell verliehen, wenn sich die Differenz zwischen dem Ist-Abgaswert λ₁ und dem Soll-Abgaswert A aufgrund der entsprechenden Aktion A vergrößert hat.
Die Abgassensorik 10 weist - wie bereits dargelegt - die Abgassensoren 11, 12 auf, wobei der jeweilige Abgassensor 11, 12 zum Beispiel als eine jeweilige Lambda-Sonde ausgebildet sein kann. Des Weiteren kann der jeweilige Abgassensor 11, 12 als ein NOx-Sensor, als ein COx-Sensor ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Abgassensorik 10 weitere Sensoren aufweisen, sodass die Abgassensorik 10 wenigstens einen Lambda-Sensor, wenigstens NO_x-Sensor, wenigstens einen COx-Sensor und/oder wenigstens einen weiteren Sensor aufweist. Jedenfalls werden/wird mittels der Abgassensorik 10 bei dem Verfahren der Ist-Abgaswert λ₁ und/oder der Ist-Abgaswert λ₂ gemessen, wobei basierend auf einem mittels des entsprechenden Abgassensors 11, 12 erzeugten Sensorwerts die Belohnungsfunktion angepasst wird.
Das Verfahren kann ganz oder teilweise in der Testumgebung, das heißt zum Beispiel auf dem Prüfstand, oder ganz oder teilweise in der Realbetriebsumgebung, durchgeführt werden. Insbesondere, wenn das Kraftfahrzeug 2 bzw. die Verbrennungskraftmaschine 1 in der Realbetriebsumgebung betrieben wird, ist vorliegend für das Verfahren vorgesehen, dass ein Betriebswert W des Kraftfahrzeugs 2 in Schritt S3 zum Auswählen der in dem Emissionsmodell 4, 4a hinterlegten Aktion A bereitgestellt wird. Dabei charakterisiert der Betriebswert W einen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs 2, wobei der Betriebswert W erfasst wird, indem mittels einer Kraftfahrzeugsensorik 13 zum Beispiel folgendes gemessen wird: Temperatur der Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs 2 und/oder Druck der Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs 2 und/oder Verschleiß- bzw. Alterungszustand des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Abgasnachbehandlungseinrichtung 9, und/oder eine Fahrgeschwindigkeit und/oder eine Fahrbeschleunigung und/oder ein Kupplungswert und/oder ein Zündwinkel und/oder eine Kraftstoff-Luft-Gemisch-Qualität etc.
In 1 sind weitere vorkonfigurierte Emissionsmodelle 14 bzw. weitere angepasste Emissionsmodelle 14a dargestellt, wobei das jeweilige Emissionsmodell 4, 4a, 14, 14a einem jeweiligen Typ der Verbrennungskraftmaschine 1 zugeordnet ist. Das bedeutet, bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass je Verbrennungskraftmaschinentyp ein separates Emissionsmodell 4, 4a, 14, 14a bereitgestellt wird. Dabei wird beim Bereitstellen bzw. Vorkonfigurieren des entsprechenden Emissionsmodells 4, 14 ein Aufbau, ein Funktionsprinzip etc. der entsprechenden Verbrennungskraftmaschine 1 berücksichtigt. Alternativ oder zusätzlich kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass das jeweilige Emissionsmodell 4, 4a, 14, 14a einem jeweiligen Typ des Kraftfahrzeugs 2 zugeordnet ist. Demnach kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass je Kraftfahrzeugtyp ein separates Emissionsmodell 4, 14 bereitgestellt bzw. vorkonfiguriert wird. Die Emissionsmodelle 4, 14 und die Emissionsmodelle 4a, 14a sind prinzipiell gleich aufgebaut bzw. ausgebildet, sodass auf eine separate Beschreibung der Emissionsmodelle 14, 14a verzichtet wird. Die hierin gemachten Angaben zu den Emissionsmodellen 4, 4a gelten in analoger Weise für die Emissionsmodelle 14, 14a.
3 zeigt das Kraftfahrzeug 2 und eine Kraftfahrzeugflotte 15, die weitere Kraftfahrzeuge 16 aufweist. Insbesondere sind die Kraftfahrzeuge 16 und das Kraftfahrzeug 2 zumindest hinsichtlich der Verbrennungskraftmaschine 1 und/oder hinsichtlich der Abgasnachbehandlungseinrichtung 9 gleich oder ähnlich ausgebildet. Denn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest Teile des Verfahrens aus dem Kraftfahrzeug 2 in dem weiteren Kraftfahrzeug 16 ausgeführt werden. Hierzu ist vorgesehen, dass das vorkonfigurierte Emissionsmodell 4 und/oder das angepasste Emissionsmodell 4a und/oder der verstärkende Lernalgorithmus und/oder die Belohnungsfunktion dem weiteren Kraftfahrzeug 16, das heißt beispielsweise der Kraftfahrzeugflotte 15, bereitgestellt werden/wird. Es ist jedoch genau so gut denkbar, dass das Emissionsmodell 4, 4a, der verstärkende Lernalgorithmus und/oder die Belohnungsfunktion einer Servereinrichtung 17 bereitgestellt werden, wobei es sich insbesondere um eine Servereinrichtung eines Herstellers des Kraftfahrzeugs 2, 16 handelt. So ist es dem Kraftfahrzeughersteller ermöglicht, das Verfahren zumindest teilweise mittels der oder in der Servereinrichtung 17 anzupassen und dem weiteren Kraftfahrzeug 16 bzw. der Kraftfahrzeugflotte 15 zuzustellen. Dies kann beispielsweise kabellos - also „over the air“ - und/oder kabelgebunden erfolgen, beispielsweise im Rahmen eines Service- und/oder Reparaturaufenthalts des entsprechenden Kraftfahrzeugs 2, 16 in einer Service-Einrichtung des Kraftfahrzeugherstellers.
2 zeigt in schematischer Darstellung die Verbrennungskraftmaschine 1, die einen Abgasstrang 18 aufweist. Der Abgasstrang 18 wiederum weist die Abgasnachbehandlungseinrichtung 9, wenigstens einen Abgasschalldämpfer 19 sowie ein entsprechendes Rohr- bzw. Schlauchwerk 20 auf, durch welche im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 das Abgas 8 hindurchgeleitet wird. Dabei sind die Abgasnachbehandlungseinrichtung 9 und der Abgasschalldämpfer 16 in das Rohr- bzw. Schlauchwerk 20 integriert. Mittels des Rohr- bzw. Schlauchwerks 20 sind die Abgasnachbehandlungseinrichtung 9 und der Abgasschalldämpfer 16 fluidisch miteinander verbunden.
Des Weiteren sind in 2 in schematischer Darstellung die Steuereinheit 3 sowie die Kraftfahrzeugsensorik 13 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Steuereinheit 3 sowohl mit der Abgassensorik 10 als auch mit der Kraftfahrzeugsensorik 13 gekoppelt oder koppelbar ist. Denn die jeweilige Sensorik 10, 13 stellt bei dem Verfahren der Steuereinheit 3 entsprechende Sensorwerte bereit. Bei der Steuereinheit 3 kann es sich um ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs 2 handeln. Des Weiteren kann es sich bei der Steuereinheit 3 um ein Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine 1, also zum Beispiel um ein Motorsteuergerät, handeln. Dabei stellt die Steuereinheit 3 Funktionalitäten zur Verfügung, sodass mittels der Steuereinheit 3 das hierin beschriebene Verfahren ausführbar ist. Die Funktionalitäten zum Ausführen des Verfahrens stellen jedoch nicht den einzigen Zweck der Steuereinheit 3 dar; vielmehr ist die Steuereinheit 3 dazu ausgebildet, darüber hinaus eine Vielzahl von von dem Verfahren unterschiedliche Funktionen des Kraftfahrzeugs 2, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine 1, zu steuern, zu regeln etc.
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie mittels des Verfahrens, mittels des Kraftfahrzeugs 2 sowie mittels der Steuereinheit 3 der Betrieb des Kraftfahrzeugs 2, das die Verbrennungskraftmaschine 1 aufweist, besonders emissionsarm gestaltet werden kann. Hierbei werden insbesondere zusätzliche Umgebungsdaten (Temperatur, Luftdruck etc.) berücksichtigt. Des Weiteren gehen Fahrzeugdaten (Fahrzeugalter, Geschwindigkeit etc.) zum Optimieren des Emissionsausstoßes mit in das Verfahren ein. Dabei wird maschinelles Lernen eingesetzt, wobei vorliegend Reinforcement Learning eingesetzt wird, wodurch ein besonders dynamisches und besonders effizientes Optimieren des Emissionsausstoßes - insbesondere während eines Realfahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 2 - ermöglicht ist.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskraftmaschine
2: Kraftfahrzeug
3: Steuereinheit
4: Emissionsmodell
4a: Emissionsmodell
5: Menge
6: Menge
7: Menge
8: Abgas
9: Abgasnachbehandlungseinrichtung
10: Abgassensorik
11: Abgassensor
12: Abgassensor
13: Kraftfahrzeugsensorik
14: Emissionsmodell
14a: Emissionsmodell
15: Kraftfahrzeugflotte
16: Kraftfahrzeug
17: Servereinrichtung
18: Abgasstrang
19: Abgasschalldämpfer
20: Rohr- bzw. Schlauchwerk
A: Aktion
B+: positive Belohnung
B-: negative Belohnung
K: Kenngröße
U: Umgebung
W: Betriebswert
Ä: Soll-Abgaswert
λ1: Ist-Abgaswert
λ2: Ist-Abgaswert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019125960 B3 [0003]
DE 102019125961 A1 [0003]
US 2020063681 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines eine Verbrennungskraftmaschine (1) aufweisenden Kraftfahrzeugs (2), wobei S1 ein vorkonfiguriertes Emissionsmodell (4, 14) mit einer Menge (5) von vorgegebenen Aktionen (A), einer Menge (6) von vorgegebenen Kenngrößen (K) sowie einem Soll-Abgaswert (A) bereitgestellt wird; S2 ein Ist-Abgaswert (λ₁, λ₂) eines mittels der Verbrennungskraftmaschine (1) ausgestoßenen Abgases (8) stromab einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (19) ermittelt wird; S3 zum Beeinflussen des Ist-Abgaswerts (λ₁, λ₂) eine der Abgasnachbehandlungseinrichtung (19) bereitgestellte Luftmenge gemäß dem Emissionsmodell (4, 14) geändert wird, indem ein die Luftmenge beeinflussender Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs (1) anhand einer der in dem Emissionsmodell (4, 14) hinterlegten Aktionen (A) verändert wird; S4 die ausgeführte Aktion (A) zum Ändern der Luftmenge mittels einer Belohnungsfunktion positiv belohnt wird (B+), wenn durch die entsprechende Aktion (A) eine Differenz zwischen dem Ist-Abgaswert (λ₁, λ₂) und dem Soll-Abgaswert (A) verringert wird, oder negativ belohnt wird (B-), wenn durch die entsprechende Aktion (A) die Differenz größer wird; S5 basierend auf der Belohnung (B+, B-) aus Schritt S4 das Emissionsmodell (4, 14) mittels eines verstärkenden Lernalgorithmus angepasst wird; S6 die Schritte ab Schritt S2 mit dem angepassten Emissionsmodell (4a, 14a) erneut durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorkonfigurierte Emissionsmodell (4, 14) mit einer oder mehr der folgenden Kenngrößen (K) bereitgestellt wird, die eine Umgebung des Kraftfahrzeugs (2) charakterisieren: - Lufttemperatur, - Luftdruck.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Belohnungsfunktion, mittels derer die ausgeführte Aktion bewertet wird (B+, B-), an eine designierte Realbetriebsumgebung der Verbrennungskraftmaschine (1) angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Abgaswert (λ₁, λ₂) mittels einer Abgassensorik (10) gemessen wird, und basierend auf einem mittels der Abgassensorik (10) erzeugten Sensorwert die Belohnungsfunktion angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngrößen (K) des Emissionsmodells (4, 4a, 14, 14a) an eine designierte Realbetriebsumgebung der Verbrennungskraftmaschine (1) angepasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebswert (W) des Kraftfahrzeugs (2) in Schritt S3 zum Auswählen der in dem Emissionsmodell (4, 4a, 14, 14a) hinterlegten Aktion (A) bereitgestellt wird, wobei der Betriebswert (W) einen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs (2) charakterisiert, indem einer oder mehr der folgenden Werte gemessen wird/werden: - Temperatur der Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs (2), - Druck der Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs (2), - Verschleißzustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung (19), - Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (2), - Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (1), - Zündwinkel des Kraftfahrzeugs (2), - Kraftstoff-Luft-Gemisch-Qualität des Kraftfahrzeugs (2).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Abgaswert (λ₁, λ₂) in Schritt S2 ermittelt wird, indem dieser basierend auf einer oder mehr der Kenngrößen (K) und auf dem den Betriebszustand des Kraftfahrzeugs (2) charakterisierenden Betriebswert (W) geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schätzen des Ist-Abgaswerts (λ₁, λ₂) in Schritt S2 ein von dem vorkonfigurierten Emissionsmodell (4, 4a, 14, 14a) unterschiedliches Schätzmodell eingesetzt wird, das ein Maschinelles-Lern-Modell ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schätzen des Ist-Abgaswerts (λ₁, λ₂) der verstärkende Lernalgorithmus oder ein weiterer verstärkender Lernalgorithmus des vorkonfigurierten Emissionsmodells (4, 4a, 14, 14a) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt S4 in Abhängigkeit von einer Abgaskomponente mittels der Belohnungsfunktion die ausgeführte Aktion (A) gewichtet belohnt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen jeweiligen Typ der Verbrennungskraftmaschine (1) ein jeweiliges vorkonfiguriertes Emissionsmodell (4, 14) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem weiteren Kraftfahrzeug (16) zum Betreiben desselben eines oder mehr der folgenden Elemente bereitgestellt wird: - das vorkonfigurierte Emissionsmodell (4, 14), - das angepasste Emissionsmodell (4a, 14a), - der verstärkende Lernalgorithmus, - die Belohnungsfunktion.
Steuereinheit (3), die dazu eingerichtet ist, Schritte eines nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Verfahrens durchzuführen.
Kraftfahrzeug (2) mit einer Verbrennungskraftmaschine (1) und mit einer nach Anspruch 13 ausgebildeten Steuereinheit (3).