DE102022114188A1

DE102022114188A1 - Steuergerät zum Überwachen eines Emissionsverhaltens einer Maschine

Info

Publication number: DE102022114188A1
Application number: DE102022114188.8A
Authority: DE
Inventors: Volker Müller; Patrick Recker; Holger Pieta
Original assignee: FEV Group GmbH
Current assignee: FEV Group GmbH
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2022-06-03
Publication date: 2023-01-05
Also published as: CN115559804A; DE102021003415A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Überwachen eines Emissionsverhaltens einer Maschine, wobei das Überwachen basierend auf einem ersten Emissionseinfluss einer Komponente der Maschine erfolgt.Das erfindungsgemäße Steuergerät zum Überwachen eines Emissionsverhaltens einer Maschine ist ausgebildet und eingerichtet, die folgenden Schritte durchzuführen:- Bestimmen eines ersten Defektheitsmaßes einer ersten Komponente der Maschine,- Bestimmen eines ersten Emissionseinflusses basierend auf dem bestimmten ersten Defektheitsmaßes und- Überwachen des Emissionsverhaltens der Maschine basierend auf dem ersten Emissionseinfluss.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Überwachen eines Emissionsverhaltens einer Maschine, wobei das Überwachen basierend auf einem ersten Emissionseinfluss einer Komponente der Maschine erfolgt.
Aus der DE 10 2020 007 100 A1 ist ein Steuergerät zum Überwachen einer Maschine bekannt, wobei das Überwachen basierend auf einem Vergleich einer relativen Position eines auf einem Mess- und/oder Betriebswert der Maschine basierenden Kriteriums bezogen auf einen Nominalwert der Maschine erfolgt.
Das erfindungsgemäße Steuergerät zum Überwachen eines Emissionsverhaltens einer Maschine ist ausgebildet und eingerichtet, die folgenden Schritte durchzuführen:

- Bestimmen eines ersten Defektheitsmaßes einer ersten Komponente der Maschine,
- Bestimmen eines ersten Emissionseinflusses basierend auf dem bestimmten ersten Defektheitsmaß und
- Überwachen des Emissionsverhaltens der Maschine basierend auf dem erstem Emissionseinfluss.

Dadurch, dass das Steuergerät das Überwachen des Emissionsverhaltens der Maschine basierend auf dem erstem Emissionseinfluss durchführt, ermöglicht die Erfindung im Rahmen eines Überwachens einer Funktion der ersten Komponente, hier dem Bestimmen des ersten Defektheitsmaßes, eine Bewertung des Emissionsverhaltens. Damit hat die Erfindung den Vorteil, bei einer On-Board Diagnose (OBD) der Maschine gleichzeitig durch Bestimmen des ersten Emissionseinflusses die Emissionen zu bewerten und diese Bewertung beim Überwachen des Emissionsverhaltens zu berücksichtigen.
Die Maschine ist bevorzugt ein Fahrzeug, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine. Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Steuergerät aber in allen Maschinen eingesetzt werden, für die eine Überwachung eines Emissionsverhaltens in Betracht kommt.
Als Defektheitsmaß wird hier ein Maß verstanden, das einen Grad eines Defekts der Maschine repräsentiert.
Als Emissionseinfluss wird hier der Einfluss eines Zustands der ersten Komponente auf ein Emissionsverhalten verstanden. Befindet sich die erste Komponente in einem Nominalzustand, entspricht der Emissionseinfluss einer Nominalemission. Weicht der Zustand der ersten Komponente hingegen von dem Nominalzustand ab, entspricht auch das Defektheitsmaß nicht mehr einem Nominalwert und der Emissionseinfluss der ersten Komponente weicht üblicherweise von der Nominalemission ab.
Als Emissionsverhalten wird hier ein Abgeben von Emissionen an die Umgebung durch die Maschine verstanden.
Als Überwachen wird hier ein Vergleichen des Emissionsverhaltens mit einem erwarteten Emissionsverhalten oder einem gewünschten Emissionsverhalten verstanden. Das erwartete oder gewünschte Emissionsverhalten kann dabei insbesondere aus gesetzlichen Regulierungen von Emissionen resultieren. Als Emissionen werden hier Schadstoff-, Kohlenstoffdioxid- sowie Geräuschemissionen verstanden. Insbesondere kann das Überwachen auch ein Informieren eines Betreibenden der Maschine, eine Funktionseinschränkung oder sogar ein selbsttätiges Stilllegen der Maschine umfassen, wenn die Maschine aufgrund eines Defekts der ersten Komponente ein Emissionsverhalten aufweist, das von einem erwarteten oder gewünschten Emissionsverhalten abweicht.
Bevorzugt führt das Steuergerät das Bestimmen des ersten Emissionseinfluss anhand eines Abbildens des ersten Defektheitsmaßes mittels einer Funktion durch. Die abbildende Funktion kann dabei beispielsweise eine lineare Abbildung oder eine S-Funktion sein. Insbesondere kann die abbildende Funktion von einem Betriebszustand der Maschine abhängen.
Weiterhin bevorzugt bildet die abbildende Funktion ein minimales erstes Defektheitsmaß auf einen Emissionseinfluss ab, der einer Nominalemission entspricht. Ein maximales, erstes Defektheitsmaß bildet die abbildende Funktion auf einen Wert ab, der beispielsweise aufgrund gesetzlicher Vorgaben ein Stilllegen oder zumindest eine Reparatur der Maschine erfordert, da vorgeschriebene Grenzwerte erreicht oder überschritten werden.
Insbesondere wenn das erste Defektheitsmaß und der Emissionseinfluss sich nicht proportional zueinander verhalten, also beispielsweise eine Emission sowohl steigt, wenn das Defektheitsmaß größer wird, als auch, wenn es kleiner wird, ist eine komplexere abbildende Funktion erforderlich, die beispielsweise ein nicht-monotones Verhalten aufweist, so dass beispielsweise auch bei aus einem kleiner werdenden Defektheitsmaß ein Ansteigen des Emissionseinflusses folgen kann. Kann das Defektheitsmaß in zwei Richtungen von einem Nominalwert abweichen, aber nur eine Richtung bewirkt einen Anstieg des Emissionseinflusses, so ist die abbildende Funktion so definiert, dass das Defektheitsmaß nur in der Richtung auf den Wert abgebildet wird, der eine Stilllegung oder zumindest Reparatur der Maschine indiziert, in der der Emissionseinfluss ansteigt.
Vorzugsweise ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet, beim Bestimmen des ersten Emissionseinflusses eine statistische Funktion zu verwenden.
Dadurch, dass das Steuergerät den ersten Emissionseinfluss unter Verwendung einer statistischen Funktion bestimmt, ermöglicht die Erfindung, dass beim Bestimmen des ersten Emissionseinfluss eine Vielzahl von ersten Defektheitsmaßen berücksichtigt werden kann. Damit kann ein starkes Schwanken des ersten Emissionseinflusses reduziert werden, da einzelne Ausreißer des ersten Defektheitsmaßes durch die statistische Funktion abgemildert werden.
Als statistische Funktion werden hierbei bevorzugt ein Mittelwert oder ein Median des ersten Defektheitsmaßes verstanden. Das Steuergerät kann die statistische Funktion dabei entweder auf das erste Defektheitsmaß anwenden und basierend auf dem beispielsweise gemittelten, ersten Defektheitsmaß den ersten Emissionseinfluss bestimmen oder den ersten Emissionseinfluss direkt basierend auf dem ersten Defektheitsmaß bestimmen und die statistische Funktion auf den bestimmten, ersten Emissionseinfluss anwenden.
Besonders bevorzugt bestimmt das Steuergerät den ersten Emissionseinfluss basierend auf dem Mittelwert des ersten Defektheitsmaßes, wobei es das erste Defektheitsmaß über einen Entprellzeitraum mittelt. Als Entprellzeitraum wird hier ein Zeitmaß verstanden, innerhalb dessen das Steuergerät eine Messung als vertrauenswürdig oder nicht vertrauenswürdig einstuft. Der Entprellzeitraum kann dabei als Zeitvorgabe oder als Anzahl von Datenpunkten definiert sein. Dabei kann der Entprellzeitraum dynamisch angepasst werden. Sind Messdaten eindeutig vertrauenswürdig kann der Entprellzeitraum verkürzt werden, sind die Messdaten uneindeutig kann er hingegen verlängert werden.
Vorzugsweise ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet, beim Bestimmen des ersten Emissionseinflusses eine Nominalemission der Maschine zu berücksichtigen.
Dadurch, dass das Steuergerät beim Bestimmen des ersten Emissionseinflusses eine Nominalemission der Maschine berücksichtigt, ermöglicht die Erfindung, dass der Emissionseinfluss nicht nur absolut, sondern auch additiv oder multiplikativ berücksichtigt werden kann.
Additiv bedeutet dabei, dass der Emissionseinfluss als Koeffizient auf die Nominalemission addiert wird. Ein minimales Defektheitsmaß würde dabei beispielsweise einem Koeffizienten des Emissionseinflusses von 0 entsprechen.
Multiplikativ bedeutet dabei, dass der Emissionseinfluss als Faktor mit der Nominalemission multipliziert wird. Ein minimales Defektheitsmaß würde hier beispielsweise einem Faktor des Emissionseinflusses von 1 entsprechen.
Vorzugsweise ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet, zumindest einen weiteren Emissionseinfluss zu bestimmen und das Überwachen des Emissionsverhaltens der Maschine basierend auf dem ersten und dem zumindest einen weiteren Emissionseinfluss durchzuführen.
Dadurch, dass das Steuergerät das Emissionsverhalten basierend auf dem ersten und dem zumindest einen weiteren Emissionseinfluss zu bestimmen, ermöglicht die Erfindung das Emissionsverhalten der Maschine auch dann zu überwachen, wenn die Maschine mehr als eine Komponente umfasst und/oder mehr als eine Emission überwacht wird.
Bevorzugt ist das Steuergerät für das Überwachen mehrerer Emissionen ausgebildet und eingerichtet, unterschiedliche abbildende Funktionen für die unterschiedlichen Emissionen zu verwenden, da ein Defekt der ersten Komponente einen unterschiedlichen, möglicherweise sogar gegenläufigen, Einfluss auf unterschiedliche Emissionen haben kann. Durch das Verwenden unterschiedlicher abbildender Funktionen kann das Steuergerät für jede Emission den entsprechenden Emissionseinfluss basierend auf dem ersten Defektheitsmaß vorteilhaft bestimmen.
Bevorzugt ist das Steuergerät bei mehr als einer zu überwachenden Komponente ausgebildet und eingerichtet, zumindest ein weiteres Defektheitsmaß zu bestimmen. Das zumindest eine weitere Defektheitsmaß kann das Steuergerät dann verwenden, um für eine oder mehrere zu überwachenden Emissionen die entsprechenden Emissionseinflüsse zu bestimmen.
Besonders bevorzugt ist das Steuergerät für das Überwachen mehrerer Emissionen für mehrere Komponenten ausgebildet und eingerichtet, individuelle, abbildende Funktionen für die jeweiligen Emissionen zu verwenden und für jede Komponente ein Defektheitsmaß zu bestimmen. Die individuellen abbildenden Funktionen jeder Emission können dabei für jede Komponente erneut unterschiedlich sein, um zu berücksichtigen, dass ein Defektheitsmaß einer ersten Komponenten einen anderen Einfluss auf eine betrachtete Emission haben kann als das Defektheitsmaß einer zweiten Komponente.
Insbesondere ermöglicht es die Erfindung, eine Gesamtbewertung von Emissionen auch bei teilweisen Fehlfunktionen mehrerer Komponenten durchzuführen. Die ist beispielsweise für einen Fall von Vorteil, in dem die teilweisen Fehlfunktionen der einzelnen Komponenten keine Fehlermeldung verursachen würden, in der Kombination aber ein Überschreiten von Grenzwerten bewirken.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

1 ein Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangs mit einem Steuergerät,
2 ein Ausführungsbeispiel von durch ein Steuergerät ausgeführten Schritten zum Überwachen eines Emissionsverhaltens einer Maschine,
3 ein Ausführungsbeispiel eines Bestimmens eines Defektheitsmaßes und einer Entprellgeschwindigkeit und
4 ein Ausführungsbeispiel eines Bestimmens eines ersten, eines zweiten und eines dritten Emissionseinflusses.

1 zeigt einen Antriebsstrang 2 für eine Maschine, insbesondere ein Fahrzeug. Der Antriebsstrang 2 umfasst eine Ansaugstrecke 9, einen Verbrennungsmotor 3, eine Abgasstrecke 10 sowie eine erste 11 und eine zweite 12 Abgasrückführstrecke. Dabei ist die Ansaugstrecke 9 stromauf des Verbrennungsmotors 3 angeordnet. Die Abgasstrecke 10 ist stromab des Verbrennungsmotors 3 angeordnet und umfasst ein Abgasreinigungssystem 4.
Der Verbrennungsmotor 3 ist als aufgeladener, direkteinspritzender Dieselmotor mit vier Zylindern 13 ausgeführt. Dazu umfasst der Verbrennungsmotor 3 einen Abgasturbolader 14. Der Abgasturbolader 14 umfasst einen in der Ansaugstrecke 9 angeordneten Verdichter 15 und eine in der Abgasstrecke 10 angeordnete Turbine 16. Die Turbine 16 und der Verdichter 15 sind miteinander gekoppelt, so dass die durch die Turbine 16 vom Abgas aufgenommene Energie vom Verdichter 15 genutzt werden kann, um das Frischgas auf ein erhöhtes Druckniveau zu verdichten.
Zum Einbringen des Diesels in die Zylinder 13 umfasst der Verbrennungsmotor 3 eine Einspritzvorrichtung 30. Die Einspritzvorrichtung 30 umfasst einen Injektor je Zylinder 13, Zuleitungen und eine Kraftstoffversorgung.
Das Abgasreinigungssystem 4 umfasst einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 5, ein SCR System und einen Ammoniakschlupfkatalysator (ASK) 7. Der DOC 5 ist ausgebildet Emissionen von Kohlenstoffmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen zu reduzieren.
Das SCR System ist stromab des DOC 5 angeordnet und umfasst einen SCR Katalysator 6. Der SCR Katalysator 6 ist als SDPF ausgeführt, also als ein Dieselpartikelfilter mit einer SCR Beschichtung, so dass NO_x- und Rußemissionen in dem SDPF 6 reduziert werden können. Hierzu sind stromauf des SDPF 6 eine Dosiereinheit 19 und ein Mischer 20 angeordnet. Die Dosiereinheit 19 ist ausgebildet und eingerichtet Ammoniak (NH3) stromauf des SDPF 6 in die Abgasstrecke 10 einzubringen. In dem zwischen der Dosiereinheit 19 und dem SDPF 6 angeordneten Mischer 20 werden das eingebrachte Ammoniak und das Abgas gemischt. Der SDPF 6 ist ausgebildet und eingerichtet, NOx Emissionen unter Nutzung des Ammoniaks zu reduzieren.
Zum Erfassen von NOx Emissionen ist ein NOx Sensor 22 stromab des Abgasnachbehandlungssystems 4 angeordnet.
Die erste Abgasrückführstrecke 11 ist stromauf des Abgasreinigungssystems 4 angeordnet und ausgebildet, Abgas stromauf der Turbine 16 des Abgasturboladers 14 aus der Abgasstrecke 10 abzuführen und der Ansaugstrecke 9 stromab des Verdichters 15 des Abgasturboladers 14 zuzuführen. Die zweite Abgasrückführstrecke 12 ist ausgebildet, Abgas stromab des DOC 5 aus der Abgasstrecke 10 abzuführen und stromauf des Verdichters 15 des Abgasturboladers 14 der Ansaugstrecke 9 zuzuführen. Mit der ersten 11 und der zweiten 12 Abgasrückführstrecke können für den Betrieb des Verbrennungsmotors 3 bevorzugte Abgasrückführungsraten bereitgestellt und ein möglichst effizienter Betrieb des Verbrennungsmotors 3 erreicht werden.
Der Antriebsstrang 2 umfasst ein Steuergerät 1. Das Steuergerät 1 ist ausgebildet und eingerichtet, ein Steuerprogramm auszuführen. Das Steuerprogramm umfasst Befehle, die in 2 dargestellten Schritte durchzuführen:

- Erfassen S10 mehrerer Mess- und Betriebswerte des Antriebsstrangs 2,
- Ermitteln eines ersten Kriteriums S21 des SDPF 6 basierend auf den erfassten Mess- und Betriebswerten,
- Ermitteln eines zweiten Kriteriums S22 des DOC 5 basierend auf den erfassten Mess- und Betriebswerten,
- Vergleichen S31 des ersten Kriteriums mit einem erstem Nominalwert und einem ersten Defektwert, wobei der erste Nominalwert einen intakten Zustand des SDPF 6 repräsentiert und der erste Defektwert einen defekten Zustand des SDPF 6 repräsentiert, und Bestimmen S41 einer relativen Position des ersten Kriteriums zum ersten Nominalwert und zum ersten Defektwert,
- Vergleichen S32 des zweiten Kriteriums mit einem zweiten Nominalwert und einem zweiten Defektwert, wobei der zweite Nominalwert einen intakten Zustand des DOC 5 repräsentiert und der zweite Defektwert einen defekten Zustand des DOC 5 repräsentiert, und Bestimmen S42 einer relativen Position des zweiten Kriteriums zum zweiten Nominalwert und zum zweiten Defektwert,
- Bestimmen eines ersten Defektheitsmaßes S51 des SDPF 6 basierend auf der bestimmten relativen Position S41 des ersten Kriteriums,
- Bestimmen eines zweiten Defektheitsmaßes S52 des DOC 5 basierend auf der bestimmten relativen Position S42 des zweiten Kriteriums,
- Bestimmen eines ersten Emissionseinflusses S61 basierend auf dem bestimmten ersten Defektheitsmaß S51,
- Bestimmen eines zweiten Emissionseinflusses S62 basierend auf dem bestimmten ersten Defektheitsmaß S51,
- Bestimmen eines dritten Emissionseinflusses S63 basierend auf dem bestimmten zweiten Defektheitsmaß S52,
- Bestimmen eines Gesamtemissionseinflusses S70 basierend auf dem ersten S61, dem zweiten S62 und dem dritten S63 Emissionseinfluss und
- Überwachen des Emissionsverhaltens S80 des Antriebsstrangs 2 basierend auf dem Gesamtemissionseinfluss S70.

Das Steuergeräteprogramm wird hier zu einer On-Board Diagnose inklusive einer Bewertung von Emissionen des Antriebsstrangs 2 eingesetzt. Hierzu führt es die Schritte des Erfassens S10, des Ermittelns des ersten und des zweiten Kriteriums S21,S22, des Vergleichens S31,S32, des Bestimmens der relativen Position des ersten und des zweiten Kriteriums S41,S42, des Bestimmens des ersten und des zweiten Defektheitsmaßes S51,S52, des Bestimmens des ersten, des zweiten und des dritten Emissionseinflusses S61,S62,S63, des Bestimmens des Gesamtemissionseinflusses S70 und des Überwachens des Emissionsverhaltens S80 des Antriebsstrangs 2, wie durch die gestrichelte Linie in 20 vom Schritt S80 zum Schritt S10 angedeutet, kontinuierlich durch.
Das Steuergeräteprogramm erfasst als Mess- und Betriebswerte Informationen über den DOC 5, den SDPF 6, eine NOx Emission stromab des Abgasnachbehandlungssystems 4 sowie eine Drehzahl und eine Last des Verbrennungsmotors 3. Drehzahl und Last werden dem Steuergerät durch eine Motorsteuerung zur Verfügung gestellt, die NOx Emission wird durch den NOx Sensor 22 gemessen und die Zustände des DOC 5 und des SDPF 6 ermittelt das Steuergeräteprogramm durch Ausführen von Modellen zum Berechnen einer Alterung, einer Beladung und/oder einer Temperatur des DOC 5 und des SDPF 6.
Basierend auf den erfassten Mess- und Betriebswerten ermittelt das Steuergeräteprogramm das erste Kriterium S21. Hierzu vergleicht es die ermittelte NOx Emission und den ermittelten Zustand des SDPF 6 mit erwarteten Werten für die ermittelte Drehzahl und Last. Die erwarteten Werte sind hier in einem für das Steuergeräteprogramm abrufbaren Kennfeld hinterlegt. Analog ermittelt das Steuergeräteprogramm basierend auf den Informationen über den DOC 2 das zweite Kriterium S22. Das ermittelte erste und das ermittelte zweite Kriterium S21,S22 charakterisieren somit, inwieweit die Mess- und Betriebswerte einem erwarteten Zustand des SDPF 6 beziehungsweise des DOC 5 entsprechen.
Das Steuergeräteprogramm umfasst Befehle, das ermittelte erste Kriterium S21 mit einem ersten Nominalwert und einem ersten Defektwert zu vergleichen S31. Der erste Nominalwert repräsentiert einen intakten Zustand des SDPF 6, der erste Defektwert einen defekten Zustand des SDPF 6. Befindet sich der SDPF 6 im Nominalzustand, entspricht das ermittelte erste Kriterium S21 im Wesentlichen dem ersten Nominalwert. Je weiter der SDPF 6 vom Nominalzustand abweicht, also zunehmend defekt ist, desto weiter entfernt sich das ermittelte erste Kriterium S21 vom ersten Nominalwert und nähert sich dem ersten Defektwert an.
Wenn die erfasste NO_x Emission und der erfasste Zustand des SDPF 6 weitgehend den erwarteten Werten für die erfasste Drehzahl und erfasste Last entsprechen, liegt das ermittelte erste Kriterium S21 näher am ersten Nominalwert als am ersten Defektwert.
Wenn erfasste NO_x Emission und erfasster Zustand des SDPF 6 den erwarteten Werten nicht entsprechen, liegt das ermittelte erste Kriterium S21 näher am ersten Defektwert als am ersten Nominalwert. Entspricht nur die NO_x Emission oder nur der erfasste Zustand des SDPF 6 den erwarteten Werten, liegt das ermittelte erste Kriterium S20 eventuell relativ mittig zwischen erstem Nominal- und erstem Defektwert. Damit wäre nicht eindeutig klar, ob der SDPF 6 defekt oder intakt ist.
Das Steuergeräteprogramm umfasst weiterhin Befehle, das ermittelte zweite Kriterium S22 mit einem zweiten Nominalwert und einem zweiten Defektwert zu vergleichen S32. Der zweite Nominalwert repräsentiert einen intakten Zustand des DOC 5, der zweite Defektwert einen defekten Zustand des DOC 5. Befindet sich der DOC 5 im Nominalzustand, entspricht das ermittelte zweite Kriterium S22 im Wesentlichen dem zweiten Nominalwert. Je weiter der DOC 5 vom Nominalzustand abweicht, also zunehmend defekt ist, desto weiter entfernt sich das ermittelte zweite Kriterium S22 vom zweiten Nominalwert und nähert sich dem zweiten Defektwert an.
Abhängig davon, inwieweit der erfasste Zustand des DOC 5 dem erwarteten Werten für die erfasst Drehzahl und Last entspricht, liegt das ermittelte zweite Kriterium S22 näher am zweiten Defektwert oder näher am zweiten Nominalwert.
Für ein robustes Ermitteln des Zustands des SDPF 6 und des Zustands des DOC 5 umfasst das Steuergeräteprogramm Befehle, beim Ermitteln der Zustände die relative Position des ersten beziehungsweise zweiten Kriteriums, das erste und das zweite Defektheitsmaß und eine erste und eine zweite Entprellgeschwindigkeit zu berücksichtigen. Dazu bestimmt es zunächst die relative Position des ersten und des zweiten Kriteriums S41,S42, indem es den Abstand des ersten Kriteriums zum ersten Nominalwert und zum ersten Defektwert und den Abstand des zweiten Kriteriums zum zweiten Nominalwert und zum zweiten Defektwert berechnet.
Zum Bestimmen des ersten und des zweiten Defektheitsmaßes S51 umfasst das Steuergeräteprogramm Befehle einen Wertebereich zwischen erstem Nominalwert und erstem Defektwert sowie zwischen zweitem Nominalwert und zweitem Defektwert auf einen Wertebereich zwischen zwei definierten Werten A und B abzubilden. Die Werte A und B sind hier, wie in der oberen Abbildung von 3 gezeigt, 0 und 1. Als abbildende Funktion verwendet das Steuergeräteprogramm für einen beispielhaften Betriebspunkt des Antriebsstrangs 2 eine lineare Funktion. Für einige Betriebspunkte verwendet es andere Funktionen, mitunter auch unterschiedliche Funktionen für das Bestimmen des ersten und des zweiten Defektwerts. Der erste und der zweite Nominalwert NW werden auf den Wert A und der erste und der zweite Defektwert DW auf den Wert B abgebildet.
Werte des ersten und des zweiten Kriteriums, die auf der dem ersten oder dem zweiten Defektwert DW abgewandten Seite des ersten oder des zweiten Nominalwerts NW liegen, werden auf Werte kleiner A abgebildet. Werte des ersten und des zweiten Kriteriums, die auf der dem ersten oder dem zweiten Nominalwert NW abgewandten Seite des ersten oder des zweiten Defektwerts DW liegen, werden auf Werte größer B abgebildet. Für diese Abbildungen verwendet das Steuergeräteprogramm hier die gleiche lineare Funktion, für einige Betriebspunkte verwendet es zum Abbilden des ersten und/oder des zweiten Kriteriums eine andere Funktion oder eine Extrapolation.
Die lineare Funktion ist hier so nach oben und unten beschränkt, dass Werte jenseits von erstem oder zweitem Nominal- und erstem und zweitem Grenzwert, also kleiner als A oder größer als B, gegen Grenzwerte streben.
Der abgebildete Wert des ersten Kriteriums entspricht dem Defektheitsmaß des SDPF 6, also dem ersten Defektheitsmaß, der abgebildete Wert des zweiten Kriteriums entspricht dem Defektheitsmaß des DOC 5, also dem zweiten Defektheitsmaß. Ein abgebildeter Wert unterhalb oder in der Nähe von A legt einen intakten SDPF 6 oder DOC 5 nahe, ein Ergebnis in der Nähe oder oberhalb von B legt einen defekten SDPF 6 oder DOC 5 nahe. Ein Ergebnis zwischen A und B ist uneindeutig.
Zum Bestimmen der ersten und der zweiten Entprellgeschwindigkeit umfasst das Steuergeräteprogramm Befehle, das bestimmte, erste und das bestimmte, zweite Defektheitsmaß auf einen weiteren Wertebereich, wie in der unteren Abbildung von 3 gezeigt, abzubilden. Der weitere Wertebereich wird von drei Werten C, D und E definiert. Hier ist C kleiner als D und D kleiner als E, nämlich C = -1, D = 0 und E = 1. Dabei wird ein erstes oder ein zweites Defektheitsmaß an einem Punkt in der Nähe von A auf C abgebildet, ein erstes oder zweites Defektheitsmaß in der Nähe eines vorgegebenen Defektheitsmaßes zwischen A und B auf D abgebildet und ein erstes oder ein zweites Defektheitsmaß an einem Punkt in der Nähe von B auf E abgebildet. Das vorgegebene Defektheitsmaß entspricht einem Grenzwert, der die Grenze zwischen einem intakten und einem defektem SDPF 6 oder DOC 5 definiert.
Die abbildende Funktion ist stetig, weist aber eine Steigung von null im Bereich des Wertes D auf. Für sehr große und sehr kleine Werte des ersten oder des zweiten Defektheitsmaßes ist die Funktion beschränkt und strebt gegen einen unteren und einen oberen Grenzwert.
Das Steuergeräteprogramm nutzt die bestimmte, erste sowie die bestimmte, zweite Entprellgeschwindigkeit als Parameter für das Ermitteln des Zustands des SDPF 6 sowie des Zustands des DOC 5. Bei einer hohen ersten oder zweiten Entprellgeschwindigkeit, also in der Nähe von 1 oder -1, reichen wenige eindeutige Ergebnisse aus, bei einer niedrigen ersten oder zweiten Entprellgeschwindigkeit, also in der Nähe von 0, sind viele Ergebnisse erforderlich, bevor das Ermitteln des Zustands als robust angesehen wird. Hier entspricht eine negative erste oder zweite Entprellgeschwindigkeit einem intakten SDPF 6 oder DOC 5, eine positive erste oder zweite Entprellgeschwindigkeit einem defekten SDPF 6 oder DOC 5.
Bei einem uneindeutigen ersten oder zweiten Defektheitsmaß zwischen A und B ist die erste oder die zweite Entprellgeschwindigkeit 0 oder nahe bei 0 und die Ermittlung des Zustands des SDPF 6 oder des DOC 5 endet nie oder dauert sehr lange. Dies ist konsistent mit einem uneindeutigen Ergebnis und löst das Problem von zufälligen Ergebnissen in dieser Situation.
Zum Bestimmen des ersten, des zweiten und des dritten Emissionseinflusses S61, S62,S63 basierend auf dem bestimmten, ersten sowie dem bestimmten, zweiten Defektheitsmaß S51,S52 umfasst das Steuergeräteprogramm Befehle das bestimmte, erste Defektheitsmaß S51 auf zwei weitere, durch die Werte F und G definierte Wertebereiche, wie in der oberen und der unteren Abbildung von 4 gezeigt, und das bestimmte, zweite Defektheitsmaß S52 auf einen weiteren, durch die Werte F und G definierten Wertebereich, wie in der oberen Abbildung von 4 gezeigt, abzubilden.
Hierbei entspricht die obere Abbildung von 4 dem ersten und dem dritten Emissionseinfluss und die untere Abbildung von 4 dem zweiten Emissionseinfluss. Der erste Emissionseinfluss beschreibt dabei einen Einfluss des ersten Defektheitsmaßes S51 auf eine NO_x Emission, der zweite Emissionseinfluss S52 einen Einfluss des ersten Defektheitsmaßes S51 auf eine NH3 Emission und der dritte Emissionseinfluss einen Einfluss des zweiten Defektheitsmaßes S52 auf eine HC Emission.
Das Bestimmen des ersten, des zweiten und des dritten Emissionseinflusses S61,S62,S63 führt das Steuergeräteprogramm dabei so durch, dass zunächst ein Mittelwert des ersten sowie des zweiten Defektheitsmaßes über einen Entprellzeitraum gebildet wird. Der Entprellzeitraum entspricht dem Zeitraum, bis das Ermitteln des Zustands des SDPF 6 beziehungsweise des DOC 5 basierend auf der ersten beziehungsweise der zweiten Entprellgeschwindigkeit als robust angesehen werden kann. Basierend auf dem gemittelten, ersten und gemittelten, zweiten Defektheitsmaß bestimmt das Steuergeräteprogramm dann den ersten, den zweiten und den dritten Emissionseinfluss S61, S62. Die gewählten, in den 4 und 5 gezeigten Funktionen, wählt das Steuergeräteprogramm dabei abhängig vom Betriebspunkt des Antriebsstrangs 2 aus und verwendet zumindest teilweise auch unterschiedliche Funktionen für den ersten und den dritten Emissionseinfluss.
Das Steuergeräteprogramm umfasst weiterhin Befehle beim Bestimmen des ersten, des zweiten und des dritten Emissionseinflusses S61, S62, S63 eine erste, eine zweite und eine dritte Nominalemission des SDPF 6 und des DOC 5 zu berücksichtigen. Dies führt das Steuergeräteprogramm additiv durch, so dass sich der erste, der zweite und der dritte Emissionseinfluss wie folgt ergeben: $E_{1} = E_{1, n o m i n a l} + K_{1} (D_{1}), E_{2} = E_{2, n o m i n a l} + K_{2} (D_{1}) und E_{3} = E_{3, n o m i n a l} + K_{3} (D_{2}),$
wobei E₁ der erste Emissionseinfluss ist, E₂ der zweite Emissionseinfluss, E₃ der dritte Emissionseinfluss ist, E₁,_nominal die erste, und E_2,nominal die zweite Nominalemission des SDPF 6, E3,_nominal die Nominalemission des DOC 5 sowie K₁(D₁) und K₂(D₁) vom ersten Defektheitsmaß D₁ abhängige Koeffizienten des ersten und des zweiten Emissionseinfluss und K₃(D₂) ein vom zweiten Defektheitsmaß D₂ abhängiger Koeffizient des dritten Emissionseinflusses ist.
Das Steuergeräteprogramm umfasst Befehle basierend auf dem ersten, dem zweiten und dem dritten Emissionseinfluss einen Gesamtemissionseinfluss des Antriebsstrangs 2 zu bestimmen und das Überwachen des Emissionsverhaltens des Antriebsstrangs basierend auf dem Gesamtemissionseinfluss durchzuführen.
Hierfür bestimmt das Steuergeräteprogramm zunächst eine lineare und unabhängige Addition des ersten, des zweiten und des dritten Emissionseinflusses: $E_{G e s} = E_{G e s, n o m i n a l} + Σ K_{i},$
mit i = 1,2,3.
Basierend auf dem Gesamtemissionseinfluss überwacht das Steuergeräteprogramm S70 das Emissionsverhalten des Antriebsstrangs 2, indem es den Gesamtemissionseinfluss mit im Steuergerät hinterlegten Grenzwerten vergleicht. Befindet sich das Emissionsverhalten des Antriebsstrangs 2 basierend auf dem Vergleichen in einem Nominalbereich, ist kein Eingreifen des Steuergeräts erforderlich. Wenn sich das Emissionsverhalten des Antriebsstrangs hingegen außerhalb eines Nominalbereichs befindet, einer oder mehrere Grenzwerte also verletzt werden, steuert es den Antriebsstrang, indem es entweder einen veränderten Betrieb des Antriebsstrangs vornimmt oder einen Betreibenden des Fahrzeugs informiert, dass eine Wartung, Reparatur und/oder zumindest Überprüfung des defekten Bauteils, also hier des SDPF 6 oder des DOC 5 vorzunehmen ist. Wenn das Emissionsverhalten sehr stark von den Grenzwerten abweicht, legt das Steuergerät den Antriebsstrang 2 still, um beispielsweise eine dauerhafte Beschädigung des SDPF 6, des DOC 5 oder einer anderen Komponente zu verhindern.
In alternativen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst das Steuergeräteprogramm Befehle, den Gesamtemissionseinfluss

- durch eine lineare, unabhängige Multiplikation nach E = E_nominal · Π F_i, wobei F_i von einem Defektheitsmaß abhängige Faktoren der Emissionseinflüsse sind,
- durch eine gemeinsame Abbildung basierend auf einer Kombination aller Defektheitsmaße nach E = E(D₁,...,D_n) oder
- durch eine Abbildung basierend auf einer paarweisen Wechselwirkung zweier Defektheitsmaße nach E = E(D₁,..., D_n) oder E = E_nominal · Π F_ij(D_i, D_j) zu bestimmen.

Insbesondere das Bestimmen basierend auf der gemeinsamen Abbildung und der Abbildung basierend auf der paarweisen Wechselwirkung haben den Vorteil, dass der Gesamtemissionseinfluss direkt basierend auf den Defektheitsmaßen bestimmt werden kann. Ein Bestimmen der einzelnen Emissionseinflüsse ist damit nicht zwingend notwendig.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020007100 A1 [0002]

Claims

Steuergerät zum Überwachen eines Emissionsverhaltens einer Maschine, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, die folgenden Schritte durchzuführen: - Bestimmen eines ersten Defektheitsmaßes einer ersten Komponente der Maschine, - Bestimmen eines ersten Emissionseinflusses basierend auf dem bestimmten ersten Defektheitsmaßes und - Überwachen des Emissionsverhaltens der Maschine basierend auf dem ersten Emissionseinfluss.
Steuergerät nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, beim Bestimmen des ersten Emissionseinflusses eine statistische Funktion zu verwenden.
Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, beim Bestimmen des ersten Emissionseinflusses eine Nominalemission der Maschine zu berücksichtigen.
Steuergerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, zumindest einen weiteren Emissionseinfluss zu bestimmen und das Überwachen des Emissionsverhaltens der Maschine basierend auf dem ersten und dem zumindest einen weiteren Emissionseinfluss durchzuführen.
Steuergerät nach Anspruch 4, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, basierend auf dem ersten und dem zumindest einen weiteren Emissionseinfluss einen Gesamtemissionseinfluss der Maschine zu bestimmen und das Überwachen des Emissionsverhaltens der Maschine basierend auf dem Gesamtemissionseinfluss durchzuführen.
Steuergerät nach Anspruch 5, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, den Gesamtemissionseinfluss basierend - auf einer linearen und unabhängigen Addition oder Multiplikation des ersten und des zumindest einen weiteren Emissionseinfluss durchzuführen, - basierend auf dem ersten und zumindest einem weiteren Defektheitsmaß zu bestimmen und/oder - basierend auf einer paarweisen Wechselwirkung des ersten und des zumindest einen weiteren Defektheitsmaßes zu bestimmen.
Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des ersten und zumindest eines weiteren Emissionseinflusses basierend auf einer Funktion basiert und diese Funktion betriebspunktabhängig formuliert ist.
Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, das Bestimmen des ersten und/oder zumindest eines weiteren Defektheitsmaßes einer ersten und/oder zumindest einer weiteren Komponente mit den folgenden Schritten durchzuführen: - Erfassen eines Mess- und/oder Betriebswerts der Maschine, - Ermitteln eines Kriteriums basierend auf dem erfassten Mess- und/oder Betriebswert, - Vergleichen des Kriteriums mit einem Nominalwert, wobei der Nominalwert einen intakten Zustand der Maschine repräsentiert, - Bestimmen einer relativen Position des Kriteriums zum Nominalwert, - Abbilden eines Wertebereichs zwischen einem Nominalwert und einem Defektwert, wobei der Defektwert einen defekten Zustand der Maschine repräsentiert, der ersten und/oder der zumindest einen weiteren Komponente auf einen durch zwei Werte A und B definierten Wertebereich, - Abbilden des Nominalwerts auf den definierten Wert A und des Defektwerts auf den definierten Wert B und - Abbilden des Kriteriums basierend auf seiner relativen Position auf Werte kleiner oder gleich A, größer oder gleich B oder auf den Wertebereich zwischen A und B, wobei die Abbildung des Kriteriums dem Defektheitsmaß der ersten und/oder der zumindest einen weiteren Komponente entspricht.
Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, die Maschine basierend auf dem überwachten Emissionsverhalten zu steuern.