DE102022115217A1 - Method and system for determining parameterization values for a physical model of a vehicle component - Google Patents
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Abstract
Verfahren und System (1) zum Bestimmen von Parametrierungswerten für Modellparameter eines physikalischen Ersatzmodells (13) einer Fahrzeugkomponente (3), umfassend eine Vermessungseinrichtung (2) und eine Parametrierungseinrichtung (8). Die Vermessungseinrichtung ist eingerichtet, um Messpunkte der Fahrzeugkomponente (3) zu vermessen, um Messwerte zu erhalten und diese an die Parametrierungseinrichtung (8) zu übertragen. Die Parametrierungseinrichtung (8) umfasst eine Recheneinheit (11), einen elektronischen Speicher (12) sowie eine Eingangs- (9) und Ausgangsschnittstelle (10) und ist eingerichtet, um Parametrierungswerte für Modellparameter des physikalischen Ersatzmodells (13) zu bestimmen, einen Vorhersagefehler durch ein Vorhersagemodell (14) zu ermitteln, das Vorhersagemodell (14) in Abhängigkeit des Vorhersagefehlers zu trainieren, die Güte der bestimmten Parametrierungswerte anhand von wenigstens einem Bewertungskriterium zu bewerten und eine Übertragung der Parametrierungswerte auszuführen. Bei unzureichender Güte erfolgt die Bestimmung einer Auswahlstrategie zur Auswahl eines weiteren zu vermessenden Messpunktes mittels eines Auswahlmodells (15) und die erneute Vermessung der Fahrzeugkomponente (3) sowie der Bestimmung von Parametrierungswerten, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.Method and system (1) for determining parameterization values for model parameters of a physical replacement model (13) of a vehicle component (3), comprising a measuring device (2) and a parameterization device (8). The measuring device is set up to measure measuring points of the vehicle component (3) in order to obtain measured values and transmit them to the parameterization device (8). The parameterization device (8) comprises a computing unit (11), an electronic memory (12) and an input (9) and output interface (10) and is set up to determine parameterization values for model parameters of the physical replacement model (13) through a prediction error to determine a prediction model (14), to train the prediction model (14) depending on the prediction error, to evaluate the quality of the specific parameterization values based on at least one evaluation criterion and to carry out a transfer of the parameterization values. If the quality is insufficient, a selection strategy is determined for selecting a further measuring point to be measured using a selection model (15) and the vehicle component (3) is measured again and parameterization values are determined according to the method according to the invention.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft die durch maschinelles Lernen gestützte Kalibrierung von Fahrzeugkomponenten mittels physikalischer Ersatzmodelle.The invention relates to the machine learning-based calibration of vehicle components using physical replacement models.
Hintergrundbackground
Mit der Zunahme der Komplexität der Steuerung von technischen Systemen wächst gleichermaßen der Kalibrierungsaufwand. Auf dem Gebiet der Fahrzeugsteuereinheiten ist zu erkennen, dass immer mehr Funktionen in Fahrzeuge implementiert werden, um diese zu steuern. Fahrzeugsteuereinheiten verwenden zum Großteil tabellarisch gelistete Zuweisungen, beispielsweise in Form von Kennwerten, Kennlinien und Kennfeldern, um die interne Berechnung der auszuführenden Funktionen abzubilden. Während des Steuervorgangs erhalten die Fahrzeugsteuereinheiten Eingangsgrößen, wie beispielsweise Sensordaten, mittels welchen anhand von genannten Zuweisungen Ausgangsgrößen erzeugt werden, um Teilsysteme und einzelne Fahrzeugkomponenten zu steuern. Damit die gewünschte Steuerung erfolgt, beinhalten die tabellarisch gelisteten Zuweisungen spezifische, auf die Fahrzeugkomponente abgestimmte Werte oder auch Kalibrierungswerte. Diese müssen initial bei der Herstellung oder bei jeder Veränderung der Fahrzeuge, der Steuereinrichtungen oder sonstigen Anforderungen aufgestellt und auf eine Fahrzeugsteuereinheit übertragen werden. Die Ermittlung dieser Kalibrierungswerte basiert teilweise auf Erfahrungswerten und technischem Know-How. Die meisten der Kalibrierungswerte werden jedoch an Vermessungseinrichtungen oder im Feldversuch aufwendig vermessen. Jeder steuerbaren Komponente eines Fahrzeugs ist je mindestens eine Fahrzeugsteuereinheit zugeordnet, die wenigstens einen Kalibrierungswert zur Steuerung jener Fahrzeugkomponente umfasst. Für die technische Einrichtung eines Fahrzeugantriebsstranges entstehen mehrere tausend oder gar zehntausende Kalibrierungswerte, welche während des Herstellungsprozesses, aber auch im sonstigen Lebenszyklus bei jeder Veränderung neu vermessen werden müssen. Hierbei entsteht ein enormer zeitlicher Aufwand als Kostentreiber. Um diesem Umstand zu begegnen, existieren verschiedene Ansätze, um die Kalibrierung von technischen Einrichtungen oder Steuereinheiten zu automatisieren und den zeitlichen Aufwand zu reduzieren. Eine alternative Möglichkeit der Ermittlung der Kalibrierungswerte für tabellarisch gelistete Zuweisung besteht in der Anwendung von physikalischen Modellen, oder auch Ersatzmodellen, welche die zu kalibrierende Fahrzeugkomponente abbilden.As the complexity of controlling technical systems increases, the calibration effort also increases. In the field of vehicle control units it can be seen that more and more functions are being implemented in vehicles in order to control them. Vehicle control units largely use assignments listed in tables, for example in the form of characteristic values, characteristic curves and maps, in order to map the internal calculation of the functions to be carried out. During the control process, the vehicle control units receive input variables, such as sensor data, by means of which output variables are generated based on the assignments mentioned in order to control subsystems and individual vehicle components. To ensure that the desired control occurs, the assignments listed in the table contain specific values or calibration values that are tailored to the vehicle component. These must be initially set up during manufacture or with any change to the vehicles, control devices or other requirements and transferred to a vehicle control unit. The determination of these calibration values is partly based on experience and technical know-how. However, most of the calibration values are measured in a complex manner at surveying facilities or in field tests. Each controllable component of a vehicle is assigned at least one vehicle control unit, which includes at least one calibration value for controlling that vehicle component. The technical setup of a vehicle drive train involves several thousand or even tens of thousands of calibration values, which must be remeasured with every change during the manufacturing process, but also in the rest of the life cycle. This creates an enormous amount of time as a cost driver. To address this situation, there are various approaches to automate the calibration of technical devices or control units and reduce the time required. An alternative way of determining the calibration values for assignment listed in a table is to use physical models, or alternative models, which represent the vehicle component to be calibrated.
Stand der TechnikState of the art
In
In
KurzdarstellungShort presentation
Den Stand der Technik einen die Umstände, dass zur Automatisierung der Kalibrierungsverfahren entweder auf historische Trainingsdaten zurückgegriffen werden muss, um daraus zunächst ein geeignetes Vorhersagemodell zu entwickeln, wobei jedoch die Validierung mittels realer Messwerte säumig bleibt oder, dass die technische Einrichtung selbst gemäß einem konventionellen Ablaufplan betrieben werden muss, um anhand dieser Abfolge Kalibrierungswerte mittels Elementen des maschinellen Lernens zu erzeugen. Abhilfe können physikalische Ersatzmodelle zur Ermittlung von Kalibrierungswerten verschaffen. Ersatzmodelle umfassen einen oder mehrere Parameter, durch welche die physikalischen Eigenschaften und Verhaltensweisen der modellierten Fahrzeugkomponente abgebildet werden. Die Anpassung der Ersatzmodelle, durch Bestimmung der Parametrierungswerte der Modellparameter, erfordert nach konventionellen Standards eine analoge Vorgehensweise zur Ermittlung der Kalibrierungswerte selbst.The state of the art is characterized by the circumstances that in order to automate the calibration process, either historical training data must be used in order to initially develop a suitable prediction model, although validation using real measured values remains neglected, or that the technical device itself follows a conventional flow plan must be operated in order to generate calibration values based on this sequence using elements of machine learning. Physical substitute models for determining calibration values can provide a solution. Substitute models include one or more parameters that represent the physical properties and behavior of the modeled vehicle component. According to conventional standards, the adaptation of the replacement models by determining the parameterization values of the model parameters requires an analogous procedure for determining the calibration values themselves.
Dem begegnet die hiermit vorgeschlagene Erfindung, deren Aufgabe es ist, die Bestimmung der Parametrierungswerte für ein Ersatzmodell einer Fahrzeugkomponente zu automatisieren, den Betrieb der Fahrzeugkomponente innerhalb einer Vermessungseinrichtung gemäß einem konventionellen Ablaufplan durch Anwendung von maschinellem Lernen zu reduzieren sowie das Ergebnis der Parametrierung zu bewerten. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie ein System nach Anspruch 10 gelöst, wobei durch die abhängigen Unteransprüche weitere Varianten der Erfindung ausgebildet sind.This is addressed by the invention proposed here, the task of which is to automate the determination of the parameterization values for a replacement model of a vehicle component, to reduce the operation of the vehicle component within a measuring device according to a conventional flow chart by using machine learning, and to reduce the result of the Evaluate parameterization. This object is achieved by a method according to
Die vorgeschlagene Erfindung umfasst ein System und ein Verfahren zum Bestimmen von Parametrierungswerten für ein physikalisches Ersatzmodell einer Fahrzeugkomponente, wobei zunächst einer oder mehrere Messpunkte aus einem konventionellen Messablaufplan zum Betreiben der durch eine Fahrzeugsteuereinheit zu steuernden Fahrzeugkomponente vermessen werden. Die nach solcherart erzeugten Messwerte werden an eine Parametrierungseinrichtung übermittelt und zunächst dafür verwendet, um ein Ersatzmodell zu parametrieren. Die Parametrierung des Ersatzmodells umfasst hierbei die Bestimmung von Parametrierungswerten der Modellparameter. Das nach solcherart neuparametrierte Ersatzmodell ist wiederum Teil eines Vorhersagemodells, welches ein datenbasiertes Verfahren, vorzugsweise ein Verfahren des maschinellen Lernens, insbesondere vorzugsweise ein neuronales Netz trainiert und einen Fehler von Kalibrierungswerten, oder auch einen Vorhersagefehler, vorhersagt, welcher durch das neuparametrierte Ersatzmodell erzeugt wird. Der Vorhersagefehler kann als eines von weiteren möglichen Bewertungskriterien herangezogen werden, um die Güte der Parametrierung zu bewerten. Ist die Güte der Parametrierung ungenügend im Vergleich zu einem oder mehreren Bewertungskriterien, wird ein Auswahlmodell aktiviert, das eingerichtet ist, um einen neuen Messpunkt aus dem Messablaufplan und unter Berücksichtigung des Vorhersagefehlers auszuwählen. Anschließend wird der neue Messpunkt vermessen, sodass ausgehend von den nach solcherart ermittelten Messwerten erneut das Ersatzmodell parametriert, der Vorhersagefehler ermittelt, das neuronale Netz trainiert sowie die Güte der Parametrierung ausgewertet werden. Dieser Verfahrensablauf ist hierbei so oft wiederholbar, bis die Parametrierung entsprechend einem oder mehrerer Bewertungskriterien eine ausreichende Güte erreicht.The proposed invention includes a system and a method for determining parameterization values for a physical replacement model of a vehicle component, wherein one or more measuring points from a conventional measurement flow chart for operating the vehicle component to be controlled by a vehicle control unit are first measured. The measured values generated in this way are transmitted to a parameterization device and initially used to parameterize a replacement model. The parameterization of the replacement model includes the determination of parameterization values of the model parameters. The replacement model newly parameterized in this way is in turn part of a prediction model, which trains a data-based method, preferably a machine learning method, in particular preferably a neural network, and predicts an error in calibration values, or also a prediction error, which is generated by the newly parameterized replacement model. The prediction error can be used as one of other possible evaluation criteria to evaluate the quality of the parameterization. If the quality of the parameterization is insufficient compared to one or more evaluation criteria, a selection model is activated that is set up to select a new measuring point from the measurement flow plan and taking the prediction error into account. The new measuring point is then measured so that, based on the measured values determined in this way, the replacement model is parameterized again, the prediction error is determined, the neural network is trained and the quality of the parameterization is evaluated. This process sequence can be repeated until the parameterization achieves sufficient quality according to one or more evaluation criteria.
Durch die Anwendung eines Auswahlmodells, welches den aktuellen Fortschritt des Vorhersagemodells berücksichtigt, werden der Reihe nach einzelne Betriebspunkte der Fahrzeugkomponente als Messpunkte ausgewählt, sodass nicht der gesamte Messablaufplan zum Betrieb der Fahrzeugkomponente vermessen werden muss. Es wird demnach effektiv die Anzahl der Messpunkte reduziert, wodurch sich gleichermaßen der zeitliche Messaufwand verringert. Durch die Aktualisierung der Parametrierungswerte der Modellparameter des Ersatzmodells nach jeder erneuten Vermessung wird die Bestimmung der Parametrierungswerte im Verlauf des Verfahrens in vorteilhafter Art und Weise stetig präziser. Durch die Bewertung der nach solcherart bestimmten Parametrierungswerte mittels Ermittlung eines Vorhersagefehlers nach jeder erneuten Vermessung ist die Güte der Parametrierung in vorteilhafter Art und Weise in jeder Iteration des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmbar, sodass der Prozessablauf bei Erfüllung definierter Bewertungskriterien beendet werden kann. Das Vorhersagemodell kann beispielsweise unter Anwendung von verstärktem Lernen („Reinforcement Learning“) auf das Verhalten des spezifischen Anwendungsfalls und während der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens trainiert werden, wobei weder das Vorhandensein von historischen Trainingsdaten noch eine vorherige Anpassung an die ausgewählte technische Einrichtung erforderlich sind. Durch die vorgeschlagene Erfindung werden demnach die Vorteile von existierenden Parametrierungsverfahren mittels Vorhersagemodell und von verstärktem Lernen kombiniert sowie um eine Messpunktreduktion und eine Bewertung der Kalibrierung selbst erweitert.By using a selection model that takes the current progress of the prediction model into account, individual operating points of the vehicle component are selected one after the other as measuring points, so that the entire measurement flow plan for operating the vehicle component does not have to be measured. The number of measuring points is therefore effectively reduced, which also reduces the time required for measuring. By updating the parameterization values of the model parameters of the replacement model after each new measurement, the determination of the parameterization values becomes increasingly precise in an advantageous manner over the course of the method. By evaluating the parameterization values determined in this way by determining a prediction error after each new measurement, the quality of the parameterization can advantageously be determined in each iteration of the method according to the invention, so that the process sequence can be ended when defined evaluation criteria are met. The prediction model can, for example, be trained using reinforcement learning on the behavior of the specific application and during the application of the method according to the invention, neither the presence of historical training data nor a prior adaptation to the selected technical device being required. The proposed invention therefore combines the advantages of existing parameterization methods using a prediction model and reinforced learning and expands it to include a reduction in measuring points and an evaluation of the calibration itself.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
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1 zeigt ein Blockschaltbild, das ein System zum Bestimmen von Parametrierungswerten gemäß einem Ausführungsbeispiel zur Kalibrierung eines elektrischen Antriebes darstellt.1 shows a block diagram that represents a system for determining parameterization values according to an exemplary embodiment for calibrating an electric drive. -
2 zeigt einen Prozessablaufplan, der ein Verfahren zum Bestimmen von Parametrierungswerten gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung darstellt.2 shows a process flow diagram illustrating a method for determining parameterization values according to some embodiments of the invention. -
3 zeigt das Betriebskennfeld und eine Drehmomentkennlinie einer elektrischen Maschine zu einem Zwischenstand innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens.3 shows the operating map and a torque characteristic of an electric machine at an intermediate state within the method according to the invention. -
4A und4B zeigen graphische Darstellungen der Ermittlung des Vorhersagefehlers gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, am Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine.4A and4B show graphic representations of the determination of the prediction error according to the method according to the invention, using the exemplary embodiment of the electrical machine.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Einige Ausführungsformen der hier beschriebenen Systeme und Verfahren beziehen sich auf das Bestimmen von Parametrierungswerten für eine elektrische Maschine als Fahrzeugkomponente, insbesondere für die Steuereinheit eines elektrischen Antriebes sowie vorzugsweise einer Asynchronmaschine (ASM), welche innerhalb eines Fahrzeuges angeordnet ist. Die Systeme und Verfahren können jedoch ebenso dazu verwendet werden, um andere Arten von Parametrierungswerten für Ersatzmodelle zur Ermittlung von Kalibrierungswerten für Fahrzeugsteuereinheiten, Fahrzeugkomponenten oder Fahrzeuge generell zu bestimmen und sollen nicht durch die hier beschriebenen Ausführungsformen begrenzt sein. Sämtliche dargestellte Systeme, Teilsysteme und Komponenten können sowohl als Hardware als auch als Software implementiert sein, ein oder mehrere Module sowie eine oder mehrere Übertragungsschnittstellen umfassen, welche nicht einzeln dargestellt sind.Some embodiments of the systems and methods described here relate to determining parameterization values for an electric machine as a vehicle component, in particular for the control unit of an electric drive and preferably an asynchronous machine (ASM), which is arranged within a vehicle. However, the systems and methods may also be used to determine other types of parameterization values for surrogate models for determining calibration values for vehicle control units, vehicle components, or vehicles in general and are not intended to be limited by the embodiments described herein. All systems presented, part Systems and components can be implemented both as hardware and as software, include one or more modules and one or more transmission interfaces, which are not shown individually.
Die Fahrzeugkomponente (3) ist zu verstehen als jenes technische System oder Teilsystem, welches oder dessen Steuerung kalibriert wird und kann entsprechend ein gesamtes Fahrzeug, eine einzelne Fahrzeugkomponente (3) oder eine Fahrzeugsteuereinheit (6) selbst umfassen. Die Fahrzeugsteuereinheit (6) ist zu verstehen als jenes technische System oder Teilsystem, welches die Fahrzeugkomponente (3) steuert, indem es Steuerungsbefehle übermittelt. Die Messeinrichtung (7) ist als jenes technische System oder Teilsystem zu verstehen, welches den aktuellen Betriebszustand der Fahrzeugkomponente (3) erfasst, wie beispielsweise durch Aufnahme von Messwerten. In einer Ausführungsform ist die Vermessungseinrichtung (2) ein Fahrzeug, die zu kalibrierende Fahrzeugkomponente (3) eine Antriebseinheit des Fahrzeuges, die Fahrzeugsteuereinheit (6) ein Antriebssteuergerät für die Antriebseinheit und die Messeinrichtung (7) ein Computer, umfassend wenigstens eine Datenschnittstelle, um Daten von der Antriebseinheit und/oder dem Antriebssteuergerät zu erfassen. Die beschriebene Ausführungsform soll das erfindungsgemäße System hierbei weder beschränken, noch auf jene Ausgestaltung festlegen. Vielmehr sollen hierdurch der funktionelle Aufbau sowie die qualitativen, aufgabenbezogenen Verhältnisse der einzelnen Komponenten der Vermessungseinrichtung (2), wie Fahrzeugsteuereinheit (6), Fahrzeugkomponente (3) und Messeinrichtung (7) zueinander offenbart werden.The vehicle component (3) is to be understood as that technical system or subsystem which or whose control is calibrated and can accordingly comprise an entire vehicle, an individual vehicle component (3) or a vehicle control unit (6) itself. The vehicle control unit (6) is to be understood as the technical system or subsystem that controls the vehicle component (3) by transmitting control commands. The measuring device (7) is to be understood as the technical system or subsystem which records the current operating state of the vehicle component (3), for example by recording measured values. In one embodiment, the measuring device (2) is a vehicle, the vehicle component (3) to be calibrated is a drive unit of the vehicle, the vehicle control unit (6) is a drive control device for the drive unit and the measuring device (7) is a computer comprising at least one data interface for data from the drive unit and/or the drive control unit. The embodiment described is neither intended to limit the system according to the invention nor to limit it to that embodiment. Rather, this is intended to reveal the functional structure and the qualitative, task-related relationships of the individual components of the measuring device (2), such as the vehicle control unit (6), vehicle component (3) and measuring device (7) to one another.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems (1) ist die Vermessungseinrichtung (2) ein Prüfstand, insbesondere ein Antriebsstrangprüfstand für ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Komponentenprüfstand, wobei die Fahrzeugkomponente (3) einen elektrischen Antrieb, insbesondere eine elektrische Maschine (EM) (4) und einen Frequenzumrichter (5), die Fahrzeugsteuereinheit (6) ein Antriebssteuergerät, welches eingerichtet ist, um die EM (4) und / oder den Frequenzumrichter (5) zu steuern, sowie die Messeinrichtung (7) Prüfstandmesstechnik, die wenigstens eingerichtet ist, um die Stromstärke, Drehzahl, Drehmoment und Schlupf der EM (4) messtechnisch zu erfassen, umfassen.In a preferred embodiment of the system (1) according to the invention, the measuring device (2) is a test bench, in particular a drive train test bench for a vehicle, preferably a component test bench, wherein the vehicle component (3) has an electric drive, in particular an electric machine (EM) (4). and a frequency converter (5), the vehicle control unit (6), a drive control device which is set up to control the EM (4) and / or the frequency converter (5), and the measuring device (7) test bench measurement technology, which is at least set up to to measure the current strength, speed, torque and slip of the EM (4).
In einigen Ausführungsformen umfasst die Fahrzeugsteuereinheit (6) je eine oder mehrere elektrische und elektronische Komponenten, wie eine eigene elektronische Recheneinheit, wie einen Mikroprozessor oder anders geartete elektronische Prozessoren, nichtflüchtige Speicher, Eingangs- und Ausgangsschnittstellen sowie Steuerungs- und Datenbusse. Auf der Fahrzeugsteuereinheit (6) oder auf deren elektronischen Speichern sind Steuerungsdaten angeordnet, um die Fahrzeugkomponente (3) zu steuern. Innerhalb der Steuerungsdaten sind die Kalibrierungswerte angeordnet, welche beispielsweise tabellarische Zuweisungen, in Form von Kennwerten, Kennlinien oder Kennfeldern, aber auch Parameter für Rechenoperationen und weitere Steuerungsfunktionen umfassen, sodass eine Veränderung der Kalibrierungswerte entsprechend ein verändertes Steuerungsverhalten der Fahrzeugkomponente (3) hervorruft. In einer vorzugsweisen Ausführungsform umfassen die Steuerungsdaten wenigstens ein Betriebskennfeld für die EM (4), wobei die einzelnen Einträge des Kennfeldes den Kalibrierungswerten der EM (4) entsprechen.In some embodiments, the vehicle control unit (6) comprises one or more electrical and electronic components, such as its own electronic computing unit, such as a microprocessor or other electronic processors, non-volatile memories, input and output interfaces as well as control and data buses. Control data is arranged on the vehicle control unit (6) or on its electronic memories in order to control the vehicle component (3). The calibration values are arranged within the control data, which include, for example, tabular assignments in the form of characteristic values, characteristic curves or maps, but also parameters for arithmetic operations and other control functions, so that a change in the calibration values correspondingly causes a changed control behavior of the vehicle component (3). In a preferred embodiment, the control data includes at least one operating map for the EM (4), the individual entries of the map corresponding to the calibration values of the EM (4).
Bezugnehmend auf
In einer Ausführungsform, in welcher die zu kalibrierende Fahrzeugkomponente (3) eine EM (4) umfasst, werden im zweiten Schritt S2 des erfindungsgemäßen Verfahrens 6 Startmesspunkte ausgewählt, welche den qualitativ charakteristischen Eckpunkten des Drehzahl-Drehmoment-Kennfeldes einer EM (4) entsprechen. Welche quantitativen Werte die dazugehörigen Betriebspunkte aufweisen, wird durch die technische Ausgestaltung und die physikalischen Eigenschaften der EM (4) festgelegt, ist durch technisches Fachwissen vorgebbar oder kann aus einem Ersatzschaltbild des Ersatzmodells (13) ermittelt werden. Alternativ ist die initiale Auswahl von mehr oder weniger Startmesspunkten als der Anzahl von 6 möglich und hängt typischer Weise von Art und Aufbau der zu kalibrierenden Fahrzeugkomponente (3) ab. Beispielsweise sind bei Drehzahl-Drehmoment-Kennfeldern von Verbrennungsmotoren durchaus 3 oder 4 Startmesspunkte ausreichend, um die Eckpunkte jenes Drehzahl-Drehmoment-Kennfeldes abzudecken. Entsprechend der anwendungsspezifischen Abhängigkeit der Anzahl der zu vermessenden Startmesspunkte wird im zweiten Schritt S2 und innerhalb des ersten Durchlaufes des erfindungsgemäßen Verfahrens wenigstens ein Messpunkt mittels Auswahlmodell (15) oder manuell ausgewählt.In an embodiment in which the vehicle component (3) to be calibrated comprises an EM (4), in the second step S2 of the method according to the invention, 6 starting measuring points are selected which correspond to the qualitatively characteristic corner points of the speed-torque map of an EM (4). Which quantitative values the associated operating points have is determined by the technical design and physical properties of the EM (4), can be specified by technical expertise or can be determined from an equivalent circuit diagram of the equivalent model (13). Alternatively, the initial selection of more or fewer starting measuring points than the number of 6 is possible and typically depends on the type and structure of the vehicle component (3) to be calibrated. For example, in the speed-torque maps of internal combustion engines, 3 or 4 starting measuring points are sufficient to cover the corner points of that speed-torque map. According to the application-specific dependence of the number of starting measuring points to be measured, at least one measuring point is selected in the second step S2 and within the first run of the method according to the invention using a selection model (15) or manually.
Entsprechend der anwendungsspezifischen Abhängigkeit der Anzahl der zu vermessenden Startmesspunkte wird im dritten Schritt S3 des erfindungsgemäßen Verfahrens wenigstens ein Messpunkt mittels Vermessungseinrichtung (2) vermessen, um wenigstens einen gemessenen Kalibrierungswert, oder auch Messwert, zu erhalten. Die Vermessung von Messpunkten umfasst die Aufnahme von Messwerten durch die Messeinrichtung (7) über ausgewählte Betriebsparameter der zu kalibrierenden Fahrzeugkomponente (3) zu einem oder mehreren definiert eingestellten Betriebspunkten oder auch Messpunkten der Fahrzeugkomponente (3). Die Vermessung von Messpunkten gemäß dem dritten Schritt S3 des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst weiterhin die Übertragung der erzeugten Messwerte an die Parametrierungseinrichtung (8). Die Übertragung von Messwerten kann über eine elektronische Datenverbindung, wie Datenbusse, drahtlose Kommunikationsverbindungen oder sämtliche weitere bekannte Übertragungsmethoden erfolgen. Die Art und Weise oder Ausgestaltung der Datenübertragung ist nicht Gegenstand der Erfindung, vielmehr soll die Kommunikation zwischen Vermessungseinrichtung (2) und Parametrierungseinrichtung (8) verdeutlicht werden. Generell versteht sich für den Fachmann, dass Komponenten der Vermessungseinrichtung (2), wie beispielsweise Teile der Messeinrichtung (7) mit Komponenten der Parametrierungseinrichtung (8) unmittelbar in elektronischer Verbindung stehen, aber auch software- und/oder hardwaretechnisch implementierte Module desselben computerimplementierten Systems sein können.According to the application-specific dependency of the number of starting measuring points to be measured, in the third step S3 of the method according to the invention, at least one measuring point is measured using a measuring device (2) in order to obtain at least one measured calibration value, or also measured value. The measurement of measuring points includes the recording of measured values by the measuring device (7) via selected operating parameters of the vehicle component (3) to be calibrated at one or more defined operating points or measuring points of the vehicle component (3). The measurement of measuring points according to the third step S3 of the method according to the invention further includes the transmission of the generated measured values to the parameterization device (8). The transmission of measured values can take place via an electronic data connection, such as data buses, wireless communication connections or all other known transmission methods. The manner or design of the data transmission is not the subject of the invention; rather, the communication between the measuring device (2) and the parameterization device (8) is intended to be clarified. In general, it will be understood by the person skilled in the art that components of the measuring device (2), such as parts of the measuring device (7) are directly in electronic connection with components of the parameterization device (8), but can also be software and/or hardware implemented modules of the same computer-implemented system can.
Bezugnehmend auf
In einer vorzugsweisen Ausführungsform erfolgt die Vermessung und somit die Ermittlung des Punktes (20) des maximalen Drehmoments (M) einer Stützstelle (19), bestehend aus einer Stromamplitude (I) und einer Drehzahl (n) mittels eines mathematischen Optimierungsverfahrens, insbesondere vorzugsweise mittels „Golden Section Search“ (GSS), welches dem Fachmann als Methode bekannt ist, um eine Extremstelle innerhalb eines definierten Intervalls einer vorgegebenen Funktion zu ermitteln. Im Gegensatz zum konventionellen Ansatz, wobei die Schlupfkennlinie (17) ebenfalls über ein festes Raster an Stützstellen vermessen wird, kann durch die Anwendung des GSS-Verfahrens in vorteilhafter Art und Weise schneller als mit weiteren Optimierungs- oder Vermessungsverfahren ein maximales Drehmoment (M) ermittelt werden, insbesondere, weil das Intervall für die Schlupfkennlinie (f) bereits durch das Ersatzmodell (13) und/oder Fachwissen über die physikalischen Eigenschaften der zu kalibrierenden EM (4) vorgegeben ist. Der vierte Schritt S4 der Bestimmung der Parametrierungswerte der Modellparameter für das Ersatzmodell (13) kann automatisiert und innerhalb des Vorhersagemodells (14) erfolgen, wobei die Messwerte von der Messeinrichtung (7) an die Parametrierungseinrichtung (8) übertragen werden, wobei diese von einer Eingangsschnittstelle (9) aufgenommen und an den elektronischen Speicher (12), insbesondere an das Ersatzmodell (13) und/oder an das Vorhersagemodell (14) weitergeleitet werden.In a preferred embodiment, the measurement and thus the determination of the point (20) of the maximum torque (M) of a support point (19), consisting of a current amplitude (I) and a speed (n), is carried out using a mathematical optimization method, in particular preferably using " Golden Section Search (GSS), which is known to those skilled in the art as a method for determining an extreme point within a defined interval of a given function. In contrast to the conventional approach, in which the slip characteristic curve (17) is also measured over a fixed grid of support points, using the GSS method can advantageously determine a maximum torque (M) faster than with other optimization or measurement methods be, in particular because the interval for the slip characteristic (f) is already specified by the replacement model (13) and / or specialist knowledge about the physical properties of the EM (4) to be calibrated. The fourth step S4 of determining the parametrics The model parameters for the replacement model (13) can be determined automatically and within the prediction model (14), the measured values being transmitted from the measuring device (7) to the parameterization device (8), which are recorded by an input interface (9) and sent to the electronic memory (12), in particular to the replacement model (13) and / or to the prediction model (14).
Mittels nach solcherart erzeugten Messwerten werden erfindungsgemäß durch das Vorhersagemodell (14) Parametrierungswerte der Modellparameter des Ersatzmodells (13) bestimmt. In einigen Ausführungsformen umfasst das Vorhersagemodell (14) Elemente des maschinellen Lernens, wobei das maschinelle Lernen mithilfe von verschiedenen Arten von Verfahren ausgeführt werden kann, wobei das Vorhersagemodell (14) neuronale Netze, logische Programmierung, Stützvektormaschinen, Clusterbildung, Bayes'sche Netzwerke und weitere, so wie unterschiedliche Ausführungsformen davon umfassen kann. Der detaillierte Aufbau des Vorhersagemodells (14) soll hierbei nicht durch die aufgezählten Ausführungsformen beschränkt sein. Vielmehr sei angedeutet, dass das Vorhersagemodell (14) mathematische Operationen ausführt und mindestens dazu eingerichtet ist, um unter Berücksichtigung eines physikalischen Ersatzmodells (13) und bereits erzeugter Messwerte die Parametrierungswerte der Modellparameter zu erzeugen. Hierbei ist das Vorhersagemodell (14) selbst nicht Gegenstand der Erfindung und kann entsprechend eine anwendungsspezifische Ausgestaltung annehmen.According to the invention, parameterization values of the model parameters of the replacement model (13) are determined by the prediction model (14) using measured values generated in this way. In some embodiments, the prediction model (14) includes elements of machine learning, where the machine learning can be carried out using various types of methods, where the prediction model (14) includes neural networks, logic programming, support vector machines, clustering, Bayesian networks, and others , as well as different embodiments thereof. The detailed structure of the prediction model (14) should not be limited by the listed embodiments. Rather, it should be indicated that the prediction model (14) carries out mathematical operations and is at least set up to generate the parameterization values of the model parameters, taking into account a physical replacement model (13) and already generated measured values. The prediction model (14) itself is not the subject of the invention and can accordingly take on an application-specific design.
Bezugnehmend auf
Gemäß
In einer vorzugsweisen Ausführungsform werden die Vorhersagefehler innerhalb des vorgegebenen Rasters der Messpunkte interpoliert, sodass der Vorhersagefehler gemäß
Bezugnehmend auf
In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgen die Bestimmung der aktualisierten Parametrierungswerte gemäß dem vierten Schritt S4, die Ermittlung des Vorhersagefehlers gemäß dem fünften Schritt S5 sowie das Training des Vorhersagemodells (14) gemäß dem Schritt S6 simultan, durch Training und Anwendung des einen oder der mehreren neuronalen Netze des Vorhersagemodells (14).In an advantageous embodiment, the determination of the updated parameterization values according to the fourth step S4, the determination of the prediction error according to the fifth step S5 and the training of the prediction model (14) according to step S6 take place simultaneously, by training and using the one or more neural networks of the prediction model (14).
Bezugnehmend auf
In einer vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Änderung der Parametrierungswerte der Modellparameter des Ersatzmodells (13) innerhalb der durchlaufenen Iterationen des erfindungsgemäßen Verfahrens als Bewertungskriterium als Maß für die Güte der bestimmten Parametrierungswerte herangezogen. Hintergrund ist jener, dass das erfindungsgemäße Verfahren das zeitliche Einsparpotential insbesondere aus einer Messpunktreduktion bezieht, wobei nicht die Gesamtheit der durch ein Raster oder Messablaufplan vorgegebenen Messpunkte vermessen, sondern die Gesamtheit der Messpunkte durch ein Auswahlmodell (15) bestimmt werden. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass in einigen Bereichen von vermessenen Kennfeldern eine höhere Unsicherheit über die erzeugten Modellwerte als Kalibrierungswerte und somit ein höherer Vorhersagefehler entsteht, jene Bereiche jedoch zugleich eine geringe praktische Relevanz im Einsatz der Endanwendung der zu kalibrierenden Fahrzeugkomponente (3) innehaben können, sodass in einigen Bereichen höhere Abweichungen der Kalibrierungswerte zulässig sind als in anderen. Ist der Prozessablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens nunmehr bereits mehrere Iterationen durchlaufen und ist gleichsam festzustellen, dass sich die Parametrierungswerte des Ersatzmodells (13) lediglich in geringem Maße verändern, so ist bereits eine ausreichende Güte der Annäherung an die Messwerte annehmbar. Entsprechend können in einer Ausführungsform die betragsmäßigen Änderungen der Parametrierungswerte, beispielsweise als Differenz zur vorangegangenen Iteration, als Maß für die Güte der Bestimmung jener Parametrierungswerte herangezogen und mittels Vergleich gegen einen Schwellwert bewertet werden.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the change in the parameterization values of the model parameters of the replacement model (13) within the iterations of the method according to the invention is used as an evaluation criterion as a measure of the quality of the specific parameterization values. The background is that the method according to the invention derives the time saving potential in particular from a reduction in measuring points, whereby not the entirety of the time saved by a grid or measurement The measuring points specified in the flowchart are measured, but rather the entirety of the measuring points are determined by a selection model (15). This can, for example, lead to a higher uncertainty about the generated model values than calibration values and thus a higher prediction error in some areas of measured maps, but at the same time these areas may have little practical relevance in the use of the end application of the vehicle component to be calibrated (3). , so that in some areas higher deviations in calibration values are permitted than in others. If the process sequence of the method according to the invention has now already gone through several iterations and it can be determined that the parameterization values of the replacement model (13) only change to a small extent, then a sufficient quality of the approximation to the measured values is already acceptable. Accordingly, in one embodiment, the absolute changes in the parameterization values, for example as a difference from the previous iteration, can be used as a measure of the quality of the determination of those parameterization values and evaluated by comparing them against a threshold value.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Abbruchkriterium als Bewertungskriterium fest bestimmbar durch eine festgelegte Anzahl an Iterationen, welche der Prozessablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens durchlaufen muss. In einigen Ausführungsformen kann hierbei auf das Fachwissen und die historischen Erfahrungen bezüglich der physikalischen Eigenschaften der zu kalibrierenden Fahrzeugkomponente (3) zurückgegriffen werden, sodass die Beziehung zwischen einer erforderlichen Mindestanzahl an Iterationen des Prozessablaufes und der nach solcherart erreichbaren Güte der Bestimmung der Parametrierungswerte für das Ersatzmodell (13) bekannt ist. Durch ein solches Vorgehen sind zum einen historische Erfahrungswerte in das erfindungsgemäße Verfahren einbeziehbar und zum anderen ist in vorteilhafter Art und Weise eine erforderliche Zeit, welche für die Bestimmung der Parametrierungswerte benötigt wird, im Vorhinein abschätzbar. Zu diesem Zwecke können in einigen Ausführungsformen Daten über die charakteristischen und physikalischen Eigenschaften der zu kalibrierenden Fahrzeugkomponente (3), des Aufbaus und der Anordnung der verwendeten Vermessungseinrichtung (2), der Fahrzeugsteuereinheit (6) sowie der Messeinrichtung (7) und der Daten über den Prozessablauf des Kalibrierungsvorgangs in einer Datenbank gespeichert werden, um als zusätzliche Informationen bei der Festlegung der Anzahl der Iterationen zukünftiger Verfahrensabläufe herangezogen zu werden.In an alternative embodiment, the termination criterion can be firmly determined as an evaluation criterion by a fixed number of iterations that the process flow of the method according to the invention must go through. In some embodiments, specialist knowledge and historical experience regarding the physical properties of the vehicle component (3) to be calibrated can be used, so that the relationship between a required minimum number of iterations of the process flow and the quality of determining the parameterization values for the replacement model that can be achieved in this way (13) is known. Through such a procedure, on the one hand, historical empirical values can be included in the method according to the invention and, on the other hand, the time required for determining the parameterization values can advantageously be estimated in advance. For this purpose, in some embodiments, data about the characteristic and physical properties of the vehicle component (3) to be calibrated, the structure and arrangement of the measuring device (2) used, the vehicle control unit (6) and the measuring device (7) and the data about the The process flow of the calibration process can be stored in a database to be used as additional information when determining the number of iterations of future procedures.
Wird nun im siebten Schritt S7, beispielsweise nach der ersten Iteration des Prozessablaufes, festgestellt, dass die Güte der bestimmten Parametrierungswerte als ungenügend einzuschätzen ist, beispielsweise gemessen an einem der genannten Bewertungskriterien, umfassend einen Vorhersagefehler, eine Parameteränderung des Ersatzmodells (13) und/oder einer Anzahl an bereits durchlaufenen Iterationen, so springt der Prozessablauf zum ersten Schritt S1, wobei gemäß dem Prozessablauf nach
Bezugnehmend auf
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird innerhalb des Auswahlmodells (15) anstelle des mittels RL trainierten neuronalen Netzes des Vorhersagemodells (14) zur Berücksichtigung des Vorhersagefehlers ein Raumabdeckungsverfahren, oder mit anderen Worten ein „Space filling Design“, angewendet. Raumabdeckungsverfahren sind dem Fachmann bekannt als Methoden, um Punkte in einem Raum zu generieren, um den Raum bestmöglich abzudecken. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird innerhalb des Auswahlmodells (15) die Methode der Halton-Sequenz als Methode der Raumabdeckungsverfahren angewendet. Alternativ ist jedes weitere bekannte Raumabdeckungsverfahren anwendbar insofern, als dass eine homogene Befüllung durch die Auswahl entsprechender Messpunkte eines Kennfeldes der Messwerte der zu kalibrierenden Fahrzeugkomponente (3) erreichbar ist. Die Anwendung von Raumabdeckungsverfahren innerhalb des Auswahlmodells (15) eröffnet den Vorteil, dass eine gleichmäßige Abtastung des vorgegebenen Rasters oder Messablaufplans durch die Auswahl und Vermessung entsprechender Messpunkte erfolgt.In an alternative embodiment of the method according to the invention, a space coverage method, or in other words a “space filling design”, is used within the selection model (15) instead of the neural network of the prediction model (14) trained using RL to take the prediction error into account. Space coverage methods are known to those skilled in the art as methods for generating points in a space in order to best cover the space. In an advantageous embodiment, within the off choice model (15) applied the Halton sequence method as the spatial coverage method. Alternatively, any other known space coverage method can be used insofar as a homogeneous filling can be achieved by selecting corresponding measuring points from a map of the measured values of the vehicle component (3) to be calibrated. The use of spatial coverage methods within the selection model (15) offers the advantage that a uniform scanning of the specified grid or measurement schedule is achieved by selecting and measuring corresponding measuring points.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich wie folgt dazu, dass sämtliche Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisierbar sind, sodass der gesamte Prozessablauf des Bestimmens von Parametrierungswerten für eine Fahrzeugsteuereinheit (6) einer zu kalibrierenden Fahrzeugkomponente (3) automatisch ablaufen kann. Durch die serielle Vermessung von Messpunkten innerhalb der einzelnen Iterationen des Verfahrens gemäß dem dritten Schritt S3 werden spezifische ausgewählte Messpunkte vermessen, sodass die Notwendigkeit einer rasterbasierten vollständigen Vermessung ganzer Kennlinien oder Kennfelder entfällt, wodurch eine enorme Zeitersparnis entsteht. Durch die zyklische Anpassung der Modellparameter des physikalischen Ersatzmodells (13), unter Berücksichtigung der aktuellen Messdaten, gemäß dem vierten Schritt S4 wird das Vorhersagemodell (14) innerhalb der Anwendung des Verfahrens kontinuierlich verbessert. Durch die Bewertung der Güte des Vorhersagemodells (14) mittels der Ermittlung eines Vorhersagefehlers gemäß dem fünften Schritt S5 ist der aktuelle Zustand der Bestimmung der Parametrierungswerte zu jedem Zeitpunkt des Prozessablaufes des erfindungsgemäßen Verfahrens quantitativ bewertbar. Durch die Bewertung der nach solcherart bestimmten Parametrierungswerte gemäß dem siebten Schritt S7 sowohl unmittelbar, durch den Vorhersagefehler als auch indirekt, durch die Veränderung der Parametrierung des physikalischen Ersatzmodells (13) und/oder statisch, durch die Festlegung der Anzahl an Iterationen sind in vorteilhafter Art und Weise mehrere Abbruchkriterien gegeben, mittels welcher das erfindungsgemäße Verfahren anwendungsgerecht auf ein Verhältnis zwischen erzielbarer Güte der Bestimmung der Parametrierungswerte und erforderlicher Zeitdauer anpassbar ist. Durch die Kombination der Berücksichtigung des Vorhersagefehlers in einem mittels verstärkendem Lernen trainierten neuronalen Netz und einem Raumfüllungsverfahren gemäß dem ersten Schritt S1 ist die Messpunktreduktion flexibel auf schnelles Konvergieren oder homogenes Abtasten auslegbar. Durch die spezifische Auswahl von zu vermessenden Messpunkten gemäß dem zweiten Schritt S2 ist eine effektive Messpunktreduktion und somit eine Zeiteinsparung bei der Kalibrierung von Fahrzeugsteuereinheiten (6) erzielbar. Durch die elektronische Übertragung der vorhergesagten und gutgeprüften Kalibrierungswerte gemäß dem achten Schritt S8 ist eine anwendungsgerechte und schnelle Aktualisierung der Software oder Steuerungsfunktionen von Fahrzeugsteuereinheiten (6) auf dem Prüfstand, aber auch unmittelbar im Feld möglich.The advantages of the method according to the invention result from the fact that all steps of the method according to the invention can be automated, so that the entire process of determining parameterization values for a vehicle control unit (6) of a vehicle component (3) to be calibrated can run automatically. Through the serial measurement of measuring points within the individual iterations of the method according to the third step S3, specific selected measuring points are measured, so that the need for a grid-based complete measurement of entire characteristic curves or maps is eliminated, which results in enormous time savings. By cyclically adapting the model parameters of the physical replacement model (13), taking into account the current measurement data, according to the fourth step S4, the prediction model (14) is continuously improved within the application of the method. By evaluating the quality of the prediction model (14) by determining a prediction error according to the fifth step S5, the current state of the determination of the parameterization values can be quantitatively assessed at any time in the process sequence of the method according to the invention. By evaluating the parameterization values determined in this way according to the seventh step S7 both directly, through the prediction error and indirectly, by changing the parameterization of the physical replacement model (13) and / or statically, by determining the number of iterations, are advantageous and manner, several termination criteria are given, by means of which the method according to the invention can be adapted to a ratio between the achievable quality of the determination of the parameterization values and the required time period. By combining the consideration of the prediction error in a neural network trained using reinforcement learning and a space filling method according to the first step S1, the measurement point reduction can be flexibly designed for rapid convergence or homogeneous sampling. Through the specific selection of measuring points to be measured according to the second step S2, an effective reduction in measuring points and thus a time saving when calibrating vehicle control units (6) can be achieved. The electronic transmission of the predicted and well-tested calibration values according to the eighth step S8 makes it possible to update the software or control functions of vehicle control units (6) in an application-oriented and rapid manner on the test bench, but also directly in the field.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- Systemsystem
- 22
- VermessungseinrichtungSurveying facility
- 33
- FahrzeugkomponenteVehicle component
- 44
- Elektrische MaschineElectric machine
- 55
- Frequenzumrichterfrequency converter
- 66
- FahrzeugsteuereinheitVehicle control unit
- 77
- MesseinrichtungMeasuring device
- 88th
- KalibrierungseinrichtungCalibration facility
- 99
- EingangsschnittstelleInput interface
- 1010
- AusgangsschnittstelleOutput interface
- 1111
- RecheneinheitComputing unit
- 1212
- Elektronischer SpeicherElectronic storage
- 1313
- ErsatzmodellReplacement model
- 1414
- VorhersagemodellPrediction model
- 1515
- AuswahlmodellSelection model
- 1616
- MotorkennfeldEngine map
- 1717
- SchlupfkennlinieSlip characteristic curve
- 1818
- leerer Messpunktempty measuring point
- 1919
- vermessener Messpunktmeasured measuring point
- 2020
- maximales Drehmomentmaximum torque
- 2121
- aktueller Messpunktcurrent measuring point
- 2222
- neuer Messpunktnew measuring point
- 2323
- potentiell neuer Messpunktpotentially new measuring point
- ff
- SchlupffrequenzSlip frequency
- nn
- Drehzahlnumber of revolutions
- II
- StromamplitudeCurrent amplitude
- MM
- DrehmomentTorque
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102017201632 A1 [0003]DE 102017201632 A1 [0003]
- DE 102019008400 A1 [0004]DE 102019008400 A1 [0004]
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2022
- 2022-06-20 DE DE102022115217.0A patent/DE102022115217A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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