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Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Veränderung einer Formel zur Berechnung berechneter Betriebsparameter einer elektrischen Antriebseinheit gemäß Anspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik ist ein computerimplementiertes Verfahren zur Ermittlung einer ein Ansprechverhalten einer elektrischen Antriebseinheit beschreibenden Formel bekannt, bei dem symbolische Regression verwendet wird. Dabei wird die Antriebseinheit mit einem Eingangssignal betrieben und ein Algorithmus ermittelt während des Betriebs die Formel.
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Aus
DE 10 2021 115 778 A1 ist ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei während eines Betriebs des Antriebsstrangs nach einem vorgegeben Ablauflaufplan Funktionsalgorithmen und Kennwerte der Funktionsalgorithmen ermittelt werden, und wobei die Ermittlung der Funktionsalgorithmen und der dazugehörigen Kennwerte anhand von bestärkendem Lernen erfolgt.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren intuitiver zu gestalten.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das Verfahren gemäß Anspruch 1 umfasst das Bereitstellen eines elektrischen Eingangssignals. Das Eingangssignal kann beispielsweise als Stufenfunktion, Sinusfunktion, Cosinusfunktion, Rampenfunktion, Sägezahnfunktion oder Rechteckfunktion ausgebildet sein. Das Eingangssignal kann beispielsweise zufällig oder gezielt aus einer Datenbank ausgewählt werden. Das Eingangssignal kann einen zeitabhängigen Verlauf einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms aufweisen. Die elektrische Antriebseinheit wird unter Verwendung dieses Eingangssignals betrieben. Wenn im Rahmen dieser Beschreibung oder in den Ansprüchen erwähnt wird, dass ein Betrieb der Antriebseinheit erfolgt oder eine Messung durchgeführt wird, soll hierunter auch verstanden werden, dass der Betrieb bzw. die Messung simuliert wird.
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Beispielsweise können die Betriebsparameter der Antriebseinheit vom Eingangssignal abhängig sein. Der zeitabhängige Verlauf der Betriebsparameter kann insbesondere vom zeitabhängigen Verlauf des Eingangssignals abhängen. Während des Betriebs werden gemessene Betriebsparameter der Antriebseinheit gemessen. Die Betriebsparameter können vom Eingangssignal abhängig sein. Es wird dann die Formel zur Berechnung der berechneten Betriebsparameter bei Betrieb der Antriebseinheit unter Verwendung des Eingangssignals ermittelt. Dabei werden für die Ermittlung der Formel Informationen über das Eingangssignal und Informationen über die gemessenen Betriebsparameter verwendet. Die Formel kann beispielsweise mittels symbolischer Regression ermittelt werden. Die Informationen über das Eingangssignal können eine Amplitude und eine Phase einer Spannung und/oder eine Stromstärke umfassen.
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Die Formel und die Informationen über das Eingangssignal werden verwendet, um berechnete Betriebsparameter zu berechnen. Je geringer dabei der Unterschied zwischen den berechneten und den gemessenen Betriebsparametern ist, desto besser ist die Formel geeignet, um realitätsnahe berechnete Betriebsparameter zu berechnen.
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Eine Benutzereingabe wird in menschlicher Sprache empfangen. Dabei kann es sich insbesondere um schriftliche Sprache oder um gesprochene Sprache handeln. Beispielsweise kann ein Benutzer die Benutzereingabe über ein Eingabemittel wie eine Tastatur eingeben. Alternativ kann die Benutzereingabe über eine Spracherkennung empfangen werden. Die Benutzereingabe wird durch eine künstliche Intelligenz in eine Instruktion zur Veränderung der Formel oder zur Veränderung des Eingangssignals umgewandelt. Dies kann beispielsweise durch einen Transformer wie GPT-2 oder GPT-3 erfolgen („Generative Pretrained Transformer“). Die Formel oder das Eingangssignal wird dann unter Beachtung der Instruktion verändert. Wenn es eine Instruktion zur Veränderung der Formel ist, wird die Formel verändert. Wenn es eine Instruktion zur Veränderung des Eingangssignals ist, wird das Eingangssignal verändert.
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Bei der Veränderung des Eingangssignals kann eine Amplitude und/oder eine Phase des Eingangssignals verändert werden. Es ist insbesondere möglich, dass die Amplitude und/oder die Phase jeweils vergrößert oder verkleinert wird. Dabei ist es auch möglich, die Amplitude zu vergrößern und die Phase zu verkleinern oder die Amplitude zu verkleinern und die Phase zu vergrößern.
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Beispielsweise kann die künstliche Intelligenz aus der Benutzereingabe die Instruktion extrahieren und in einen mathematischen Ausdruck umwandeln. Der mathematische Ausdruck kann dann Bestandteil der Instruktion sein. Dabei kann der mathematische Ausdruck beispielsweise eine Vorgabeformel mit verschiedenen Variablen und/oder Konstanten sein. Die Instruktion kann dann lauten, dass die Vorgabeformel als Formel zur Berechnung der berechneten Betriebsparameter verwendet wird. Die Variablen und/oder Konstanten können dann angepasst werden. Es ist auch möglich, dass die Instruktion lautet, dass das Eingangssignal so verändert wird, dass es durch die Vorgabeformel beschrieben wird. Dabei können die Variablen und/oder die Konstanten angepasst werden.
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Die Instruktion kann alternativ oder zusätzlich auch Vorgaben zur Veränderung der Formel enthalten. Beispielsweise kann die Instruktion einen Wertebereich oder einen konkreten Wert für eine bestimmte Variable oder Konstante der Formel enthalten. Dann wird diese Variable bzw. Konstante in der Formel entsprechend der Instruktion verändert. Wenn die Instruktion einen Wertebereich enthält, kann sie zusätzlich dazu auch noch Vorgaben enthalten, in welchen Schrittgrößen verschiedene Werte aus dem Wertebereich für die Variabel verwendet werden. Beispielsweise kann ein Wertebereich zwischen 0 und 1 in Schrittgrößen von 0,01 für die Variable verwendet werden. Dann könnten mehrere Veränderungen der Formel durchgeführt werden, indem die Variabel zunächst auf 0,01 gesetzt wird, danach auf 0,02 usw., bis sie über die Werte 0,97, 0,98 den Wert 0,99 erreicht.
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Die Benutzereingabe kann beispielsweise die Bezeichnung einer Funktion umfassen. Bei der Umwandlung der Benutzereingabe kann dann aus der Bezeichnung die Vorgabeformel ermittelt und als Bestandteil der Instruktion verwendet werden. Wenn die Bezeichnung beispielsweise „Sinusfunktion“ lautet, kann als Vorgabeformel x(t)=A*sin*(ωt+φ) + C verwendet werden. Dabei ist t die Zeit; ω, φ und C sind anpassbare Konstanten und/oder Variablen.
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Die Veränderung der Formel unter Beachtung der Instruktion ist insbesondere in Kombination mit dem Empfang der Benutzereingabe in menschlicher Sprache und der Umwandlung der Benutzereingabe in die Instruktion vorteilhaft, da so ein Mensch unter Verwendung der ihm geläufigen Wörter und Fachwörter, die Veränderung der Formel beeinflussen kann. So kann das gesamte Verfahren durch einen Benutzer besonders intuitiv beeinflusst werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Instruktion physikalische Werte und/oder Variablen umfassen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die physikalischen Werte und/oder Variablen Bestandteil der veränderten Formel sein.
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Nach eine rausführungsform der Erfindung können die physikalischen Werte und/oder Variablen Bestandteil des veränderten Eingangssignals sein.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann eine Abweichung zwischen den gemessenen Betriebsparametern und den berechneten Betriebsparametern ermittelt werden. Das Verfahren kann insbesondere iterativ durchgeführt werden. Dabei kann beispielsweise die Formel bei der iterativen Durchführung immer wieder mit dem Ziel verändert werden, die Abweichung zu verringern. Unter der iterativen Durchführung wird dabei im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden, dass wiederholt die Formel verändert wird und mit der veränderten Formel neue gemessene Betriebsparameter gemessen und neue berechnete Betriebsparameter berechnet werden. Es kann dann eine neue Abweichung zwischen den neuen gemessenen Betriebsparametern und den neuen berechneten Betriebsparametern ermittelt werden. Wenn die neue Abweichung geringer ist als die zuvor ermittelte Abweichung kann die Veränderung der Formel positiv bewertet werden und die veränderte Formel als Ausgangspunkt für eine weitere Veränderung verwendet werden. Wenn die neue Abweichung größer ist als die zuvor ermittelte, kann die Formel vor der Veränderung als Ausgangspunkt für eine weitere Veränderung verwendet werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Veränderung der Formel durch einen Algorithmus durchgeführt werden. Es ist möglich, dass dem Algorithmus vor der Veränderung die Instruktion bereitgestellt wird und der Algorithmus die Instruktion bei Veränderung beachtet. Der Algorithmus kann dabei bestärkendes Lernen zur Verringerung der Abweichung verwenden. Beispielsweise kann der Algorithmus einen Agenten umfassen, der die Formel verändert, bei einer Verringerung der Abweichung positiv belohnt wird und bei den Veränderungen die Instruktion beachtet.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Instruktion eine Obergrenze für die Abweichung umfassen. Das Verfahren kann so lange iterativ durchgeführt werden, bis die Abweichung geringer als die Obergrenze ist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann ein zeitlicher Verlauf der von der Antriebseinheit bereitgestellten Leistung vom Eingangssignal abhängen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Betriebsparameter jeweils eine von der Antriebseinheit bereitgestellte Leistung, eine Drehzahl der Antriebseinheit, ein von der Antriebseinheit bereitgestelltes Drehmoment und/oder eine Temperatur der Antriebseinheit umfassen.
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Das System gemäß Anspruch 10 umfasst einen digitalen elektronischen Datenspeicher und eine digitale Signalverarbeitungseinheit. Die Signalverarbeitungseinheit kann auch als Prozessor bezeichnet werden. Im Datenspeicher sind Anweisungen gespeichert. Die Signalverarbeitungseinheit ist dazu ausgebildet, die Anweisungen auszulesen und auszuführen. Außerdem ist die Signalverarbeitungseinheit dazu ausgebildet, bei Ausführung der Anweisungen ein Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung durchzuführen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigt
- 1 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens nach einer Ausführungsform der Erfindung.
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Ein Signalerzeuger 1 erzeugt ein Eingangssignal, das einer elektrischen Antriebseinheit 2 zugeführt wird. Die Antriebseinheit 2 wird mit dem Eingangssignal betrieben. Während des Betriebs mit dem Eingangssignal werden erste gemessene Betriebsparameter der Antriebseinheit 2 gemessen. Diese können beispielsweise eine von der Antriebseinheit 2 bereitgestellte Leistung, ein von der Antriebseinheit 2 bereitgestelltes Drehmoment und/oder eine Drehzahl der Antriebseinheit 2 umfassen. Die ersten gemessenen Betriebsparameter und Informationen 9 über das Eingangssignal werden einem Algorithmus 3 als Eingangsdaten zugeführt. Die Informationen 9 umfassen dabei Informationen über einen zeitlichen Verlauf der Spannung und/oder der Stromstärke des Eingangssignals. Die Informationen 9 können beispielsweise Informationen über eine Amplitude und/oder eine Phase des Eingangssignals umfassen.
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Der Algorithmus 3 ist als künstliches neuronales Netz ausgebildet und verwendet symbolische Regression, um eine Formel zu ermitteln, die die Betriebsparameter der Antriebseinheit 2 bei Verwendung des Eingangssignals beschreibt. Unter Verwendung der Formel und der Informationen 9 über das Eingangssignal werden erste berechnete Betriebsparameter berechnet. Außerdem wird im Software-Modul 4 eine erste Abweichung zwischen den ersten berechneten und den ersten gemessenen Betriebsparametern ermittelt.
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Ein Computerprogramm-Agent 5 eines Algorithmus des bestärkenden Lernens verändert das Eingangssignal. Die Veränderung kann beispielsweise eine Vergrößerung der Phase und/oder der Amplitude des Eingangssignals oder eine Verringerung der Phase und/oder der Amplitude des Eingangssignals sein. Das veränderte Eingangssignal wird der Antriebseinheit 2 zugeführt. Beim Betrieb der Antriebseinheit 2 mit dem veränderten Eingangssignal werden zweite gemessene Betriebsparameter gemessen. Diese können beispielsweise eine von der Antriebseinheit 2 bereitgestellte Leistung, ein von der Antriebseinheit 2 bereitgestelltes Drehmoment und/oder eine Drehzahl der Antriebseinheit 2 umfassen. Die zweiten gemessenen Betriebsparameter und Informationen 9 über das veränderte Eingangssignal werden dem Algorithmus 3 als Eingangsdaten zugeführt. Der Algorithmus 3 verwendet diese Eingangsdaten und symbolische Regression, um die zuvor ermittelte Formel zu verändern. Zusätzlich können auch weitere Informationen 6 vom Algorithmus 3 bei der symbolischen Regression verwendet werden.
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Unter Verwendung der veränderten Formel und der Informationen 9 über das veränderte Eingangssignal werden zweite berechnete Betriebsparameter berechnet. Im Software-Modul 4 wird eine zweite Abweichung zwischen den zweiten berechneten und den zweiten gemessenen Betriebsparametern ermittelt. Wenn die zweite Abweichung kleiner als die erste Abweichung ist, wird die Veränderung des Eingangssignals als positiv bewertet. Wenn die zweite Abweichung größer als die erste Abweichung ist, wird die Veränderung des Eingangssignals als negativ bewertet. Bei einer positiven Bewertung wird eine positive Belohnung 7 an den Computerprogramm-Agenten 5 übermittelt. Bei einer negativen Bewertung kann eine negative Belohnung an den Computerprogramm-Agenten 5 übermittelt werden.
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Der Computerprogramm-Agent 5 ist programmiert, möglichst viele positive Belohnungen 7 und möglichst wenige negative Belohnungen zu erhalten. Da der Computerprogramm-Agent 5 selbstlernend ist, lernt er somit besonders gut, das Eingangssignal so zu verändern, dass die Formel besonders gut die Betriebsparameter der Antriebseinheit 2 wiedergibt und die Abweichung zwischen den gemessenen und den berechneten Betriebsparametern besonders klein wird.
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Wenn der Computerprogramm-Agent 5 eine positive Belohnung 7 erhalten hat, verwendet er das zuletzt von ihm geänderte Eingangssignal als Grundlage für eine weitere Veränderung des Eingangssignals. Wenn der Computerprogramm-Agent 5 eine negative Belohnung erhalten hat, kann er beispielsweise das gleiche Eingangssignal als Grundlage für eine weitere Veränderung verwenden wie bei der vorherigen Veränderung. Selbstverständlich kann sich die weitere Veränderung von der vorherigen Veränderung unterscheiden.
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Die zuvor beschriebenen Schritte werden so lange iterativ durchgeführt, bis die Abweichung zwischen den berechneten und den gemessenen Betriebsparametern kleiner als ein Schwellwert ist. Je kleiner der Schwellwert dabei ist, desto länger dauert das Verfahren, desto besser ist aber auch die Formel geeignet, um die Betriebsparameter der Antriebseinheit 2 zu beschreiben. In der Praxis wird daher ein Schwellwert gewählt werden, der zu einer ausreichend hohen Qualität der Formel bei einer nicht zu langen benötigten Zeit für die Ermittlung dieser Formel führt
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Die vom Computerprogramm-Agenten 5 durchgeführten Aktionen sind somit die Veränderungen des Eingangssignals. Die Zustände des Computerprogramm-Agenten 5 sind die ersten und zweiten gemessenen Betriebsparameter 8, die an den Computerprogramm-Agenten 5 übertragen werden. Zu den ersten und zweiten gemessenen Betriebsparametern 8 können neben den oben erwähnten beispielsweise auch eine Temperatur der Antriebseinheit 2, eine Stromstärke des Eingangssignals, eine Spannung des Eingangssignals und ein Ladezustand einer Batterie gehören.
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Das Verfahren ist besonders vorteilhaft, um eine besonders gut geeignete Formel zur Beschreibung der Betriebsparameter der Antriebseinheit 2 zu ermitteln. Außerdem lässt es sich aufgrund der Verwendung des Computerprogramm-Agenten 5 als Teil des bestärkenden Lernens und des Algorithmus 3 zur Ermittlung der Formel vollautomatisch durchführen. Dabei ist insbesondere das Verhalten des Computerprogramm-Agenten 5 vorteilhaft, da er mit der iterativen Vorgehensweise in der Lage ist, für die Ermittlung der Formel besonders gut geeignete Eingangssignale auszuwählen.
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Dem Computerprogramm-Agenten 5 werden durch eine Benutzereingabe Instruktionen übermittelt, die er bei den Veränderungen der Formel beachtet. Die Benutzereingabe ist dabei in menschlicher Sprache verfasst. Ein Transformer 10 wandelt die Benutzereingabe in eine Instruktion um, die an den Computerprogramm-Agenten 5 übermittelt wird. Die Instruktion kann beispielsweise eine Vorgabeformel umfassen, sodass der Computerprogramm-Agent 5 eine Erzeugung eines Eingangssignals entsprechend der Vorgabeformel durch den Signalerzeuger 1 veranlasst. Die Vorgabeformel kann dabei in einer Datenbank enthalten sein oder aus der Benutzereingabe erzeugt werden. Es ist auch möglich, dass die Instruktion bestimmte Vorgaben für Werte von Variablen und/oder Konstanten für die Erzeugung des Eingangssignals umfasst. Dabei kann es sich insbesondere um Wertebereiche handeln, sodass der Computerprogramm-Agent 5 diesen Wertebereich als Beschränkung ansieht, außerhalb derer er keine Werte auswählen darf. Innerhalb des Wertebereichs kann er hingegen frei in der Wahl der Werte sein.
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Die Benutzereingabe kann zusätzlich oder alternativ in eine weitere Instruktion umgewandelt werden, die vom Transformer 10 an den Algorithmus 3 übermittelt wird. Die weitere Instruktion kann dann eine Vorgabeformel umfassen, die vom Algorithmus 3 verwendet werden soll, um die berechneten Betriebsparameter zu berechnen. Es ist auch möglich, dass die weitere Instruktion bestimmte Vorgaben für Werte von Variablen und/oder Konstanten in der Formel umfasst. Dabei kann es sich insbesondere um Wertebereiche handeln, sodass der Algorithmus 3 diesen Wertebereich als Beschränkung ansieht, außerhalb derer er keine Werte auswählen darf. Innerhalb des Wertebereichs kann er hingegen frei in der Wahl der Werte sein.
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Die Benutzereingabe kann auch eine Vorgabe für den Schwellwert umfassen. Der Transformer 10 kann diese Vorgabe in die Instruktion umwandeln, den Schwellwert auf einen bestimmten Wert festzulegen. Der Algorithmus 3 kann dann die Formel verändern, bis die Abweichung zwischen den gemessenen und den berechneten Betriebsparametern kleiner als der Schwellwert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102021115778 A1 [0003]
