DE4333698A1 - Verfahren zur Aussetzererkennung in einem Verbrennungsmotor - Google Patents
Verfahren zur Aussetzererkennung in einem VerbrennungsmotorInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Aussetzererkennung in
einem Verbrennungsmotor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist
schon ein solches Verfahren aus der DE-OS 41 38 765 bekannt bei dem
die Zeit zwischen zwei Verbrennungen, welche als Segmentdauer be
zeichnet wird, erfaßt wird und aus den ermittelten Werten unter
Zuhilfenahme physikalischer Modelle der Laufunruhewert dieser Brenn
kraftmaschine errechnet wird. Übersteigt ein ermittelter Laufunruhe
wert einen fest vorgegebenen Kennwert, so wird auf einen Aussetzer
geschlossen. Der fest vorgegebene Kennwert wird jeweils auf
Last- und Drehzahlbereiche der Brennkraftmaschine angepaßt. Bei
diesem Verfahren ist nicht über den gesamten Betriebsbereich der
Brennkraftmaschine eine ausreichende Erkennung von Aussetzern
gegeben. Beispielsweise bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit
geringer Last und hoher Drehzahl sind die Zeiten der Segmentdauer
sehr klein, so daß die Erkennungssicherheit herabgesetzt sein kann.
Des weiteren ist die Bestimmung der Kennwerte für unterschiedliche
Drehzahl und Lastbereiche sehr aufwendig.
Weiterhin ist es bekannt, zur Aussetzererkennung Sensoren in der
Brennkraftmaschine vorzusehen, welche beispielsweise die auf die
Primärseite transformierte Brennspannung erfassen, oder im Brennraum
angeordnet sind und hier den Druck messen oder beispielsweise Klopf
signale erfassen. Solche Sensoren erhöhen jedoch den Aufwand bei der
Herstellung der Brennkraftmaschine.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die bereits vor
handenen Sensoren mit ihren Signalen verwendbar sind und es über den
gesamten Betriebsbereich sichere Ergebnisse liefert. Der Sensor, der
der Kurbelwelle zugeordnet ist um den Kurbelwellenwinkel zu er
fassen, liefert gleichzeitig die Ausgangsgrößen für eine Auswertung,
ob ein Aussetzer vorliegt oder nicht. Als weiterer Vorteil ist an
zusehen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Klassifika
tionsergebnisse erzielt werden, welche eine Aussage darüber machen,
durch was die Laufunruhe der Brennkraftmaschine ausgelöst wurde.
Diese Informationen bieten weiterhin den Vorteil, daß auch eine
Diagnose des Betriebs der Brennkraftmaschine ermöglicht wird und
Fehlfunktionen in einem sehr frühen Stadium erkannt werden können.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteil
hafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch ange
gebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß ein be
kanntes Verfahren weiterentwickelt wurde, indem die Verwendung von
Sicherheitsschwellen eingeführt wurde. Diese Sicherheitsschwellen
sind insofern vorteilhaft, daß gegenüber dem bisher bekannten Be
rechnungsmodell weniger Prozeßeinheiten benötigt werden und ein
Datenausreißer nicht fälschlicherweise zu einer Aussetzererkennung
führt. Außerdem kann dadurch verhindert werden, daß fälschlicher
weise Nichtaussetzer, die den Aussetzern ähnlich sind, als Aussetzer
klassifiziert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 die Trainingsphase und Verifikationsphase des Kohonen-Mo
dells in prinzipieller Darstellung, Fig. 2 die in einem Steuergerät
ablaufende Arbeitsphase anhand eines Flußdiagrammes zur Bestimmung
von Aussetzern in der Brennkraftmaschine basierend auf dem weiter
entwickelten Kohonen-Modell, Fig. 3 die innerhalb einer Prozeß
einheit durchgeführten Berechnungen Fig. 4 schematisch die Aus
wahl der Prozeßeinheit mit dem kleinsten Abstand zum aktuell be
rechneten Mustervektor, Fig. 5 die Bestimmung von Gewichtungs
vektoren durch das weiterentwickelte Kohonen-Modell und Fig. 6
schematisch ein Kohonen-Modell mit Nachbarschaftsbereichen.
Fig. 1 zeigt die Trainings- und Verifikationsphase in schematischer
Übersicht, wie sie beispielsweise in der Applikation durchgeführt
wird. Hierbei werden aus den erfaßten Werten Vergleichsgrößen be
rechnet, die im Steuergerät zu speichern sind. In einem ersten Ar
beitsschritt 10 werden der Kurbelwellenwinkel und die Segmentzeiten
für die einzelnen Betriebspunkte der Brennkraftmaschine ermittelt
und die Differenzen der Segmentzeiten bestimmt. Diese Werte werden
für jeden Motortyp und für die einzelnen Betriebspunkte bestimmt.
Diese Werte bilden die Ausgangswerte für die Modellberechnung,
wobei ein Modell aus einzelnen Prozeßeinheiten, wie später noch zu
Fig. 6 erläutert, besteht. Jede Prozeßeinheit trägt dabei eine
Information I, die Aussagen über die Art eines erfaßten Fehlers
ermöglicht. In einem anschließenden Arbeitsschritt 11 werden aus den
vorher ermittelten Werten Beispielmustervektoren B berechnet,
wobei ein Beispielmustervektor durch sechs Einzelwerte xB1, xB2,
xB3, xB4, xB5, xB6 bestimmt ist. Möglich ist auch eine
Berücksichtigung weiterer Werte, beziehungsweise nur einer Teilmenge
der Werte. Dabei bestimmen mehrere Beispielmustervektoren B einen
Punkt in dem Modell, wobei ein einzelner Punkt als Prozeßeinheit
bezeichnet wird und seine Information I beispielsweise Zündaus
setzer, Verbrennung in Ordnung, schlechte Verbrennung oder fehlende
Verbrennung lautet. Die Einzelwerte eines Beispielmustervektoren
werden berechnet aus sechs Meßwerten von sechs Segmentdauern, wobei
auch noch weitere Meßwerte berücksichtigt werden können. Diese sechs
Differenzen sehen folgendermaßen aus:
xB1 = (tSEG(n-1)-tSEG(n-3))/2
xB2 = (tSEG(n)-tSEG(n-1))
xB3 = (tSEG(n+1)-tSEGs(n))
xB4 = (tSEG)n+2)-tSEGs(n+1))
xB5 = (tSEG(n+3)-tSEG(n+2))
xB6 = (tSEGs(n-p+z)-tSEG(n-p))/Z
xB2 = (tSEG(n)-tSEG(n-1))
xB3 = (tSEG(n+1)-tSEGs(n))
xB4 = (tSEG)n+2)-tSEGs(n+1))
xB5 = (tSEG(n+3)-tSEG(n+2))
xB6 = (tSEGs(n-p+z)-tSEG(n-p))/Z
Hierbei bezeichnet xBi jeweils einen Einzelwert, tSEG(n) be
zeichnet die Segmentdauer, z ist die Zylinderzahl und p eine zylin
derabhängige Konstante, wobei folgende Bedingung gilt:
Für
Für
z = 4 ist p = 1
z = 6 ist p = 2
z = 8 ist p = 3.
z = 6 ist p = 2
z = 8 ist p = 3.
Die Prozeßeinheit enthält einen Informationswert I. Für jeden Dreh
zahl- und Lastbereich werden mehrere Prozeßeinheiten von Zündaus
setzern und Nichtaussetzern zusammengestellt. Alle Prozeßeinheiten
gemeinsam bilden das Trainingsmodell. Nach der Adaption der Ge
wichtungsvektoren kann dieses Modell in der Arbeitsphase als Klassi
fikator benutzt werden. In einem anschließenden Arbeitsschritt 12
werden aus einer Anzahl von Beispielmustervektoren xB, der für
jede Prozeßeinheit nötige Gewichtungsvektor berechnet, der durch
sechs Einzelwerte w₁, w₂, w₃, w₄, w₅, w₆ bestimmt ist.
Dies ist im Ausführungsbeispiel über den Algorithmus von Kohonen
realisiert, und wird im einzelnen bei der Fig. 4 erläutert. Es
können aber auch andere Berechnungsmodelle und Algorithmen benutzt
werden. Jede Prozeßeinheit enthält einen Informationswert I. So kann
beispielsweise der Wert 0 für einen Nichtaussetzer, der Wert 1 für
einen Aussetzer und weitere Werte eines kontinuierlichen Wertebe
reichs zwischen 0 und 1 für schlechte Verbrennung oder Laufunruhe
durch schlechte Fahrbahn vorgesehen sein. Hierbei werden selbständig
bestimmte Klassenbereiche aufgebaut, wobei die Prozeßeinheiten
Repräsentanten für bestimmte Muster (Informationen) sind. Unterein
ander stehen diese Prozeßeinheiten in Konkurrenz. Die einzelnen
Prozeßeinheiten werden so adaptiert, daß sie sensitiv für Merkmale
in den Beispielmustervektoren und in einer späteren Arbeitsphase für
Merkmale in den gebildeten Eingangsvektoren werden. Im anschließen
den Arbeitsschritt 13 wird überprüft, ob die festgelegten Ge
wichtungsvektoren so eingestellt sind, daß sie eine Zuordnung und
Bestimmung der aktuellen Werte ermöglichen. Dies geschieht bei
spielsweise über einen Plausibilitätsvergleich. Ist dies nicht der
Fall, so wird zurückgegangen in den Arbeitsschritt 12 und die Ge
wichtungsvektoren werden nochmals neu festgelegt. Waren die Ge
wichtungsvektoren des Arbeitsschrittes 13 in Ordnung, so wird im
Arbeitsschritt 14 die Kennung, d. h. die Information I der Prozeß
einheit und entsprechende Sicherheitswerte S festgelegt. Diese
Sicherheitswerte S, wobei es für jede Prozeßeinheit einen Sicher
heitswert gibt, bieten u. a. den Vorteil, daß ein Datenausreißer
nicht zu einer Fehlinformation führt.
In der Fig. 2 ist ein Flußdiagramm für die Arbeitsphase wie es im
Steuergerät abläuft, dargestellt. Im Arbeitsschritt 20 werden die
augenblicklichen Segmentdauern bestimmt und die Differenz der
Segmentdauern berechnet. Anschließend wird aus diesen Werten der
aktuelle Mustervektor Ba- gebildet. Im darauffolgenden Arbeits
schritt 21 wird ein Abstandsmaß A1 zwischen dem Gewichtungsvektor
jeder Prozeßeinheit und dem aktuell gebildeten Mustervektor er
rechnet. Der Gewichtungsvektor ist dabei der in der Trainingsphase
ermittelte Gewichtungsvektor -. Im darauffolgenden Arbeitsschritt 22
wird die Prozeßeinheit PE ausgewählt, die den kleinsten Abstand zum
aktuellen Mustervektor aufweist. In einer Abfrage 23 wird nun die
Information I der Prozeßeinheit PE ausgewertet. Liegt die Informa
tion kein Aussetzer vor, so führt ein Ausgang dieser Anfrage an den
Arbeitsschritt 24 und der Information kein Aussetzer also Funktionen
der Brennkraftmaschine in Ordnung. Ein Ja auf die Anfrage 23 führt
zur Anfrage 25. Hier wird nun überprüft, ob das Abstandssignal A1
der Prozeßeinheit PE innerhalb des vorgegebenen Sicherheitswertes S
der Prozeßeinheit PE liegt. Wurde die Frage, ob das Abstandssignal
größer als der Sicherheitswert ist, mit ja beantwortet, so führt der
Ja-Ausgang der Anfrage 25 an den Arbeitsschritt 27. Im Arbeits
schritt 27 wird die Prozeßeinheit PE, die ausgewählt worden war, für
die nächste Auswahl gesperrt bis ein neuer Mustervektor bearbeitet
wird. Dann wird wiederum eine Prozeßeinheit im Arbeitsschritt 22 aus
den verbleibenden Prozeßeinheiten ausgewählt und nach angegebenem
Verfahren die weiteren Schritte durchlaufen. Das Klassifikationser
gebnis wird dann erreicht, wenn entweder eine Prozeßeinheit mit der
Information Nichtaussetzer ausgewählt wird, oder aber eine Prozeß
einheit mit der Information Aussetzer, deren Sicherheitsabstand
größer als ihr Anstandssignal A1 ist. Durch dieses Verfahren können
unter anderem aufgetretene Datenausreißer negiert werden, so daß
dieser nicht fälschlicherweise eine Aussetzererkennung bewirkt.
Außerdem kann die Anzahl der Prozeßeinheiten dadurch minimiert
werden, die als Modell benötigt wird. Ein Nein auf die Abfrage 25
führt zum Arbeitsschritt 26. Hier wird die Information, daß ein
Zündaussetzer aufgetreten ist, ausgegeben. Dieser Algorithmus wird
nun bei jeder Verbrennung der Brennkraftmaschine durchlaufen.
Fig. 3 zeigt im Detail eine Prozeßeinheit und die innerhalb einer
Prozeßeinheit durchgeführten Berechnungen, unter anderem die Be
rechnung von A1, wie sie im Arbeitsschritt 22 der Fig. 2 angegeben
ist. Hierbei sind die Einzelwerte x1-6 des aktuellen Mustervektors
Ba die Eingangssignale 30. Aus diesen Eingangssignalen 30 und
den Einzelwerten des in der Trainingsphase ermittelten
Gewichtungsvektors wird jeweils in einem Schritt 31 die Größe
A1-6 bestimmt, wobei A1-6 jeweils aus einem zusammengehörenden
Paar Einzelwerte xi-wi ermittelt wird. Aus allen ermittelten
A1-6 wird über eine Summation 32 dieser Größen das Ab
standssignal A1 ermittelt. Die Auswahl einer Prozeßeinheit erfolgt
mit Hilfe der Anstandssignale aller Prozeßeinheiten. Aus der aus
gewählten Prozeßeinheit PE, der Sicherheitsschwelle S und dem In
formationssignal I wird anschließend in einem Schritt 34 das Aus
gangssignal A2 bestimmt.
Fig. 4 zeigt schematisch die Auswahl der Prozeßeinheit mit dem
kleinsten Anstand zum aktuell berechneten Mustervektor. Symbolhaft
ist mit dem Bezugszeichen 40 der aktuelle Mustervektor Ba als
Eingangsgröße bezeichnet. Aus diesen Eingangsgrößen und dem Ge
wichtungsvektor jeder Prozeßeinheit 41 wird, wie zu Fig. 3 be
schrieben, das Abstandsignal A1 versehen mit dem Bezugszeichen 42
für jede Prozeßeinheit bestimmt. Es erfolgt die Auswahl 43 der
Prozeßeinheit PE mit dem kleinsten Abstandssignal A1, wobei das Ab
standssignal A1 für jede Prozeßeinheit beispielsweise folgendermaßen
berechnet wird:
Andere Berechnungen des Anstandssignals sind ebenso denkbar.
Fig. 5 zeigt schematisch die Bestimmung der Gewichtungsvektoren
anhand des Kohonen-Modells. Hierbei wird in einem Arbeitsschritt 50
die Anzahl der Prozeßeinheiten festgelegt. In einem anschließenden
Arbeitsschritt 51 wird ein zufälliger Beispielmustervektor
ausgewählt. Dieser Beispielmustervektor entspricht den bereits
erläuterten Beispielmustervektoren zu Fig. 1. In einem
anschließenden Arbeitsschritt 52 wird das Anstandsmaß A1 zwischen
diesem Beispielmustervektor und dem Gewichtungsvektor jeder
Prozeßeinheit folgendermaßen berechnet.
A1 = |w₁-x₁| + |w₂-x₂| + . . . + |w₆-x₆|
Nach dem Berechnen des Anstandsmaßes wird im anschließenden Arbeits
schritt 53 die Prozeßeinheit ausgewählt, die das kleinste Abstands
maß zu dem Mustervektor aufweist. Im Arbeitsschritt 54 wird nun der
Gewichtungsvektor der Prozeßeinheit mit den kleinsten Abstandsmaß
und ihren zu diesem Zeitpunkt benachbarten Prozeßeinheiten angepaßt.
In einem Arbeitsschritt 55 wird dieser Wert kontrolliert und zurück
gegangen an den Arbeitsschritt 51, so daß die Arbeitsschritte 51 bis
54 wiederholt werden. Dies geschieht solange, bis der Gewichtungs
vektor gegen einen festen Wert konvergiert.
Fig. 6 zeigt schematisch ein Kohonen-Modell, wobei jeder Punkt eine
Prozeßeinheit PE darstellt. Symbolisch sind außerdem die Nachbar
schaftsbereiche NB einer hervorgehobenen Prozeßeinheit 60 darge
stellt. Bei der Bildung der Nachbarschaftsbereiche werden immer die
Prozeßeinheiten zu einem Nachbarschaftsbereich zusammengefaßt, die
in etwa den gleichen Abstand zu der ausgewählten Prozeßeinheit 60
haben.
Claims (5)
1. Verfahren zur Aussetzererkennung in einem Verbrennungsmotor,
wobei der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ein Sensor zur Be
stimmung der Drehzahl zugeordnet ist, für jeden Zylinder mindestens
ein Kurbelwellensegment festgelegt wird, mittels der Drehzahl die
Segmentzeit (tSEG) bestimmt wird und anschließend aus Segment
zeiten (tSEG) Differenzen (ΔtSEG) bestimmt werden, dadurch
gekennzeichnet, daß in einer ersten Phase, aus den erfaßten Werten
für jeden Betriebspunkt und jeden möglichen Fehler eine Vielzahl von
Prozeßeinheiten (PE) berechnet werden, wobei jede dieser Prozeßein
heiten (PE) durch einen Gewichtungsvektor bestimmt ist und eine In
formation (I) enthält und diese Prozeßeinheiten in einer Speicher
einheit abgespeichert werden und daß in einer zweiten Phase während
des Betriebs des Verbrennungsmotors unter Arbeitsbedingungen aus den
nun aktuell erfaßten Werten Mustervektoren berechnet werden, die mit
den einzelnen in der ersten Phase gelernten Gewichtungsvektoren der
Prozeßeinheiten verglichen werden, mindestens eine Prozeßeinheit
bestimmt wird und anschließend die Information I der bestimmten
Prozeßeinheiten ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige
Prozeßeinheit ausgewählt wird, die das kleinste Abstandssignal (A1)
aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der
Information der ausgewählten Prozeßeinheit (PE) bei Vorliegen eines
Aussetzers das Abstandssignal (A1) dieser Prozeßeinheit mit vorgeb
baren Sicherheitsschwellen (S) verglichen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Über
schreiten der Sicherheitsschwelle durch das Anstandssignal (A1) die
Information (I) nicht ausgegeben wird, sondern das Verfahren noch
mals neu durchlaufen wird, wobei die vorher ermittelte Prozeßeinheit
nicht mehr am Verfahren teilnimmt.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Information (I) der Prozeßeinheit als Diagnoseer
gebnis der Funktion des Verbrennungsmotors ausgegeben wird.
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