DE4333698A1

DE4333698A1 - Verfahren zur Aussetzererkennung in einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE4333698A1
Application number: DE4333698A
Authority: DE
Inventors: Sigrid Dipl Ing Hafner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-10-02
Filing date: 1993-10-02
Publication date: 1995-04-06
Also published as: US5522258A; SE9403310D0; SE9403310L

Description

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

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.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

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 x_B1, x_B2, x_B3, x_B4, x_B5, x_B6 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:

x_B1 = (t_SEG(n-1)-t_SEG(n-3))/2
x_B2 = (t_SEG(n)-t_SEG(n-1))
x_B3 = (t_SEG(n+1)-t_SEGs(n))
x_B4 = (t_SEG)n+2)-t_SEGs(n+1))
x_B5 = (t_SEG(n+3)-t_SEG(n+2))
x_B6 = (t_SEGs(n-p+z)-t_SEG(n-p))/Z

Hierbei bezeichnet x_Bi jeweils einen Einzelwert, t_SEG(n) be zeichnet die Segmentdauer, z ist die Zylinderzahl und p eine zylin derabhängige Konstante, wobei folgende Bedingung gilt:
Für

z = 4 ist p = 1
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 x_B, 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 x_1-6 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 A_1-6 bestimmt, wobei A_1-6 jeweils aus einem zusammengehörenden Paar Einzelwerte x_i-w_i ermittelt wird. Aus allen ermittelten A_1-6 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

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 (t_SEG) bestimmt wird und anschließend aus Segment zeiten (t_SEG) Differenzen (Δt_SEG) 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.