KR20140133514A - 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법 및 장치 - Google Patents

가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20140133514A
KR20140133514A KR1020147021946A KR20147021946A KR20140133514A KR 20140133514 A KR20140133514 A KR 20140133514A KR 1020147021946 A KR1020147021946 A KR 1020147021946A KR 20147021946 A KR20147021946 A KR 20147021946A KR 20140133514 A KR20140133514 A KR 20140133514A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
signal
sensors
dynamic behavior
internal combustion
Prior art date
Application number
KR1020147021946A
Other languages
English (en)
Inventor
랄프 침머시트
Original Assignee
로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 로베르트 보쉬 게엠베하 filed Critical 로베르트 보쉬 게엠베하
Publication of KR20140133514A publication Critical patent/KR20140133514A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C5/00—Registering or indicating the working of vehicles
    • G07C5/08—Registering or indicating performance data other than driving, working, idle, or waiting time, with or without registering driving, working, idle or waiting time
    • G07C5/0808—Diagnosing performance data
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1493—Details
    • F02D41/1495—Detection of abnormalities in the air/fuel ratio feedback system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1456—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1458—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with determination means using an estimation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1413—Controller structures or design
    • F02D2041/1423—Identification of model or controller parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1413—Controller structures or design
    • F02D2041/1431—Controller structures or design the system including an input-output delay
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1413—Controller structures or design
    • F02D2041/1432—Controller structures or design the system including a filter, e.g. a low pass or high pass filter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1433—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a model or simulation of the system

Abstract

본 발명은 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법에 관한 것으로서, 상기 방법에서 가스 센서들은 기하구조, 측정 원리, 노후화도 또는 오염도에 따라 저역 통과 특성을 가지며, 측정하려는 가스 상태 변수의 변동 시 모델링된 신호(21)와 측정된 신호(22)의 비교에 기반하여 동적 거동 진단이 수행된다. 이 경우, 본 발명에 따라 저역 통과 특성의 매개변수들은 고역 통과 필터링(23)을 통해, 그리고 방향 의존적 포화 특성 곡선들(26, 27, 28, 29)과의 연관을 통해 형성되는, 방향 의존적 오류 신호들(31, 32, 34, 35)의 최소화를 이용하여 방향 의존적 방식으로 결정되고, 이때 방향 의존적 오류 신호들은 상승 신호 성분과 하강 신호 성분에 대해 모델링된 신호(21)와 측정된 신호(22)의 비교(30)를 통해 계산된다. 또한, 본 발명은 상기 방법을 수행하기 위한 상응하는 장치에 관한 것이다.

Description

가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DYNAMICS MONITORING OF GAS SENSORS}
본 발명은 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법에 관한 것으로서, 가스 센서들은 예컨대 배기 가스 모니터링 및 저감 시스템의 일부인 내연기관의 배기 가스 채널 내에 배기 가스 센서로서 배치되거나, 내연기관의 공급 기체 가이드 내에 가스 농도 센서로서 배치되며, 이 가스 센서들은 기하구조, 측정 원리, 노후화도 또는 오염도에 따라 저역 통과 특성을 가지며, 검출하려는 가스 상태 변수의 변동 시 모델링된 신호와 측정된 신호의 비교에 기반하여 동적 거동 진단이 실시되고, 측정된 신호는 가스 센서의 출력 신호의 실제값이고 모델링된 신호는 모델값이다.
또한, 본 발명은 상기 방법의 실시를 위한 장치에 관한 것이다.
가솔린 엔진이 탑재된 승용차에서는 배출 가스 저감을 위해 일반적으로 3원 촉매가 배기 가스 정화 장치로서 이용되는데, 상기 3원 촉매는 높은 정밀도로 공연비(
Figure pct00001
)가 제어되는 경우만 충분히 배기 가스를 변환한다. 이를 위해 공연비(
Figure pct00002
)는 배기 가스 정화 장치의 상류에 배치된 배기 가스 센서에 의해 측정된다. 이와 같은 배기 가스 정화 장치의 산소 저장 용량은 희박 단계에서 산소를 수용하고 농후 단계에서 산소를 다시 배출하는 데 이용된다. 그 결과, 배기 가스의 산화가능한 유해 가스 성분이 성공적으로 변환될 수 있다. 이때, 배기 가스 정화 장치의 하류에 배치된 배기 가스 센서는 배기 가스 정화 장치의 산소 저장 용량의 모니터링에 이용된다. 이 산소 저장 용량은 OBD(On Board Diagnose)의 맥락에서 모니터링되어야 하며, OBD는 배기 가스 정화 장치의 변환 능력에 대한 척도를 나타낸다. 산소 저장 용량을 검출하기 위해 배기 가스 정화 장치는 우선 희박 단계에서 산소로 채워진 다음, 농후 단계에서 통과 배기 가스량의 고려하에 배기 가스 내 기지의 람다값으로 비워지거나, 우선 농후 단계에서 배기 가스 정화 장치의 산소가 비워진 다음 희박 단계에서 통과 배기 가스량의 고려하에 배기 가스 내 기지의 람다값으로 충전된다. 배기 가스 정화 장치의 하류에 배치된 배기 가스 센서가 배기 가스 정화 장치에 의해 더 이상 저장될 수 없는 산소를 검출하면, 희박 단계가 종료된다. 마찬가지로, 배기 가스 센서가 농후 배기 가스의 통과를 검출하면, 농후 단계 역시 종료된다. 배기 가스 정화 장치의 산소 저장 용량은 농후 단계 동안의 비움 과정을 위해 제공된 환원제 양 또는 희박 단계 동안 충전을 위해 제공되는 산소량에 상응한다. 정확한 양은 상류에 배치된 배기 가스 센서의 신호 및 다른 센서 신호들에서 검출된 배기 가스 유량으로부터 계산된다.
상류에 배치된 배기 가스 센서의 동적 거동이 예컨대 오염 또는 노후화로 인해 감소하면, 공연비가 더 이상 요구되는 정밀도로 조정될 수 없게 되고, 그 결과 배기 가스 정화 장치의 변환 성능이 약화된다. 또한, 배기 가스 정화 장치의 진단 시, 원래는 올바르게 작동하는 배기 가스 정화 장치가 작동하지 않는 것으로 오인되게 할 수 있는 편차들이 생길 수 있다. 입법기관은, 필요한 공연비가 계속해서 충분히 정확하게 조정될 수 있고, 배출 가스가 허용 한계값을 초과하지 않으며, 배기 가스 정화 장치가 올바르게 모니터링되는 것을 보장하기 위해, 주행 중 센서 특성들의 진단을 요구한다. OBD II 규정에 따르면 람다 센서들과 다른 배기 가스 센서들이 이들의 전기적 작동 신뢰성뿐만 아니라 이들의 응답 특성과 관련해 서도 모니터링되어야 하며, 즉 시상수 및/또는 데드 타임의 증가를 통해 인지할 수 있는 센서 동적 거동의 저하가 검출되어야 한다. 배기 가스 조성의 변화와 이의 인지 사이의 데드 타임 및 지연 시간은 이들이 사용자 기능들, 즉 개루프 제어 기능, 폐루프 제어 기능 및 센서 신호를 사용하는 모니터링 기능을 위해 여전히 허용되는지의 여부에 대해 차내에서(on board) 검사되어야 한다. 배기 가스 센서들의 동적 거동적 특성들에 대한 특성값으로서 일반적으로 혼합기 변화 시부터 신호 에지까지의 데드 타임 및 예컨대 0%에서 63%로 또는 30%에서 60%로의 신호 동요의 특정 상승 시간이 사용된다. 데드 타임은 엔진 배기부에서부터 센서까지의 가스 유동 시간도 포함하므로, 특히 센서 설치 장소를 바꾸면 데드 타임이 변한다.
디젤 엔진의 경우 가스 센서 또는 가스 농도 센서로서 광대역 람다 센서 와, SCR 촉매와 관련해서는 NOx 센서도 사용된다. NOx 센서도 추가로 O2 신호를 제공한다. 광대역 람다 센서 또는 NOx 센서의 O2 신호는 디젤 엔진에서 배기 가스 후처리 장치의 작동을 위해 사용될 뿐만 아니라 엔진 내 배출 가스 저감을 위해서도 사용된다. 측정된 배기 가스 내 O2 농도 및 측정된 람다 신호는 공연비를 동적으로 정확하게 조정하여 원 배출 가스의 확산을 최소화하는 데 이용된다. NOx 저장 촉매 컨버터(NSC)를 구비한 디젤 엔진의 경우, 회생을 위한 농후 작동을 신뢰성 있게 실행하기 위해 광대역 람다 센서가 촉매 컨버터 상류와 하류에 각각 하나씩 필요하다. 엔진 내 배출 가스 저감 및 NSC 작동도 마찬가지로 O2 센서의 동적 거동적 특성들에 대한 특정 최소 요건을 요구한다. 근래에는 추진 이후 부하의 전환 시, 즉 공기의 일반적인 O2 함량 미만의 특정 백분율이 21%로 상승할 때, O2 신호의 상승 시간이 모니터링된다. 센서 신호가 최대 시간 후에 특정 중간값에 한번도 도달하지 않으면, 이는 데드 타임 오류로서 해석된다. 그 외에도, NOx 저장 촉매 컨버터(NSC)를 구비한 디젤 엔진의 경우, 일반적으로 촉매 컨버터의 상류와 하류에서의 람다 센서들의 응답 특성이 비교된다.
차세대 차량 또는 차후 연식의 차량에서의 경우, O2 농도가 감소할 때의 센서 동적 거동의 모니터링도 요구될 것으로 예상할 수 있다. 또한, 하이브리드 차량의 경우 장차 코스팅 단계가 더 이상 없을 것이고, 그에 따라 21%의 일정한 O2 농도를 갖는 단계도 없을 것이다.
이런 부가적 요건들에 대한 최초의 해결 방안들은 DE 10 2008 001 121 A1호의 능동 모니터링 및 DE 10 2008 040 737 A1호의 관측기 기반 방법이다.
DE 10 2008 040 737 A1호에 공지된, 광대역 람다 센서의 동특성을 모니터링하기 위한 방법에서는, 광대역 람다 센서를 이용하여 내연기관의 배기 가스 내 산소 농도에 상응하는 측정된 람다 신호가 결정되고, 입력 변수들로부터 모델링된 람다 신호를 발생시키는 관측기가 내연기관에 할당되며, 모델링된 람다 신호와 측정된 람다 신호의 차로부터, 또는 모델링된 람다 신호에서 유도된 신호와 측정된 람다 신호에서 유도된 신호의 차로부터, 관측기 내 모델의 상류에 배치된 제어기의 입력 변수로서 추정 오류 신호가 형성된다. 이때, 추정 오류 신호의 평가 또는 이로부터 유도된 변수를 토대로, 데드 타임 및 반응 시간에 의해 특성화된 광대역 람다 센서의 동특성들에 대한 척도가 결정되고, 상기 동특성들에 대한 척도는 사전 설정된 한계값들과 비교되어, 목표된 내연기관의 작동을 위해 광대역 람다 센서의 동특성들이 얼마나 충분한지가 평가될 수 있다.
또한, DE 10 2008 001 569 A1호에는 LSU 동적 거동 모델의 온라인 적응을 위한 방법 및 장치가 기술되어 있다. 구체적으로 이 문헌은, 배기 가스 센서의 동적 거동 모델의 적응 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상기 배기 가스 센서는 내연기관의 배기 가스 채널의 구성 요소이고 공기 연료 조성을 제어하기 위한 람다값을 결정하며, 이와 병행하여 내연기관의 제어 장치 또는 진단 장치에서 시뮬레이션된 람다값이 계산되고 시뮬레이션된 람다값과 측정된 람다값 모두 사용자 기능에 의해 사용된다. 이때, 차량 주행이 진행되는 동안 시스템이 여기될 때의 신호 변동의 평가를 통해 배기 가스 센서의 계단 응답이 결정되고, 이 결과에 따라 배기 가스 센서의 동적 거동 모델이 적응된다.
이때, 센서 특성들의 식별을 위해 광대역 람다 센서의 동적 거동 모니터링을 위한 공지된 기능들이 이용된다. 예컨대 O2 신호 또는 O2 센서들에 대한 요건에 필적하는 요건들이 배기 가스 센서들의 다른 가스 농도 신호들, 예컨대 NOx 신호에 대해 적용된다. 그러므로 모니터링 기능들 간 유사성이 가정될 수 있다.
DE 10 2008 001 121 A1호에 따른 방법은 능동 모니터링이다. 능동 모니터링은, 연료 소비뿐만 아니라 배출 가스도 증가시키는 시험 분사를 통한 여기를 포함한다. DE 10 2008 040 737 A1호에 따른 방법은 수동적으로 이루어지나, 적용하기가 매우 복잡한 소위 관측기를 전제로 한다. 그 외에도, 양 방법은 주로 더 큰 데드 타임 변화의 검출을 목적으로 한다.
공지된 동적 거동 검출을 위한 방법은 공연비의 계단형 조정을 이용하며, 이를 토대로 센서의 동적 거동이 방향에 따라 평가되고, 이때 측정된 공연비와 시뮬레이션된 공연비의 계단 응답 하에서 면적들의 비율이 구해진다. 이때, 시상수 오류 및/또는 데드 타임 오류의 검출 및 구별이 불가능하고, 이는 순수하게 발견적 방식으로(heuristically) 이루어진다.
제어 장치에서 공연비의 모델링을 위해 시상수(T), 증폭 계수(K=1), 및 데드 타임(
Figure pct00003
)을 갖는 데드 타임 모델을 포함하는 1차 필터가 사용된다. 그에 따라 1차 필터는 하기와 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00004
예컨대 발진 제어와 같은, 비대칭 시상수 및/또는 데드 타임의 부정적 효과 를 줄이기 위해, 비대칭 시상수 또는 데드 타임을 알고 있을 때 측정된 공연비가 제어 장치에서 소위 대칭화 필터를 통해 대칭화된다. 이를 위해, 상기 신호의 지연되지 않은 및/또는 필터링된 에지가 제어 장치에서 인위적으로 추가 데드 타임에 의해 지연되고, 그리고/또는 추가 필터로 필터링되며, 이때 사용된 데드 타임 및/또는 시상수는 진단된 비대칭 데드 타임(
Figure pct00005
) 및/또는 시상수(
Figure pct00006
)에 상응하며, 상기 신호의 방향은 (농후 상태에서 희박 상태로, 또는 희박 상태에서 농후 상태로) 측정된 람다 신호의 필터링된 도함수에 따라 결정된다.
그에 따라, 느려진 센서를 포함하는 시스템의 경우, 기본 모델(
Figure pct00007
)이 하나의 추가 1차 필터 및 하나의 데드 타임 모델만큼 확장된다고 가정된다.
Figure pct00008
대칭화 필터의 적용 후 전체 신호가 (농후 상태에서 희박 상태로, 또는 희박 상태에서 농후 상태로) 대칭적으로 2개의 데드 타임 및/또는 2개의 시상수에 의해 지연된다. 이러한 추가 지연은 제어기에서 고려될 수 있으며, 이때 제어기가 자체 구조의 유지 하에 더 큰 데드 타임들 및/또는 시상수들에 맞추어 적응되거나, 심지어 제어기 차수의 증가에 의한 모델 차수의 증가가 고려된다.
출원인의 내부 문헌들 및 미공개 출원서(내부 참조번호: R.340396)에 공지된 또 다른 한 방법도 역시 공연비의 계단 응답형 조정을 사용하지만, 계단 응답의 기울기를 평가하고 이로부터 양함수에(explicit) 의해 데드 타임과 시상수를 계산한다.
또한, Isermann 저, "동적 시스템의 식별(Identifikation dynamischer Systeme)", 제1권 및 제2권; Nelles 저, "시스템 식별(System Identification)"; Ljung 저,"사용자를 위한 시스템 식별 이론(System Identification-Theory for the user)"에는, 정상 주행 모드 동안 데드 타임, 시상수 및 증폭 계수, 또는 일반적으로 동적 시스템의 매개변수들을 결정할 수 있는 소위 온라인 식별 방법들이 공지되어 있다. 상기 방법을 위해서는 시스템들의 연속적인 여기기 전제되며, 이를 이용해 온라인 식별에서 탐색된 데드 타임이 재귀적 최적화 방법으로 결정된다. 그러나 이러한 방법은 대칭적인 데드 타임들 및 시상수들만을 고려한다. 이 경우, 직류 성분들(오프셋) 또는 다른 저주파 간섭 신호들의 억제를 위해 고역 통과 필터가 사용될 수 있고(Isermann 저, "동적 시스템의 식별(Identifikation dynamischer Systeme)", 제2권), 그 결과 상기 오프셋이 양함수에 의해 추정될 필요가 없다.
비대칭 데드 타임 및 시상수에 대한 온라인 식별 방법이 출원인의 아직 공개되지 않은 출원서(내부 참조번호: R.338185)에 기술되어 있는데, 이 방법은 소위 대칭화 필터에 기반한다. 또한, 이 문헌에 공지된 방법은 시상수처럼 방향 의존적 동적 거동 매개변수를 결정할 뿐, 데드 타임은 결정하지 않는다.
아직 공개되지 않은 출원인의 한 병행 출원(내부 참조번호: R.340867)에는 교차 상관 또는 크로스 에너지, 그리고 포화 특성 곡선들과 결합된 고역 통과 필터링된 신호들의 이용에 기반하는 비대칭 데드 타임의 식별 방법이 기술되어 있다.
상기 방법은, 비대칭 시상수들도 식별할 수 있도록, 출원인의 또 다른 병행 출원(내부 참조번호: R.339892)에 기술된, 신호 에너지에 기반한 시상수 식별 방법과 결합될 수 있으며, 상기 두 방법의 결과는 서로 의존적인데, 그 이유는 시상수 오류가 데드 타임 오류로도 해석되고, 그 반대의 경우도 가능하기 때문이다. 또한, 증폭의 영향이 고려되지 않은 채 유지되면, 증폭 오류가 시상수의 식별에 영향을 미친다. 또한, 이 방법은 반복적으로 실시되므로, 수회의 측정이 필요하거나 또는 측정값들이 중간 저장되어야 한다.
모든 방법은 상기 공연비로도 실시될 수 있고, 역 공연비로도 실시될 수 있다.
본 발명의 과제는, 가스 센서, 특히 연속 람다 센서로서 설계될 수 있는 배기 가스 센서의 동적 거동 모니터링의 내구성을 개선 및 증대시키기 위해, 한편으로는 연속적으로 실행되고 다른 한편으로는 특히 상기 동적 시스템들의 비대칭 매개변수들을 식별하는 적절한 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 과제는 이러한 방법을 실시하기 위한 상응하는 장치를 제공하는 것이다.
상기 방법 관련 과제의 해결을 위해, 저역 통과 특성의 매개변수들이 고역 통과 필터링 및 방향 의존적 포화 특성 곡선들과의 연관을 통해 생성되는 방향 의존적 오류 신호들의 최소화를 이용하여 방향 의존적 방식으로 결정되고, 상기 방향 의존적 오류 신호들은 상승 신호 성분과 하강 신호 성분에 대해 모델링된 신호와 측정된 신호의 비교를 통해 계산된다. 이런 방법으로 특히 동적 거동의 비대칭 매개변수들은 상승 신호 성분들과 하강 신호 성분들에 따라 개별적으로 결정될 수 있다. 이들 신호의 고역 통과 필터링을 통해 신호들에서 가능성 있는 오프셋이 제거될 수 있음으로써, 상기 오프셋이 최적화 진행 중에 양함수적으로 추정될 필요가 없다. 방향 의존적 오류 신호들의 최소화는 도입부에서 언급한 것처럼 상기 문헌에 공지된 방법들의 적용을 통해 이루어진다.
이런 최소화는 유리하게는 가스 센서를 위한 모델에서 또는 개별 오류 모델들에서의 매개변수들의 적응을 이용하여, 상승하는 신호 성분과 하강하는 신호 성분에 대해 각각 따로 수행된다. 상기 모델 및/또는 오류 모델들의 적응된 매개변수들은 실제 가스 센서의 매개변수들에 상응하므로, 최소의 오류 신호가 나타나고, 적응이 우선 종료되며, 매개변수 집합이 상승 신호들과 하강 신호들에 대해 각각 별도로 동적 거동 진단의 결과로서 산출된다. 이때, 적응의 종료는 예컨대 매개변수들의 변동에 대한 상응하는 문턱값들을 이용하여 확정될 수 있다.
이때, 검출하려는 가스 상태 변수의 변동은 내연기관의 여기를 통해 이루어질 수 있다. 이런 방법으로 가스 센서들의 동적 거동과 관련한 변동들이 검출되어 정량화될 수 있다. 본 발명의 범주에서 가스 센서들은 가스의 상태를 측정하거나 변화를 검출할 수 있는 센서들이다. 이때, 가스의 상태는 가스 온도, 가스 압력, 가스 유량 및/또는 특정 가스 성분의 농도, 예컨대 산소 함량 또는 NOx 함량으로써 표현될 수 있다. 가스 센서들은 전형적인 저역 통과 특성을 가지며, 이 특성은 특히 가스 센서들의 기하 구조에 따라 좌우된다. 또한, 이러한 센서들은 노후화 또는 외부 영향들로 인해(예컨대 디젤 엔진의 경우 그을음으로 인해) 응답 특성이 변할 수 있다.
또한, 상기 방법에 따르면 방향 의존적 매개변수들의 식별을 위해 충분히 큰 신호대잡음비를 갖는 임의의 여기들이 사용되며, 이들 여기 시 측정하려는 가스 상태 변수가 변동된다.
한 바람직한 방법 변형예에서, 가스 센서의 동적 거동 진단을 위해 가스 상태 변수로서 내연기관에 공급되는 공기 연료 혼합기의 공연비가 변동되고, 이러한 변동은 분사량의, 계단 응답 형태의 작은 변화를 통해 주기적으로 공연비를 변동시키는 강제 여기를 이용하거나 발진 제어 회로를 이용하여 이루어진다. 큰 계단 응답의 일회적 평가 대신, 복수의 작은 계단 응답들이 연속으로 평가될 수 있거나 제어 회로의 발진이 이용될 수 있다. 그 결과, 다른 경우라면 필요한 공연비의 큰 계단 응답이 배제될 수 있으며, 그로 인해 그러한 큰 계단 응답들과 결부되는 연료 소비 및 배출 가스의 증가가 방지된다는 장점이 있다. 발진 제어 회로의 경우만 이러한 식별을 수행할 경우, 종종 신호대잡음비가 우수한 강한 여기가 추가로 나타나며, 그 결과 한편으로는 이러한 식별의 품질과 신속성이 개선되고 다른 한편으로는 바로 상기 시점에 식별이 매우 의미가 있는데, 이는 제어 회로가 바로 센서 동적 거동의 변동으로 인해 발진하기 때문이다. 그러므로 이런 경우 센서 동적 거동의 식별을 수행하는 것이 특히 중요하다. 또 다른 한 장점은 내구성이 증대된다는 점인데, 이는 복수의 작은 계단 응답 또는 제어기 발진의 평가가 통계적 평균 효과 때문에 단 하나의 큰 계단 응답의 평가에 비해 간섭에 대해 덜 민감하게 반응하기 때문이다. 또한, 계단 응답을 통한 여기에 할당하지 않고, 신호대잡음비가 충분히 큰 동안에 임의의 여기 신호들로 작동할 수 있다. 또한, 제안된 방법은 제어의 영향을 전부 고려하며, 이 경우 제어 간섭은 온라인 식별을 위한 입력 신호이다. 그 외에도, 구간 증폭도 추정할 수 있기 때문에, 변동된 구간 증폭은 데드 타임과 시상수의 식별에 아무런 영향을 미치지 않는다.
이러한 방법으로 방향 의존적 매개변수로서 시상수(T), 데드 타임(
Figure pct00009
), 증폭 계수(K)가 상승 신호와 하강 신호에 대해 각각 따로 평가될 수 있거나, 이들 매개변수의 임의의 조합들이 평가될 수 있다.
한 방법 변형예에 따르면 방향 의존적 오류 신호들은 차이값들 또는 이 차이값들의 제곱으로서 생성되며, 상승 신호에 대한 차이값은 상승 값에 대해 고역 통과 필터링되고 모델링된 신호와 상승 값에 대해 고역 통과 필터링되고 측정된 신호로부터 결정되고, 하강 신호에 대한 차이값은 하강 값에 대해 고역 통과 필터링되고 모델링된 신호와 하강 값에 대해 고역 통과 필터링되고 측정된 신호로부터 결정되며, 이는 매개변수들의 적응을 용이하게 한다. 각 차이값들의 제곱은 품질 기준에 상응하며, 상기 필터링된 신호 성분들의 신호 에너지에 비례한다.
이런 동적 매개변수들의 식별이 연속적으로 이루어지는 재귀적 최적화 방법을 이용하여 온라인으로 실시되면, 측정값들이 중간 저장될 필요가 없기 때문에 작은 저장 리소스만 있으면 된다. 기본적으로 최적화 방법으로서 상기 문헌에 공지된 방법들이 이용될 수 있으며, 이들은 연속적인 계산뿐만 아니라 시간적으로 불연속적인 계산도 가능하게 한다. 그러나 매개변수들의 연속적인 식별은 특히 데드 타임의 결정 시 정확성과 관련한 장점들을 제공하는데, 이는 데드 타임이 불연속적 시간 단계들에서는 단지 스캐닝 시간의 배수만 취할 수 있기 때문이며, 이는 최적화를 어렵게 할 수 있다. 또한, 연속 시간에서의 방법들은 스캐닝 시간의 선택과 관련하여, 본 용례의 경우 0 ~ 스캐닝 시간의 배수까지 이를 수 있는 식별된 데드 타임들 또는 시상수들에 비해 수치적으로 더 신뢰성 있다.
또한, 예비 지식이 있는 경우 반드시 모든 매개변수(데드 타임, 시상수 및 증폭 계수)를 추정할 필요 없이, 상기 3가지 매개변수의 임의의 조합들을 추정하는 것도 가능하다. 예컨대 연역적으로, 데드 타임 오류 또는 시상수 오류가 언제나 단독으로만 발생하고, 증폭 계수 역시 일정하며 공지되어 있는 점이 주지의 사실이라면, 데드 타임과 시상수의 식별도 따로 수행될 수 있고, 증폭 계수의 식별은 생략될 수 있다. 데드 타임 또는 시상수 오류는 각각 다른 변수의 식별에도 영향을 미치므로, 식별에 이어서 실제로 어떤 오류가 나타났는지가 결정되어야 한다. 그러므로 이를 구현하기 위해, 개별 매개변수들의 식별의 잔존 오류들이 비교되고, 실제 오류 패턴보다 더 작은 잔존 오류를 갖는 오류 패턴이 선택된다. 이런 과정은, 데드 타임과 시상수를 따로 식별하기 위해 동일한 방법이 적용됨으로써 잔존 오류들이 비교될 수 있기 때문에 가능하다. 잔존 오류들은 예컨대 최적화에 사용되는 품질 기준의 필터링을 통해 설명될 수 있다.
또 다른 한 장점은, 상기 방법을 작동점에 따른 식별로 확장함으로써 도출된다. 이때, 적응된 매개변수들은 각 적응 단계 이후 작동점에 따른 특성 곡선들 또는 다차원 특성맵들에 학습 입력된다. 이는, 각 적응 단계에서 새로 적응된 매개변수 집합들을 제공하는 재귀적 최적화를 통해 가능해진다.
이런 최적화는 예컨대 "최급상승법(steepest ascent method)"과 같은 경사 기법을 이용하여 또는 가우스 뉴턴법에 따라 수행될 수 있으며, 이들은 재귀적 변형예에서도 온라인 최적화를 위해 이용될 수 있다. 경사의 계산은 모델링된 신호들과 측정된 신호들의 필터링 및 데드 타임 지연을 통해 분석적으로 수행된다. 방법의 확장 시, 최적화의 맥락에서 적응 속도는 학습 강화를 통해 최적화하려는 각 매개변수들 각각에 대해 따로 사전 설정될 수 있다. 예컨대 가우스 뉴턴법에서처럼 일부 방법에서는, 학습 강화가 공분산 행렬에 의해 적응되는 방식으로 나타나며, 그 결과 더 빠른 적응이 달성된다. 이때, 재귀적 망각 계수가 이용될 수 있으며, 이 경우 망각 계수는 유일한 응용 매개변수를 나타낸다. 신속한 여기와 노이즈 억제 간의 상충을 완화하기 위해, 상기 망각 계수 역시 현재 여기에 따라서 가변적으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 특히 작은 여기의 경우 적응을 늦추거나, 완전히 정지시키거나, 심지어 전혀 시작되지 않게 할 수 있다. 마지막의 경우는, 센서 둔감화로 인해 여기로서 발진 제어 회로만 이용되는 경우에 특히 중요하다.
본 발명에 따른 진단 방법은 특히 가스 센서들에서 바람직하게 이용될 수 있으며, 상기 가스 센서들은 배기 가스 모니터링 및 저감 시스템의 일부인 내연기관의 배기 가스 채널 내에서 또는 내연기관의 공급 기체 가이드 내, 예컨대 흡기 매니폴드 내에서, 가스 상태 변수 또는 농도를 검출하기 위해, 가스 압력 센서들, 가스 온도 센서들, 가스 유량 센서들, 또는 배기 가스 센서로서의 가스 농도 센서들로서 사용될 수 있다. 상기 배출 가스 관련 가스 센서들은 전술한 요구 사항들 때문에 동적 거동 및 일반 기능과 관련하여 모니터링되어야 한다. 그럼으로써 예컨대 가스 압력 센서의 응답 특성이 모니터링될 수 있고, 예컨대 가스 압력 센서와 흡기 매니폴드의 연결이 막히거나 꺾이면 동적 거동의 둔화가 검출될 수 있다. 가스 온도 센서들 또는 가스 유량 센서들은 내연기관의 공급 기체 가이드 내에 예컨대 핫필름 타입 공기 유량계로서 구현될 수 있으며, 이들 공기 유량계에는 오염으로 인한 동적 거동 손실이 있는 경우 이것이 기록될 수 있다. 이와 같은 센서들의 신호들에 대해 적합한 모델이 제시될 수 있다면, 이미 방법 변형예에서 설명한 것처럼 본 발명에 따른 방법이 바람직하게 적용될 수 있다.
가스 센서로서 특히, 가스 혼합기 내 산소 함량을 검출하는 데 이용될 수 있는 광대역 람다 센서(LSU 센서) 또는 NOx 센서 형태의 배기 가스 센서가 고려된다. 광대역 람다 센서 또는 연속 람다 센서로서 실시된 배기 가스 센서는 진단을 위해 바람직하게는 측정된 산소 농도와 앞서 설명한 방법 변형예에 상응하는 모델링된 산소 농도를 비교한다. 대안으로서 상기 비교를 위해 역수 람다값이 사용될 수 있는데, 그 이유는 상기 역수 람다값이 거의 산소 농도에 비례하기 때문이다. 산소 농도에 비례하는 전기적 변수들, 즉 센서 내 또는 관련 회로 내 전압 또는 전류도 적합하다. 그런 경우, 이 비교에 사용되는 모델 신호는 그에 상응하게 환산되어야 한다. 질소 산화물 센서는 실제값으로서 질소 산화물 센서의 출력 신호를 평가하고, 모델값은 모델링된 NOx 값으로부터 결정된다. 그러므로 이런 진단은 특히 가솔린 엔진에서 또는 희박 엔진에서 유리하게 응용될 수 있으며, 이때 배기 가스 정화 장치는 촉매나 질소 산화물 저감을 위한 장치를 갖는다. 배기 가스 정화 장치 하류에 설치된 가스 센서들의 경우 모델에서 관련 가스 농도에 대한 배기 가스 정화의 영향이 고려되어야 한다. 대안으로서 배기 가스 정화가 관련 가스 농도에 영향을 미치지 않는 단계들에서만 진단을 실시하는 것도 생각해 볼 수 있다.
이 방법은 앞서 이의 변형예에서 설명한 것처럼 1차 시스템들을 위해 사용될뿐만 아니라 데드 타임을 포함하거나 불포함하는, 임의 차수의, 방향 의존적인 임의의 시스템들에도 유리하게 적용될 수 있으며, 이때 비대칭적인 동적 매개변수들의 식별이 중요하다.
상기 장치와 관련한 과제를 해결하기 위한 목적으로, 본 발명에 따른 방법의 실시를 위해, 앞서 설명한 것처럼, 진단 유닛이 제공되며, 이 진단 유닛은 고역 통과 필터와, 감산기와, 방향 의존적 오류값들을 검출하기 위한 방향 의존적 포화 특성 곡선들을 위한 저장 유닛들을 포함한다. 이때, 진단 유닛의 기능은 적어도 부분적으로 소프트웨어 기반으로 실시될 수 있으며, 상기 진단 유닛은 독립적인 유닛으로서 또는 상위 엔진 제어 장치의 일부로서 제공될 수 있다.
또한, 한 변형예에 따르면 진단 유닛은 매개변수들의 작동점에 따른 식별을 실시하기 위해 작동점에 따른 특성 곡선들 또는 특성맵들을 위한 저장 유닛들을 포함할 수 있다.
하기에서, 도면들에 도시된 실시예를 참고하여 본 발명을 상슬한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법이 적용될 수 있는 기술 환경의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 동적 거동 진단 기능의 블록도이다.
도 1에는 가솔린 엔진의 예에서 배기 가스 센서(15)를 진단하기 위한 본 발명에 따른 방법이 이용될 수 있는 기술 환경이 개략적으로 도시되어 있다. 공기가 공기 공급관(11)을 통해 내연기관(10)에 공급되며, 상기 공기의 유량은 공기 유량계(12)에 의해 검출된다. 공기 유량계(12)는 핫필름 타입 공기 유량계로서 구현될 수 있다. 내연기관(10)의 배기 가스는 배기 가스 채널(18)을 통해 배출되며, 이때 배기 가스의 유동 방향으로 내연기관(10)의 후방에 배기 가스 정화 장치(16)가 제공된다. 배기 가스 정화 장치(16)는 일반적으로 하나 이상의 촉매 컨버터를 포함한다.
내연기관(10)을 제어하기 위해 엔진 제어 장치(14)가 제공되며, 한편으로는 상기 엔진 제어 장치가 연료 계량 장치(13)를 통해 내연기관(10)에 연료를 공급하고, 다른 한편으로는 공기 유량계(12) 및 배기 가스 채널(18)에 배치된 배기 가스 센서(15)와 배기 가스 배출부(18)에 배치된 배기 가스 센서(17)의 신호들이 상기 엔진 제어 장치에 공급된다. 배기 가스 센서(15)는 도시된 예에서 내연기관(10)에 공급되는 연료 공기 혼합기의 람다 실제값을 검출한다. 이 배기 가스 센서(15)는 광대역 람다 센서로서 또는 연속 람다 센서로서 구현될 수 있다. 배기 가스 센서(17)는 배기 가스 정화 장치(16)의 하류에서 배기 가스 조성을 검출한다. 배기 가스 센서(17)는 불연속 레벨 센서 또는 2진 센서로서 형성될 수 있다.
배기 가스 센서(15)의 동적 거동 진단을 위해, 연소실 내 공연비(A/F ratio)가 일반적으로 계단 응답 형태로 조정되고, 이런 계단 응답 후 일정 시간 구간 이내에 측정된 공연비의 최대 기울기의 값이 결정된다. 본 발명에 따라, 연속적으로 수행되는 방법은 특히 비대칭 데드 타임 및 시상수를 검출하기 위해 제안되었으며, 이 방법은 공연비의 큰 개별 계단 응답들을 평가하지 않고 오히려 신호대잡음비가 충분히 큰 임의의 여기를 이용한다. 이는 예컨대 계단 응답 형태의 작은 분사량 변동을 통해 주기적으로 공연비를 변동하는, 일반적인 강제 여기일 수 있거나, 발진 제어 회로일 수 있다.
대칭 시상수 및 데드 타임이 상승 및 하강 신호에 대해 함께 식별되는 경우뿐만 아니라, 상승 및 하강 신호에 대해 각각 별도로 하나의 시상수 및 데드 타임이 식별되는 경우, 비대칭 시상수 및 데드 타임을 검출하기 위해 상기 문헌에 공지되었거나 출원인의 병행 출원에 기술된 또 다른 온라인 식별 방법이 확장된다.
도 2에는 한 바람직한 방법 변형예의 기능성에 대한 블록도(20)가 도시되어 있다.
우선, 기본 모델에 따라 모델링된 람다값(21, λmod)을 가진 모델 입력 및 측정된 람다값(22, λmess)을 가진 식별 대상 프로세스 출력이 동일한 고역 통과 필터(23)로 필터링된다.
그 결과, 신호들에서 가능성 있는 오프셋이 제거됨으로써, 이 오프셋은 최적화 진행 중에 양함수 방식으로 추정될 필요가 없다. 또한, 고역 통과 필터링을 통해 상승 신호와 하강 신호로의 분리가 달성되는데, 이때 고역 통과 필터링된 신호들이 포화 특성 곡선들(26, 27, 28, 29)과 연관됨으로써 상승 신호와 하강 신호의 분리가 실시되며, 모델링된 상승 신호 성분에 대한 포화 특성 곡선(26), 측정된 상승 신호 성분에 대한 포화 특성 곡선(27), 이 경우 모델링된 하강 신호 성분에 대한 포화 특성 곡선(28) 및 측정된 하강 신호 성분에 대한 포화 특성 곡선(29)이 제공된다. 이와 같이 고역 통과 필터(23)와 포화 특성 곡선들(26, 27, 28, 29)이 결합됨에 따라, 상승(양) 에지 및 하강(음) 에지를 갖는 신호 성분들이 구별될 수 있고, 그 결과 비대칭 시상수들과 데드 타임들의 식별이 가능해진다. 이때, 포화 요소들은 다음과 같이 정의될 수 있다.
포화 특성 곡선들(26, 27)의 경우,
Figure pct00010
일 때,
Figure pct00011
(3a)
Figure pct00012
일 때,
Figure pct00013
(3b)
포화 특성 곡선들(28, 29)의 경우,
Figure pct00014
일 때,
Figure pct00015
(3c)
Figure pct00016
일 때,
Figure pct00017
(3d)
이와 같은 고역 통과 필터링 및 그에 후속하는, 모델링된 람다값 및 측정된 람다값(21, 22)에 대한 포화 특성 곡선들(26, 27, 28, 29)을 이용한 신호 분리를 통해 최종적으로 하기 4개의 신호가 제공된다.
i. 상승 람다값(
Figure pct00018
)에 대해 고역 통과 필터링되고 모델링된 람다값
ii. 하강 람다값(
Figure pct00019
)에 대해 고역 통과 필터링되고 모델링된 람다값
iii. 상승 람다값(
Figure pct00020
)에 대해 고역 통과 필터링되고 측정된 람다값
iv. 하강 람다값(
Figure pct00021
)에 대해 고역 통과 필터링되고 측정된 람다값.
이제, 이러한 신호들을 이용하여 상승 신호들 및 하강 신호들에 대해 증폭 계수(K), 데드 타임(
Figure pct00022
) 및/또는 시상수(T)에 대한 개별적인 식별이 이루어진다. 이때, 상기 문헌에 공지된 방법이 연속 시간 또는 불연속 시간 내에 이용되고, 연속적인 방법들은 전술한 장점들을 제공한다.
따라서 한 바람직한 변형예에서는, 연속적으로 진행되는 재귀적 최적화 방법을 이용하여 온라인으로 식별이 이루어지므로, 신호들의 저장이 불필요하다.
이런 식별은, 상승 신호 성분과 하강 신호 성분에 대해 따로 수행되는, 모델링된 신호와 측정된 신호의 비교에 기반하며, 이때 감산기(30)에 의해 각각 하나의 차가 형성되고, 이러한 차는 최소화되며, 이때 증폭 계수(K), 데드 타임(
Figure pct00023
) 및/또는 시상수는 최적화 매개변수이다. 이들 차는 상승 신호 및 하강 신호에 대한 오차값(31, 32(
Figure pct00024
))으로서 하기처럼 정의된다.
Figure pct00025
이어서, 각각 제곱 유닛(33)에 의해 상승 신호 및 하강 신호에 대한 오차 측정치(34, 35(
Figure pct00026
))가 하기와 같이 계산된다.
Figure pct00027
제곱된 상기 오차값(오차 측정치)은 품질 기준을 나타내며, 이 품질 기준을 토대로 람다 모델이 직접 그리고/또는 상승 신호 및 하강 신호에 대한 오류 모델들(24, 25)(
Figure pct00028
)을 통해 추가로, 상승 신호 및 하강 신호(36, 37)에 대한 매개변수 적응을 이용하여 조정되는데, 이때 각각의 오류 모델(24, 25)은 도 2에 도시된 것처럼 작동 순서상 고역 통과 필터(23) 다음에 제공되거나 고역 통과 필터(23) 이전에 제공될 수도 있다. 상승 신호(36)에 대한 매개변수 적응 시, 시상수(
Figure pct00029
), 데드 타임(
Figure pct00030
) 및/또는 증폭 계수(
Figure pct00031
)의 조정이 제공된다. 하강 신호(37)에 대한 매개변수 적응은 시상수(
Figure pct00032
), 데드 타임(
Figure pct00033
) 및/또는 증폭 계수(
Figure pct00034
)의 조정을 제공한다.
상기 최적화는 예컨대 "최급상승법"과 같은 경사 기법을 이용하여 또는 가우스 뉴턴법에 따라 수행될 수 있고, 이들은 재귀적 변형예에서도 온라인 최적화에 제공될 수 있다. 경사의 계산은 모델링된 신호들과 측정된 신호들의 필터링 및 데드 타임 지연을 통해 분석적으로 수행된다.
또한, 최적화의 범주에서 학습 강화를 통해, 최적화하려는 매개변수 각각에 대해 별도로 적응 속도를 사전 설정할 수 있다.
이 방법은 매 시간 단계에서 최적화할 매개변수의 적응을 실시하기 때문에, 적응된 매개변수들은 최근 시점에서 특성 곡선들 또는 다차원 특성맵에 학습 입력될 수도 있으므로, 작동점에 따른 식별 역시 가능하다. 이를 위해 각 시간 단계에서 오류 모델(24, 25)()의 최근 매개변수들이 작동점에 따라 특성 곡선들 또는 특성 맵들로부터 판독되며, 이들 매개변수에 기반하여 적응이 실시되고 새로 적응된 값들이 다시 작동점에 따라 특성 곡선들 또는 특성맵에 학습 입력된다.
원칙적으로 본 발명은 앞서 언급한 것처럼 1차 저역 통과 필터를 이용해 설명될 수 있는 동적 거동을 갖는 시스템에 한정되는 것은 아니다. 마찬가지로 이런 식별 방법은 데드 타임을 포함하는 그리고 포함하지 않는 임의 차수의 시스템에도 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 내연기관(10)의 가스 센서들의 동적 거동을 모니터링하기 위한 방법이며, 가스 센서들은 기하구조, 측정 원리, 노후화도 또는 오염도에 따라 저역 통과 특성을 가지며, 측정하려는 가스 상태 변수의 변동 시 모델링된 신호와 측정된 신호의 비교에 기반하여 동적 거동 진단이 수행되며, 이때 측정된 신호는 가스 센서의 출력 신호의 실제값이고 모델링된 신호는 모델값인, 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동을 모니터링하기 위한 방법에 있어서,
    저역 통과 특성의 매개변수들은 고역 통과 필터링을 통해, 그리고 방향 의존적 포화 특성 곡선들(26, 27, 28, 29)과의 연관을 통해 생성되는, 방향 의존적 오류 신호들의 최소화를 이용하여 방향 의존적 방식으로 결정되고, 상기 방향 의존적 오류 신호들은 상승 신호 성분과 하강 신호 성분에 대해 모델링된 신호와 측정된 신호의 비교를 통해 계산되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 최소화는 가스 센서를 위한 모델 또는 개별 오류 모델들(24, 25)에서의 매개변수 적응을 이용하여, 상승하는 신호 성분과 하강하는 신호 성분에 대해 각각 따로 수행되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 방향 의존적 매개변수들의 식별을 위해, 측정하려는 가스 상태 변수가 변동되는, 충분히 큰 신호대잡음비를 갖는 임의의 여기들이 사용되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 센서의 동적 거동 진단을 위해 가스 상태 변수로서 내연기관(10)에 공급되는 공기 연료 혼합기의 공연비가 변동되고, 이러한 변동은 계단 응답 형태의 작은 분사량 변화를 통해 주기적으로 공연비를 변동시키는 강제 여기를 이용하거나 발진 제어 회로를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 방향 의존적 매개변수로서 시상수, 데드 타임, 증폭 계수가 상승 및 하강 신호 성분에 대해 각각 따로 평가되거나, 이들 매개변수들의 임의의 조합들이 평가되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 방향 의존적 오류 신호들은 차이값들 또는 이 차이값들의 제곱으로서 생성되고, 상승 신호에 대한 차이값은 상승 값에 대해 고역 통과 필터링되고 모델링된 신호와 상승 값에 대해 고역 통과 필터링되고 측정된 신호로부터 결정되고, 하강 신호에 대한 차이값은 하강 값에 대해 고역 통과 필터링되고 모델링된 신호와 하강 값에 대해 고역 통과 필터링되고 측정된 신호로부터 결정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매개변수들의 식별은 연속적으로 진행되는 재귀적 최적화 방법을 이용하여 온라인으로 실시되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 개별 매개변수들의 식별의 잔존 오류들이 비교되고, 실제 오류 패턴보다 더 적은 잔존 오류를 갖는 오류 패턴이 선택되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 적응된 매개변수들은 각 적응 단계 이후 작동점에 따른 특성 곡선들 또는 다차원 특성맵들에 학습 입력되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 최적화의 맥락에서 적응 속도는 학습 강화를 통해 최적화하려는 매개변수들 각각에 대해 따로 사전 설정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 센서로서 배기 가스 모니터링 및 저감 시스템의 일부인 내연기관(10)의 배기 가스 채널(18) 내에서 또는 내연기관(10)의 공급 기체 가이드(11) 내에서, 가스 압력 센서들, 가스 온도 센서들, 가스 유량 센서들로서 사용되거나, 배기 가스 센서(15)로서의 가스 농도 센서들로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 센서로서, 가스 혼합기 내 산소 함량을 검출하는 데 사용될 수 있는 광대역 람다 센서 또는 NOx 센서 형태의 배기 가스 센서(15)가 사용되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법.
  13. 데드 타임을 포함하거나 불포함하는, 임의 차수의 방향 의존적 시스템들에서 사용되는, 제1항 내지 제12항에 따른 방법의 용도.
  14. 배기 가스 모니터링 및 저감 시스템의 일부인 내연기관(10)의 배기 가스 채널 또는 내연기관(10)의 공급 기체 가이드 내에 배치된 가스 센서들의 동적 거동을 모니터링하기 위한 장치이며, 상기 가스 센서들은 기하구조, 측정 원리, 노후화도 또는 오염도에 따라 저역 통과 특성을 가지며, 측정하려는 가스 상태 변수의 변동 시 모델링된 신호와 측정된 신호의 비교에 기반하여 진단 유닛에서 동적 거동 진단이 수행될 수 있으며, 측정된 신호는 가스 센서의 출력 신호의 실제값이고 모델링된 신호는 모델값인, 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 장치에 있어서,
    진단 유닛은 고역 통과 필터(23)와, 감산기(30)와, 방향 의존적 포화 특성 곡선들(26, 27, 28, 29)을 위한 저장 유닛들을 포함하며, 이들은 제1항 내지 제12항에 따른 방법을 수행하는 데 이용되는 것을 특징으로 하는, 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 장치.
  15. 제14항에 있어서, 진단 유닛은 작동점에 따른 특성 곡선들 또는 특성맵들을 위한 저장 유닛들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 장치.
KR1020147021946A 2012-02-07 2013-01-02 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법 및 장치 KR20140133514A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012201767.4 2012-02-07
DE102012201767A DE102012201767A1 (de) 2012-02-07 2012-02-07 Verfahren und Vorrichtung zur Dynamiküberwachung von Gas-Sensoren
PCT/EP2013/050018 WO2013117350A1 (de) 2012-02-07 2013-01-02 Verfahren und vorrichtung zur dynamiküberwachung von gas-sensoren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140133514A true KR20140133514A (ko) 2014-11-19

Family

ID=47563415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147021946A KR20140133514A (ko) 2012-02-07 2013-01-02 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법 및 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9704306B2 (ko)
EP (1) EP2812551B1 (ko)
JP (1) JP2015511286A (ko)
KR (1) KR20140133514A (ko)
DE (1) DE102012201767A1 (ko)
WO (1) WO2013117350A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200057782A (ko) * 2017-10-13 2020-05-26 비테스코 테크놀로지스 게엠베하 내연기관을 동작시키는 방법 및 내연기관

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012204353A1 (de) * 2012-03-20 2013-09-26 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von Gas-Sensoren
DE102012019907B4 (de) * 2012-10-11 2017-06-01 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungseinrichtung sowie entsprechende Brennkraftmaschine
DE102013216223A1 (de) * 2013-08-15 2015-02-19 Robert Bosch Gmbh Universell einsetzbare Steuer- und Auswerteeinheit insbesondere zum Betrieb einer Lambdasonde
DE202015004194U1 (de) * 2015-06-11 2016-09-13 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Computerprogramm zum Betrieb eines Verbrennungsmotors
KR101786659B1 (ko) * 2015-06-30 2017-10-18 현대자동차주식회사 하이브리드 차량의 배기온도센서 고장진단 장치 및 방법
DE102016006328A1 (de) * 2016-05-24 2017-11-30 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen eines Sauerstoffsensors
GB2550597B (en) * 2016-05-24 2020-05-13 Delphi Automotive Systems Lux Method of modelling afr to compensate for wraf sensor
DE102016124328A1 (de) 2016-12-14 2018-06-14 Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh Prüfstand zur Nachbildung der elektrischen Antwort einer Breitbandlambdasonde
DE102017200350A1 (de) 2017-01-11 2018-07-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Dynamikdiagnose von Abgassonden
US10578040B2 (en) 2017-09-15 2020-03-03 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Smoothed and regularized Fischer-Burmeister solver for embedded real-time constrained optimal control problems in automotive systems
US10739768B2 (en) 2018-08-08 2020-08-11 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Smoothed and regularized Fischer-Burmeister solver for embedded real-time constrained optimal control problems in autonomous systems
JP7158339B2 (ja) * 2019-06-04 2022-10-21 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング モデルλ値補償方法及び車両動作制御装置
DE102019126069B4 (de) * 2019-09-27 2022-01-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft System und Verfahren zur Kalibrierung einer Steuer- und Regelvorrichtung zur Einspritzdruckregelung bei einem Verbrennungsmotor
DE102020211108B3 (de) * 2020-09-03 2021-11-04 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Recheneinheit zur Anpassung einer modellierten Reaktionskinetik eines Katalysators

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4432722B2 (ja) 2004-10-21 2010-03-17 株式会社デンソー 制御装置
DE102008001569B4 (de) 2008-04-04 2021-03-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Adaption eines Dynamikmodells einer Abgassonde
DE102008001121A1 (de) 2008-04-10 2009-10-15 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Diagnose einer im Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassonde und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102008001213A1 (de) 2008-04-16 2009-10-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose der Dynamik eines Abgassensors
DE102008026741B4 (de) 2008-06-04 2013-07-11 Audi Ag Verfahren zum Erfassen der Funktionsfähigkeit einer Lambda-Sonde in einem geregelten System
DE102008040737A1 (de) 2008-07-25 2010-01-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Dynamiküberwachung einer Breitband-Lambdasonde
JP2010190089A (ja) * 2009-02-17 2010-09-02 Toyota Motor Corp 多気筒内燃機関の異常診断装置
DE102011081894A1 (de) 2011-08-31 2013-02-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Dynamik-Diagnose einer Abgassonde
DE102011088296A1 (de) 2011-12-12 2013-06-13 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Dynamiküberwachung von Gas-Sensoren
DE102012200032B4 (de) 2012-01-03 2023-12-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Dynamik-Diagnose von Sensoren
DE102012201033A1 (de) 2012-01-25 2013-07-25 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Steuereinheit zur Bestimmung einer Totzeit eines Abgassensors

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200057782A (ko) * 2017-10-13 2020-05-26 비테스코 테크놀로지스 게엠베하 내연기관을 동작시키는 방법 및 내연기관

Also Published As

Publication number Publication date
US20140358355A1 (en) 2014-12-04
DE102012201767A1 (de) 2013-08-08
EP2812551B1 (de) 2021-03-10
US9704306B2 (en) 2017-07-11
WO2013117350A1 (de) 2013-08-15
JP2015511286A (ja) 2015-04-16
EP2812551A1 (de) 2014-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20140133514A (ko) 가스 센서들의 동적 거동 모니터링 방법 및 장치
KR101956417B1 (ko) 가스 센서들의 모니터링 방법 및 장치
US10060894B2 (en) Method and device for dynamic monitoring of gas sensors
US8478565B2 (en) Method of monitoring soot mass in a particulate filter and monitoring system for same with correction for active regeneration inefficiency
US9091226B2 (en) Method and device for adapting a lambda control
US7793489B2 (en) Fuel control for robust detection of catalytic converter oxygen storage capacity
US7987661B2 (en) Method for determining malfunction of nitrogen oxide sensor and selective catalytic reduction system operating the same
CN102472186B (zh) 用于对废气探测仪进行动态诊断的方法和装置
US9051868B2 (en) Method and device for monitoring a nitrogen oxide storage catalytic converter
US9518893B2 (en) Method and control unit for determining a dead time of an exhaust gas sensor of an internal combustion engine
US20140373510A1 (en) Method for determining hc-conversion efficiency of a catalyst, a diagnostic device configured to carry out the method as well as a motor vehicle having such a catalyst
US8806928B2 (en) Catalyst deterioration detection apparatus and catalyst deterioration detection method for internal combustion engine
US9170244B2 (en) Method for the dynamic detection of leakages for SCR catalytic converters
US8146345B2 (en) Normalizing oxygen storage capacity(OSC) for catalyst monitoring
US9181841B2 (en) Method and apparatus for monitoring the light-off temperature of a diesel oxidation catalyst
KR20090116758A (ko) 내연 기관의 동작 장치 및 진단 방법
CN108374712B (zh) 用于借助于氨逸出在scr系统中进行故障识别的方法
KR20100097734A (ko) 내연 기관의 배기 가스 후처리 시스템을 검사하기 위한 방법 및 제어 장치
KR101078612B1 (ko) 내연 기관의 배기 영역 내에 배치되는 촉매 변환기를진단하는 방법 및 상기 방법을 실시하는 장치
CN110023601B (zh) 用于检查颗粒过滤器的加载状态的方法和废气设备
US20230258140A1 (en) Verfahren, Recheneinheit und Computerprogramm zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
JP2012112318A (ja) 内燃機関の触媒劣化検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application