WO1998037321A9 - Process and device for controlling the mixture in an internal combustion engine - Google Patents

Process and device for controlling the mixture in an internal combustion engine

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Definitions

  • the invention relates to a method for mixture control in an internal combustion engine and to a device for carrying it out
  • the mixture control not only plays an important role in the operating behavior of an internal combustion engine, but is crucial for the achievement of lower emissions of harmful exhaust gases So überbowt the usual in gasoline engines
  • the mixture is generally adjusted by pilot control and superimposed control.
  • the remaining oxygen content in the exhaust gas is measured via a lambda probe arranged in the exhaust gas flow.
  • a deviation from ⁇ -1 results in a greater or lesser residual oxygen content.
  • the lambda probe generates a corresponding output signal.
  • the characteristic maps are determined by the engine manufacturer in a comprehensive test on test states stored in the map to compensate for the series deviation of the decisive for the combustion engine parameters
  • the mixture control uses the value specified in the map value for the injection due to the several working cycles amounting dead time (namely until a certain injection quantity in the exhaust gas at the location of the lambda probe noticeable), it is not possible for this regulation to maintain the desired mixing ratio after load or speed changes. In practice, this is the reason for acceleration and deceleration phases the lambda control is completely inactivated, the injection quantity is then controlled only with the aid of the characteristic map. In dynamic driving, therefore, there are considerable deviations from the lambda nominal value, which leads to correspondingly high pollutant emissions. Strict exhaust gas regulations can not be met or only with difficulty
  • the present invention teaches a novel Artificial Intelligence method that provides a "direct" approach to regulation by providing the method
  • Tax law "learns"
  • the invention has the object to provide a method with which the above disadvantages are avoided or at least reduced, so that even strict emission standards can be met. This also includes the provision of a corresponding device
  • the term "measuring” is understood in a broad sense, which includes the actual physical measurement and, if necessary, the derivation of a variable thereof.
  • the measured variable can therefore be an immediately measured magnitude or a quantity derived therefrom.
  • the measured value sensor for the actual quantity can be a lambda probe , which emits a signal corresponding to the residual oxygen content of the exhaust gas.
  • “measuring” can, in addition to obtaining this signal, also determine the residual oxygen content and, if appropriate, determine the Lambda values include
  • the mixture quantity of interest ia is the mixture ratio (ie the lambda value) It is possible to directly measure a mixture size or make a measurement of an exhaust gas quantity that allows a conclusion on the mixture size of interest (eg the lambda value)
  • This mixture ratio ⁇ is defined as the ratio of air mass ( m ac i) and fuel mass (m fcyl ) in the engine cylinder (combustion chamber),
  • the task of the engine control system is therefore to determine the mixture ratio as a function of
  • the direct injection is known for diesel engines This also includes diesel engines with vortex or vortex chamber, if they are effectively part of the combustion chamber.
  • Direct fuel injection for gasoline engines was already mass production more than 50 years ago, Daimler Benz military aircraft engines were with a mechanical Equipped with direct injection After the Second World War mechanical direct injection was used in the Mercedes 300 Sports Car and Lloyd small car, but in the end the mechanical outlay was unprofitable In view of increasing environmental protection requirements, such engines, which are expected to generate low fuel consumption, are up to date again
  • the mixture ratio ⁇ in the piston internal combustion engine is determined by the air and the fuel mass in the cylinder Therefore, consideration of the mixture formation is favorable as the intersection of two paths, the air and the fuel path
  • the intake behavior, the so-called air path to be described The engine sucks in open intake valves and running down the piston fresh air from the intake manifold.
  • the so-called choked-flow effect the inflow velocity of the air through the intake valves into the cylinders can reach maximum speed of sound.
  • the cylinder thus contains less air mass than would be possible according to its volume in the thermodynamic Saugrohrschreib.
  • the suction behavior of the engine can be described mathematically as a pump with non-linear efficiency, the air mass (m t ) that has entered the cylinder per intake stroke results
  • T m temperature of the air mass
  • p m pressure of the air mass
  • V D stroke volume of a cylinder
  • volumemetric efficiency ⁇ vol is non-linearly dependent on the intake manifold pressure and the speed of the engine (which determines the duration of the intake stroke) in engines with throttle valve (gasoline engine, conventional, suction or turbo), ie
  • the load control happens z B on the duty cycle a a of the intake valve, so the volumetric efficiency is determined by just this duty cycle and the speed, ie
  • the air mass in the cylinder after the intake stroke is also determined by the pressure and the temperature in the intake manifold. If the engine is not equipped with a throttle, these thermodynamic conditions correspond to those of the environment, it can be assumed that these are only slow vary, with an adaptation can be dispensed with the measurement of both large If the internal combustion engine, however throttled operated, both large variables are rapidly variable, then z B also pressure and possibly temperature in the intake manifold can be measured to determine the air mass in the cylinder the air mass sucked into the combustion chamber per working cycle thus results in the non-linear dependency
  • Camshaft Steuronne also occurs the dependence of the volumetric efficiency of these control variables
  • the mixture ratio (the air ratio ⁇ ) is thus determined to be
  • Fig. L this relationship is exemplified for a piston internal combustion engine with conventional intake valve control, and although Fig. 1 shows a "Signalflußplan" for the formation of the mixture ratio in direct injection piston internal combustion engines with conventional intake valve control
  • p m «p 0 (/? 0 ambient pressure) or for a throttled Otto engine p m ⁇ p 0
  • the intake manifold pressure may also exceed the ambient air pressure.
  • the volumetric efficiency z B depends on the duty cycle a a and the engine speed n can then be done by varying the duty cycle, the engine sucks unthrottled
  • the Gemischverhaltnis is then formed, for example, according to the illustration of Figure 2, which shows a "Signalflußplan" for the formation of the mixture ratio in direct injection internal combustion piston engine with camshaft inlet valve control
  • Both and NL j are here static (possibly time-variant) nonlinearities and determinable only by a complex calibration
  • the mixture ratio can be measured, novel methods are based on the interpretation of the ionization current in the electric spark ignition (gasoline engine), but conventionally, the measurement by means of faster switching Lambda probe
  • mapping given for inventive methods is from the mass air mass (input size) to the size of the fuel
  • input size the mass air mass
  • direct-injection engines the method according to the invention can also be applied to non-direct-injection engines which have a so-called "direct injection” engine. Have fuel storage effect.
  • mapping is not - as in the prior art - mediated by a control, but by a learning control
  • the learning can be done during operation, in which the various occurring in practice operating points (such may, for The method according to the invention is carried out in each relevant, ie achievable, operating point. After all the operating points have been run through several times-which is generally achieved relatively quickly in normal operation-the overall figure for all possible values is .PHI Input size learned
  • the controller then delivers instantaneously - ie without any control delay - the correct value of the output variable with high accuracy, even after a change of the operating point.
  • the learning process continues to be carried out in order to enable an ongoing adaptation to disturbance variables These may be, for example, wear-related changes, changes in the intake air temperature, the coolant water temperature, the external air pressure, the oxygen content of the air, etc.
  • the inventive method is able to ensure the start of new operating points without any ⁇ -deviation after learning the image conventional control approaches always occurs in contrast to a control difference, which is then integrated, for example, by an integrating portion in the controller as long as a control until the difference has become zero
  • the invention thus has the following advantages. Due to the self-adaptation of the image information, the accuracy requirements with which the image information for the image is reduced are reduced This reduces the effort for the development of a motor control and series development considerably, the control method according to the invention is robust with respect to series variations and time-varying disturbances, the desired lambda value is not only in steady-state operation, but also after a change of operating state (rotational speed). and / or load changes of
  • the invention thus contributes to the protection of the environment and the careful use of limited resources
  • the invention can also be used in the course of a fault diagnosis during operation. If the degree of adaptation required exceeds that of conventional series scattering and interference, let it be concluded that the condition is inaccurate, such as inadmissibly high wear or a defect due to appropriate evaluation of the degree of adaptation , for example, by a vehicle diagnostic system, engine failure or partial failure early -i ⁇ g recognize during operation
  • the method can be carried out such that one or more of the method steps a) -f) are carried out averaged over several cycles or cycles of a cylinder.
  • the method is in time with the Working cycles of the individual cylinders carried out (claim 2), ie, the sequence of process steps a) -f) is carried out once in the context of a single stroke of a single cylinder
  • the measurement in step a) takes place during the intake stroke of a cylinder in step b )
  • the amount of fuel to be supplied on the basis of this measurement (and possibly previous measurements, more details below) is determined
  • the supply of fuel in Schntt c) is then z B in the Immediately following compression stroke of the same cylinder, ie in the same cycle as step
  • the most common gasoline engine is a throttled engine, which is usually controlled by adjusting a throttle valve disposed in front of a suction pipe in such a motor, the input size or - for several input variables - one of the input variables advantageously the pressure in the intake manifold (claim 3) determines this pressure
  • the cylinder filling may be an engine with or without turbocharging.
  • the pressure in the intake manifold may be temporarily or permanently above atmospheric pressure
  • the intake system is designed to adapt the dynamic charging various Betnebsbedmgonne (see Automotive Handbook, Bosch, 1991, S 373, "switching intake systems")
  • the effective Saugrohrlange can be adjusted to use acoustic phenomena to increase the filling (keyword resonance charging)
  • z B the effective Saugrohrlange
  • the input size or one of the input variables claim 4
  • valve timing parameters eg Camshaft rotation and / or axial displacement
  • input size or one of the input variables claim 5
  • the duty cycle and / or the closing and / or opening time of the intake valve is an input size or one of the input variables (claim 6).
  • the duty cycle is related to the duration of the intake cycle or the total cycle Of ⁇ hungsdauer
  • the inventive method is suitable with a simple supplement for the latter Betneb260, and although in the target mixture ratio the role of an input variable is assigned (claim 8) While in an Otto engine, the input large space z B is two-dimensional (it is clamped about by intake manifold pressure and speed), comes in this embodiment for a diesel engine as For example, third input variable adds the desired mixture ratio, so that here a three-dimensional input large space is clamped (for example by intake manifold pressure, rotational speed and target mixture ratio).
  • the fuel supply by injecting
  • the output quantity controlling the amount of fuel to be supplied then one or more of the following Great Einspntzdauer, Tastverhaltnis Einspritzventiloffhung, injection pressure, degree of opening of the injection valve (claim 9)
  • the duty cycle is also the Of ⁇ hungsdauer related to the Duration of a work cycle or a working cycle
  • the degree of opening of the Einspntzventils can be controlled z B on the stroke of the valve needle
  • the fuel injection is not carried out directly in the cylinder, but in the suction pipe upstream them
  • the fuel wets here first the suction tube wall (so-called wall-wetting effect) and then required for the transition to the gaseous phase a certain time.
  • the method according to the invention can also be used advantageously in internal combustion engines with a fuel storage effect.
  • the amount of fuel injected into a cylinder at a particular power stroke generally depends on the quantity of fuel injected during preceding cycles.
  • large quantities of one or more preceding power strokes are also possible
  • the determination of the output variable (s) in step b) may be involved. This may be, for example, the fuel quantities injected in these preceding cycles, which still have an effect in the current cycle. Their consideration allows a very precise control of the injection rate in the current cycle Kraftstof ⁇ menge
  • the stored image information is in the form of a map containing the output size directly or indirectly.
  • a map is obtained, for example, by discretizing the (generally multi-dimensional) input size space and providing each input size cell formed by the discretization an output size Assignment of several output variables
  • the discretization of the input space does not have to be regular, likewise the size of the input cells must not be constant. Learning takes place in such a way that in step f) the stored values of one or more adjacent input cells corresponding to a detected deviation be adjusted that a smaller deviation occurs in a future operation in the same input large cell
  • mapping of the input size / s to the output size / s and the adaptation of the stored image information by a neural network algorithm (claim 14). Due to the parallelization of the data processing in so-called neurons forming the network, the use of a neural network - Algorithm the calculation time of the output size based on the stored image information compared to other interpolation methods (eg splines, linear or polynomial interpolation) significantly shortened using matched hardware While using known interpolation already by selecting the interpolation (possibly nonexistent Given that prior knowledge of the relationship to be approximated is assumed, a neural network can do without any prior knowledge. In particular, neural networks are suitable for the present adaptive method due to their evaluation and adaptation algorithm can be used very advantageously
  • a neural network NN is set so as to map the control path of the air path (eg, intake manifold pressure) to the control path of the fuel path so as to achieve a desired mixture ratio.
  • the control path of the air path is also considered from a historical point of view considered the control size, with which the driver affects the power output of the internal combustion engine
  • the adaptive neural network NN is intended depending on the driver-influenced control size for the air path and possibly from Engine operating state (eg speed) the control size, here z B ⁇ y for the
  • Output fuel path The output of the neural network thus corresponds to the duty cycle of the injection valves a f , the input space of the neural network NN consists in this example of intake manifold pressure p m and engine speed n, so we write
  • the aim of the control is to have a desired air-fuel ratio for each operating point
  • the output quantity is advantageous in this case by linking a the stored mapping information representing Stutz value vector and one of the / the A large gear ⁇ / n dependent activation vector formed (claim 15)
  • This linkage is preferably linear, and has in particular the form of a dot product or - in the case of multidimensional output size - of a vector Matnx product (claim 16). According to the example above, one then obtains the control quantity a f
  • the activation vector is normalized and depends only on the distance of the input size / s to the support points on which the vector representation is based (claim 17).
  • the standardization condition is z B
  • the dependence of the activation vector A only on the distance of the input variable (s) to the support points can be expressed by the fact that its components A t depend only on a variable which corresponds to the distance to the component belonging to the considered support point
  • ⁇ t are the bottlenecks, ie the locations of the neurons in the input space
  • mapping of the input variable (s) to the output variable (s) is substantially local (claim 18). This means that for a given value of the input variable (s) substantially only the truncation value e contribute to the mapping to the output size (s) immediately adjacent to the input size (s). This is advantageously accomplished by having only the n component (s) of the activation vector obtains appreciably large values at close range to the input / s lie / lie, while components are negligibly small or disappear at a greater distance (claim 19)
  • the components of the activation vector depend on the distance of the input variable (s) to the associated nozzle location according to a center function (claim 20), examples of advantageous center functions
  • the "range” of learning does not have to match that of the figure.
  • both ranges are chosen to be substantially the same, ie the adaptation of the image information takes place essentially in the same range of the distance from a deviation point, which is also reflected in the image of a is included at this point input size to the output size (claim 21)
  • the adaptation of the image information is carried out substantially locally to the deviation point (claim 22). This is let through, for example
  • is a trimming value correction vector.
  • both the adaptation and the image occur locally and with the same range
  • the adaptation of the image information is preferably carried out by adding to the bleed value vector a bleed correction vector which is proportional to a combination of the deviation value with the activation vector.
  • the linkage is in particular the product of the deviation value with the activation vector Adaptation eg according to
  • the factor ⁇ in this equation represents the learning step size.
  • the large e is the measured mixture error at the operating point that corresponds to
  • Convergence is the convergence against a global minimum of the distance between ⁇ and ⁇ thus understood in all operating points approached for learning (not just convergence against a local minimum). Convergence then means that the learning process can only be completed when the trimming value vector opposes the Converged Only Possible, But Unknown Trimming Value Vector Reference is made to the following description of a proof of stability and convergence of a preferred law of adaptation.
  • a device for controlling mixture in an internal combustion engine comprising: a) at least one device for measuring at least one quantity with which the air mass entering a combustion chamber of the internal combustion engine is related (so-called input variable b) at least one adjusting device for supplying fuel, c) at least one device for measuring a quantity, which carries information about the resulting mixture or its combustion (so-called actual size); d) at least one memory for receiving the variable
  • Fig. 1 is a signal flow diagram for the formation of the Gemischverhaltnisses in a direct-injection piston internal combustion engine with conventional intake control;
  • FIG. 2 is a signal flow chart corresponding to FIG. 1, but for an unthrottled internal combustion engine with freely actuable intake valves,
  • FIG. 3 is a schematic representation of a direct injection gasoline engine with conventional intake valve control
  • FIG. 4 is a signal flow diagram corresponding to FIG. 1, but showing a neural network algorithm
  • 5 shows a so-called parallel representation of a neural network algorithm
  • FIG. 6 shows a signal flow diagram of a neural network algorithm with an input dimension
  • FIG. 7 shows diagrams representing the network output as a function of a one-dimensional input value, for illustrating the locality of the sample value adaptation
  • FIG. 8 shows an illustration of the interpolation and extrapolation behavior of a neural network algorithm
  • FIG. 10 is an illustration of an exemplary non-linearity for the air path
  • FIG. 11 is a fuel path diagram corresponding to FIG. 10
  • FIG. 12 is a graph of the time course of the output to start 13 is a diagram according to FIG. 12, but in the course of learning,
  • FIG. 14 is a diagram according to FIG. 12, but after the learning process is almost completed.
  • the question is whether learning always leads to the correct result without wrong paths, a mathematical proof of stability and convergence should be feasible.
  • the exemplary procedure to be described below becomes a special neural network
  • the pulse duty cycle of the injection by direct injection (solenoid) valves as a control size is expediently the neural network next fixed stationary prior knowledge recognized as a correction element, which is adopted online so that always the desired Gemischverhaltnis is adapted.
  • the load control in this internal combustion engine type is done via the position angle of the throttle, the driver controls the air mass flow m at in the intake manifold with open intake valves of the cylinder sucks during the downward movement of the piston in the intake stroke the air mass flow m m until after closing the fresh air mass m, in the cylinder is available for combustion
  • the fresh air mass in the cylinder depends decisively on the thermodynamic Saugrohrschreib pressure p m according to equation 2
  • the driver so determined via the throttle position, the air pressure in the intake manifold and thus indirectly the load in the cylinder
  • the engine speed determines the time available for intake, so that a rule of thumb is that at lower engine speed, more fresh air can be sucked in the same thermodynamic state as in the intake manifold
  • suctioned air mass m in this example depends continuously nonlinear from the intake manifold pressure and speed, with variable Ansauggeomtrie also of the control angle or the adjustable intake camshaft Mathematically we write so
  • mixture control now consists in setting up a neural network NN so that the control path of the air path (here the intake manifold pressure) is mapped to the control amount of the fuel path so as to achieve a desired mixture ratio
  • the adaptive neural network ⁇ W should output the control variable (here a ⁇ ) for the fuel path depending on the engine operating state (in this case the rotational speed) and the driver-influenced control variable for the air path (here the intake manifold pressure).
  • the output of the neural network thus corresponds here to the duty cycle of the injection valves a f , the input space of the neural network ⁇ W consists of
  • the aim of the control is to have a desired air-fuel ratio for each operating point
  • NL a (P m , n) ⁇ ⁇ NL j [NN (/, "" //), "] (28)
  • THANN ⁇ ⁇ NL j [NN (/, "" //), "]
  • Ae (p m , n) A ⁇ (p m , n) a f p m >)
  • the sign of the error change is thus always inverse to the sign of the error, in other words, if the error is less than zero (e ⁇ 0), its value increases ( ⁇ e> 0), its magnitude becomes smaller its value falls, so here too the amount is smaller Thus, the error can only converge to zero
  • DNA is explained in more detail as an example of a suitable adaptive neural network algorithm. It combines the advantages of normalized RBF networks with the advantage of computing time and memory optimization
  • the extrapolation behavior of the THEN at points at which no knowledge in the form of learned parameters is available, is defined as well as meaningful: the output of the network corresponds to a (weighted) average of the learned knowledge in the learned environment; the THEN differs significantly from the original RBF network.
  • the network consists of locally activated neurons, ie mainly the neurons in the immediate vicinity of the network input x are activated.
  • the structure of the THEN is subdividable into activation and weighting. This illustrates the signal flow diagram representation of a THEN shown in Figure 6 with an input dimension (ie, scalar input x), A (x), and 9; are
  • Equation 44 guarantees the boundedness of activation A x), which becomes normalization
  • This figure shows the interpolation and extrapolation behavior of THEN, the crosses denote the existing data points Im learned area, the curve approximated by the truncated values (crosses) agrees with the sine function to be learned beyond the learned range, the estimated value tends to increase with increasing distance from the nearest truncated value to the average of all existing knowledge (truncation values) to the stored knowledge (data points) will result in the mean of the existing knowledge, in the immediate vicinity of a data point determines this mainly the network output If the nozzle values in their weight ⁇ , defined as adjustable, then the simplest, shown in Figure 9 online structure to This representation applies to continuous-time systems The THEN shown can learn all static (without internal states such as memory) non-nite-data to group the activation method apart from a small approximation error due to the fi
  • the illustrated learning ability of the THEN is used to synthesize a fuel injection control law by making the error between the target mixture ratio and the actual mixture ratio zero during learning
  • FIGS. 12, 13 and 14 show the control curve according to equation 52 and the online learned from the network course of a / during the learning process These figures show the optimal course of the control size (dashed) and the network learned course (solid) Fig 12 shows the beginning of learning (which was started without any prior knowledge FIG. 13 shows the control curve course during learning, and in FIG. 14 the learning is virtually completed.
  • the mixture error, which rapidly becomes smaller during learning, is shown in FIG.
  • the figure shows the relationship to be learned and the learned context, in each case the control surface.
  • the target context only the area above the input space to be traversed during learning is represented by a simple

Abstract

A process for controlling the mixture in an internal combustion engine has the following steps: (a) at least one value linked to the air volume that reaches a combustion chamber of the internal combustion engine is measured (so-called input value); (b) at least one output value which controls the amount of fuel to be supplied is determined depending at least on the input value(s) measured under (a), by means of stored representation information; (c) the amount of fuel is supplied according to the output value under (b); (d) a value which gives information on the thus obtained mixture is measured (so-called real value); (e) a deviation between the real value measured under (d) and a nominal value is determined; (f) the stored representation information is altered depending on the deviation determined under (e) for the state of operation measured under (a), so that when steps (a) to (e) are carried out in the future in the same state of operation, the deviation is reduced. This is implemented by a learning process. Also disclosed is a device for carrying out this process.

Description

Verfahren zur Gemischsteuerung bei einem Verbrennungsmotor sowie Vorrichtung zu dessen Durchführung. Method for mixture control in an internal combustion engine and apparatus for its implementation.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gemischsteuerung bei einem Verbrennungsmotor sowie eine Vorrichtung zu dessen DurchfuhrungThe invention relates to a method for mixture control in an internal combustion engine and to a device for carrying it out
Die Gemischsteuerung spielt nicht nur eine wichtige Rolle für das Betriebsverhalten eines Verbrennungsmotors, sondern ist entscheidend für die Erzielung geringerer Emissionen von schädlichen Abgasen So überfuhrt der bei Ottomotoren üblicheThe mixture control not only plays an important role in the operating behavior of an internal combustion engine, but is crucial for the achievement of lower emissions of harmful exhaust gases So überfuhrt the usual in gasoline engines
Dreiwegekatalysator nur dann zufriedenstellend schädliche Abgase (insbesondere Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide) in unschädliche Reaktionsprodukte, wenn der Sogenannte Lambdawert (λ) des Gemisches innerhalb sehr enger Grenzen bei λ=l (stochiometrisches Verhältnis) liegt Auch bei Dieselmotoren müssen zur Erzielung geringer Emissionen und hoher Wirkungsgrade bestimmte variable Gemischverhaltnisse sehr genau erreicht werden Angesichts der zunehmenden Probleme im Bereich der Luftreinhaltung und der immer strenger werdenden Emissionsschutzbestimmungen kommt der Gemischsteuerung daher eine wichtige Rolle zuThree-way catalyst only satisfactorily harmful exhaust gases (especially hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides) in harmless reaction products, if the so-called lambda (λ) of the mixture within very narrow limits at λ = l (stoichiometric ratio) Also in diesel engines to achieve low emissions and high Efficiencies Specific variable mixture ratios can be achieved very precisely In view of the increasing problems in the area of air pollution control and the ever stricter emission protection regulations, mixture control therefore plays an important role
Bei den herkömmlichen Systemen erfolgt die Einstellung des Gemisches i a durch Vorsteuerung und eine überlagerte Regelung Und zwar wird z.B über eine im Abgasstrom angeordnete Lambdasonde der verbleibende Restsauerstoffgehalt im Abgas gemessen. Der gewünschte stόchiometrische Wert des Luft- Kraftstoffgemisches (d h λ=l) fuhrt zu einem bestimmten Restsauerstoffgehalt Beim Abweichen von λ-l zeigt sich demgegenüber ein größerer oder kleinerer Restsauerstoffgehalt Die Lambdasonde erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal. Diese dient als Istwert für einen PI-Regler, der die einzuspritzende Kraftstoffmenge dahingehend verändert, daß das stochiometrische oder -egf ein anderes gewünschtes Mischungsverhältnis eingehalten wird Um die bei einer Regelung im herkömmlichen Sinn unvermeidliche Regeldifferenz möglichst klein zu halten, erfolgt durch Verwendung von statischen Kennfeldern eine betriebspunktabhangige z B von der Drosselklappenstellung und der Drehzahl abhangige Vorsteuerung der Einspritzmenge Die Kennfelder werden beim Motorenhersteller in umfangreichen Test auf Prufstanden ermittelt Dabei werden Mittelwerte im Kennfeld abgelegt, um die Serienstreuung der für die Verbrennung ausschlaggebenden Motorparameter auszugleichen Solange noch kein Regelsignal vorliegt, verwendet die Gemischregelung den im Kennfeld vorgegebenen Wert für die Einspritzmenge Aufgrund der mehrere Arbeitstakte betragende Totzeit (bis sich nämlich eine bestimmte Einspritzmenge im Abgas am Ort der Lambdasonde bemerkbar macht) ist es dieser Regelung nicht möglich, nach Last- oder Drehzahlanderungen das gewünschte Mischungsverhältnis einzuhalten In der Praxis wird aus diesem Grund wahrend Beschleunigungs- und Abbremsphasen die Lambdaregelung ganzlich inaktiviert, die Einspritzmenge wird dann nur mit Hilfe des Kennfeldes gesteuert Bei dynamischem Fahrbetrieb kommt es daher insgesamt betrachtet zu erheblichen Abweichungen von dem Lambda-Sollwert, was zu entsprechend hohen Schadstoffemissionen führt Strenge Abgasbestimmungen lassen sich damit nicht oder nur unter Schwierigkeiten einhaltenIn the conventional systems, the mixture is generally adjusted by pilot control and superimposed control. For example, the remaining oxygen content in the exhaust gas is measured via a lambda probe arranged in the exhaust gas flow. The desired stoichiometric value of the air / fuel mixture (ie λ = 1) leads to a certain residual oxygen content. On the other hand, a deviation from λ-1 results in a greater or lesser residual oxygen content. The lambda probe generates a corresponding output signal. This serves as an actual value for a PI controller, which changes the fuel quantity to be injected in such a way that the stoichiometric or -egf maintain a different desired mixing ratio In order to keep the control difference, which is unavoidable in a conventional sense, as small as possible, an operating point-dependent z B of the throttle position and the speed dependent feedforward control of the injection quantity is determined by using static maps. The characteristic maps are determined by the engine manufacturer in a comprehensive test on test states stored in the map to compensate for the series deviation of the decisive for the combustion engine parameters As long as no control signal is present, the mixture control uses the value specified in the map value for the injection due to the several working cycles amounting dead time (namely until a certain injection quantity in the exhaust gas at the location of the lambda probe noticeable), it is not possible for this regulation to maintain the desired mixing ratio after load or speed changes. In practice, this is the reason for acceleration and deceleration phases the lambda control is completely inactivated, the injection quantity is then controlled only with the aid of the characteristic map. In dynamic driving, therefore, there are considerable deviations from the lambda nominal value, which leads to correspondingly high pollutant emissions. Strict exhaust gas regulations can not be met or only with difficulty
In der Veröffentlichung U Lenz und D Schröder Artificial Intelligence for Combustion Engine Control, SAE-Paper Nr 960328, Februar 1996 wird ein Verfahren zurIn the publication U Lenz and D Schroeder Artificial Intelligence for Combustion Engine Control, SAE Paper No. 960328, February 1996, a method for
Bestimmung der in einen Zylinder eingesaugten Luftmasse vorgeschlagen DieDetermination of the air mass sucked into a cylinder proposed The
Veröffentlichung U Lenz und D Schröder Identifikation isolierter Nichtlineaπtaten mitPublication U Lenz and D Schröder identification of isolated nonlinear data with
Neuronalen Netzen, GMA Fachausschuß 1 4 „Theoretische Verfahren derNeural Networks, GMA Technical Committee 1 4 "Theoretical Methods of
Regelungstechnik", Workshop in Interlaken, 1996, betrifft allgemein einen sogenannten Beobachteransatz auf der Grundlage eines Neuronalen Netzes In diesenControl Engineering ", Workshop in Interlaken, 1996, generally refers to a so-called observer approach based on a neural network in these
Veröffentlichungen wird ein Verfahren der kunstlichen Intelligenz, einsetzbar zurPublications becomes a method of artificial intelligence, applicable to
Regelung von Verbrennungsmotoren, beschrieben, welches einen „indirekten"Regulation of internal combustion engines, which describes an "indirect"
Regelungsansatz durch Gewinnung von Wissen darstellt (Vorweg sei bemerkt, daß die vorliegende Erfindung im Gegensatz dazu ein neuartiges Verfahren der Kunstlichen Intelligenz lehrt, das einen „direkten" Regelungsansatz darstellt, indem das Verfahren dasBy contrast, the present invention teaches a novel Artificial Intelligence method that provides a "direct" approach to regulation by providing the method
Steuergesetz „lernt") Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem obige Nachteile vermieden oder zumindest gemindert werden, so daß auch strenge Abgasnormen erfüllt werden können Dazu gehört auch die Bereitstellung einer entsprechenden VorrichtungTax law "learns") The invention has the object to provide a method with which the above disadvantages are avoided or at least reduced, so that even strict emission standards can be met. This also includes the provision of a corresponding device
Diese Aufgabe wird gelost durch das Verfahren zur Gemischsteuerung gemäß Anspruch 1, welches folgende Schritte umfaßt a) Messen wenigstens einer Große, mit der die in einen Brennraum des Verbrennungsmotors gelangende Luftmasse im Zusammenhang steht (sog Eingangsgroße), b) Ermitteln wenigstens einer die zuzuführende Kraftstoffmenge steuernde Ausgangsgroße in Abhängigkeit von wenigstens der/den in a) gemessenen Eingangsgroße/n, mit Hilfe gespeicherter Abbildungsinformation, c) Zuführen der Kraftstoffmenge entsprechend der Ausgangsgroße aus b), d) Messen einer Große, die Information über das so entstandene Gemisch tragt (sog Istgroße), e) Ermitteln einer Abweichung der in d) gemessenen Istgroße von einem Sollwert für diese Große, f) Verandern der gespeicherten Abbildungsinformation in Abhängigkeit von der in e) ermittelten Abweichung für den in a) gemessenen Betπebszustand, so daß bei einem zukünftigen Durchlaufen der Schritte a) bis e) im gleichen Betπebszustand die Abweichung kleiner wird, und das damit einen Lernprozeß realisiert Dieser umfaßt sowohl die stationären als auch die dynamischen BetriebszustandeThis object is achieved by the method for mixture control according to claim 1, which comprises the following steps: a) measuring at least one variable with which the air mass entering a combustion chamber of the internal combustion engine is related (so-called input quantity), b) determining at least one quantity of fuel to be supplied controlling output quantity as a function of at least the input variable (s) measured in a), with the aid of stored image information, c) supplying the fuel quantity corresponding to the output variable from b), d) measuring a quantity carrying information about the resulting mixture (so-called E) determining a deviation of the actual size measured in d) from a desired value for this variable, f) changing the stored image information as a function of the deviation determined in e) for the operating state measured in a), so that in a future run through of steps a) to e) in the same operating state di e Deviation is smaller, and thus realized a learning process This includes both the stationary and the dynamic operating conditions
Hierbei wird der Begriff „Messen" in einem weiten Sinn verstanden, welcher die eigentliche physikalische Messung und ggf die Ableitung einer Große hieraus umfaßt Die Meßgroße kann also eine unmittelbar gemessene Große oder eine daraus abgeleitete Große sein Beispielsweise kann der Meßwertaufnehmer für die Istgroße eine Lambdasonde sein, welche ein dem Restsauerstoffgehalt des Abgases entsprechendes Signal abgibt Das „Messen" kann in diesem Beispiel zusatzlich zur Gewinnung dieses Signals auch die Ermittlung des Restsauerstoffgehalt und ggf daraus die Ermittlung des Lambdawerts umfassen Die i a interessierende Gemischgroße ist das Gemischverhaltnis (d h der Lambdawert) Es ist möglich, eine Gemischgroße direkt zu messen oder eine Messung einer Abgasgroße vorzunehmen, die einen Ruckschluß auf die interessierende Gemischgroße (z.B. der Lambdawert) erlaubenHere, the term "measuring" is understood in a broad sense, which includes the actual physical measurement and, if necessary, the derivation of a variable thereof. The measured variable can therefore be an immediately measured magnitude or a quantity derived therefrom. For example, the measured value sensor for the actual quantity can be a lambda probe , which emits a signal corresponding to the residual oxygen content of the exhaust gas. In this example, "measuring" can, in addition to obtaining this signal, also determine the residual oxygen content and, if appropriate, determine the Lambda values include The mixture quantity of interest ia is the mixture ratio (ie the lambda value) It is possible to directly measure a mixture size or make a measurement of an exhaust gas quantity that allows a conclusion on the mixture size of interest (eg the lambda value)
Kurz gesagt lehrt die Erfindung also eine lernende Gemischsteuerung, welche das tatsachlich enthaltene Gemischverhaltnis mit einem Sollwert vergleicht und bei einer Abweichung hiervon die gespeicherte Steuerinformation dahingehend adaptiert, daß bei zukünftigem Durchlaufen des gleichen oder ahnlichen Betriebspunkts eine geringere Abweichung erreicht wird Der erfindungsgemaße Lernprozeß erzeugt dabei eine genaue Abbildung der realen Verhaltnisse unter allen relevanten Betriebsbedingungen, aus der dann die Steuerinformation zur Vermeidung jeglicher Regeldifferenz abgeleitet wird, dies gilt insbesondere auch für den dynamischen Betrieb des Verbrennungsmotors Es geht also darum, z B. mit Methoden der Kunstlichen Intelligenz aus Fehlern zu lernen, um diese in Zukunft zu vermeidenIn short, therefore, the invention teaches a learning mixture controller which compares the actual mixture relationship with a target value and, in the event of a deviation thereof, adapts the stored control information so as to achieve less deviation in future running of the same or similar operating point. The learning process of the invention generates one exact mapping of the real conditions under all relevant operating conditions, from which then the control information is derived to avoid any control difference, this is especially true for the dynamic operation of the internal combustion engine So it is, for example, with methods of Artificial Intelligence from mistakes to learn to avoid them in the future
Im folgenden wird die Gemischbildung naher erläutertIn the following, the mixture formation is explained in more detail
Bei Kolbenmotoren werden Leistung, Verbrauch und Emission in entscheidendem Maße durch das Gemischverhaltnis (auch Luftzahl) λ beeinflußt Dieses Gemischverhaltnis λ ist definiert als Verhältnis von im Motorzylinder (Brennraum) befindlicher Luftmasse ( m ac i ) un<jl Kraftstoffmasse ( mfcyl ),In reciprocating engines, power, fuel consumption and emission are decisively influenced by the mixture ratio (also air ratio) λ This mixture ratio λ is defined as the ratio of air mass ( m ac i) and fuel mass (m fcyl ) in the engine cylinder (combustion chamber),
m λ = - acvlm λ = - acvl
0) KXmjcvl0 ) K X m jcvl
wobei Kλ der Faktor zur stochiometrischen Verbrennung ist ( K, = 14 7 für Benzin)where K λ is the factor for stoichiometric combustion (K, = 14 7 for gasoline)
Aufgabe der Motorsteuerung ist es daher, das Gemischverhaltnis in Abhängigkeit vomThe task of the engine control system is therefore to determine the mixture ratio as a function of
Betriebspunkt nach obigen Kriterien optimal einzustellen Beispielsweise ist für einen emissionsoptimalen Betrieb eines Ottomotors mit Dreiwege-Katalysator eine Luftzahl von λ = 1,00 zu erzielen, was einem exakt stochiometrischen Gemischverhaltnis entspricht Dieselmotore dagegen werden mit variablem, magerem Gemisch betrieben, d h mit einem λ größer als eins, bei Vollast wird das Gemisch bis hinunter zur sogenannten Rauchgrenze bei etwa λ=l,5 angefettetOptimum setting of the operating point according to the above criteria For example, for an emission-optimized operation of a gasoline engine with a three-way catalytic converter, an air ratio of λ = 1.00 can be achieved, which corresponds to an exactly stoichiometric mixture ratio Diesel engines, on the other hand, are operated with a variable, lean mixture, ie with a λ greater than one, at full load the mixture is enriched down to the so-called smoke limit at approximately λ = 1.5
Die folgende Darstellung der Gemischbildung bezieht sich beispielhaft auf Verbrennungsmotoren mit Direkt einspritzung. Wie weiter unten ausgeführt wird, ist die Erfindung auch bei anderen Motoren vorteilhaft einsetzbar.The following illustration of the mixture formation refers by way of example to internal combustion engines with direct injection. As will be explained below, the invention can also be used advantageously in other engines.
Seit geraumer Zeit ist die Direkteinspritzung bei Dieselmotoren bekannt Hierzu zählen auch Dieselmotoren mit Vor- oder Wirbelkammer, wenn diese effektiv Teil des Brennraums sind Benzindirekteinspritzung für Ottomotoren ist bereits vor mehr als 50 Jahren einmal in Serienfertigung gewesen, Daimler Benz Militar-Flugmotoren waren mit einer mechanischen Direkteinspritzung ausgerüstet Nach dem 2 Weltkrieg wurde eine mechanische Benzindirekteinspritzung im Mercedes-Seriensportwagen 300 SL und Lloyd-Kleinwagen eingesetzt, aber letztendlich war der mechanische Aufwand unrentabel Angesichts der steigenden Umweltschutzanforderungen, sind solchen Motoren, von denen man geringen Kraftstoffverbrauch erwartet, wieder aktuellFor some time, the direct injection is known for diesel engines This also includes diesel engines with vortex or vortex chamber, if they are effectively part of the combustion chamber. Direct fuel injection for gasoline engines was already mass production more than 50 years ago, Daimler Benz military aircraft engines were with a mechanical Equipped with direct injection After the Second World War mechanical direct injection was used in the Mercedes 300 Sports Car and Lloyd small car, but in the end the mechanical outlay was unprofitable In view of increasing environmental protection requirements, such engines, which are expected to generate low fuel consumption, are up to date again
Der Vorteil der Direkteinspritzung liegt im Vergleich etwa zu einem konventionellen Saugrohrmotor in der exakten Zumessung des Kraftstoffs ohne den dynamischen Speichereffekt durch die dortige sog WandfilmbildungThe advantage of direct injection compared to a conventional intake manifold engine in the exact metering of the fuel without the dynamic memory effect due to the local so-called wall film formation
Es wird erwartet, daß der Wirkungsgrad von Ottomotoren im Teillastbereich neben der Benzindirekteinspritzung durch den Ersatz der Drosselklappe mittels unabhängig steuerbarer Einlaßventile (hydraulisch, elektromagnetisch) gesteigert werden kannIt is expected that the efficiency of gasoline engines in the partial load range can be increased by the replacement of the throttle valve by means of independently controllable intake valves (hydraulic, electromagnetic) in addition to the gasoline direct injection
Nachfolgend wird die Gemischbildung beispielhaft bei verschiedenen direkteinspritzenden Kolben- Verbrennungs-motoren mathematisch beschriebenThe mixture formation will be described mathematically below by way of example in various direct-injection piston-type internal combustion engines
Das Gemischverhaltnis λ beim Kolben-Verbrennungsmotor wird bestimmt durch die Luft- und die Kraftstoffmasse im Zylinder Gunstig ist daher die Betrachtung der Gemischbildung als Schnittpunkt zweier Pfade, des Luft- und des Kraftstoffpfades Zunächst soll das Ansaugverhalten, der sog. Luftpfad beschrieben werden: Der Motor saugt bei offenen Einlaßventilen und Hinunterlaufen des Kolbens Frischluft aus dem Saugrohr an. Infolge des sogenannten choked-flow-Effektes kann die Einströmgeschwindigkeit der Luft durch die Einlaßventile in die Zylinder maximal Schallgeschwindigkeit erreichen. Dadurch kann während der mit zunehmender Drehzahl kürzer werdenden Ansaugtakte kein vollständiger Druckausgleich zwischen Saugrohr und Zylinder erfolgen; der Zylinder enthält also weniger Luftmasse als bei dem thermodynamischen Saugrohrzustand entsprechend seinem Volumen möglich wäre. Vor diesem Hintergrund kann das Saugverhalten des Motors mathematisch als eine Pumpe mit nichtlinearem Wirkungsgrad beschrieben werden, die pro Ansaugtakt in den Zylinder gelangte Luftmasse (m t) ergibt sich zuThe mixture ratio λ in the piston internal combustion engine is determined by the air and the fuel mass in the cylinder Therefore, consideration of the mixture formation is favorable as the intersection of two paths, the air and the fuel path First, the intake behavior, the so-called air path to be described: The engine sucks in open intake valves and running down the piston fresh air from the intake manifold. As a result of the so-called choked-flow effect, the inflow velocity of the air through the intake valves into the cylinders can reach maximum speed of sound. As a result, during the shorter with increasing speed intake stroke no complete pressure equalization between the intake manifold and cylinder; The cylinder thus contains less air mass than would be possible according to its volume in the thermodynamic Saugrohrzustand. Against this background, the suction behavior of the engine can be described mathematically as a pump with non-linear efficiency, the air mass (m t ) that has entered the cylinder per intake stroke results
m * = JO ~r (2)m * = JO ~ r (2)
mit:With:
Tm = Temperatur der Luftmasse pm = Druck der LuftmasseT m = temperature of the air mass p m = pressure of the air mass
VD = Hubvolumen eines ZylindersV D = stroke volume of a cylinder
Der dimensionslose Wirkungsgrad "volumetrische Effizienz" ηvol ist bei Motoren mit Drosselklappe (Ottomotor, konventionell, Sauger oder Turbo) nichtlinear abhängig vom Saugrohrdruck und der Drehzahl des Motors (welche die Zeitdauer des Ansaugtaktes bestimmt), alsoThe dimensionless efficiency "volumetric efficiency" η vol is non-linearly dependent on the intake manifold pressure and the speed of the engine (which determines the duration of the intake stroke) in engines with throttle valve (gasoline engine, conventional, suction or turbo), ie
rjvol = ηvol(pm, n) oder ηvoι = τlVo,(P^ », <xa ) (4) oder lvoι = rlVo>(Pmι fl, a (5) falls der Motor mit einer um a s verstellbaren Nockenwelle oder mit einem Schaltsaugrohr (asr) (d h einem in der wirksamen Lange verstellbaren Saugrohr) ausgerüstet istrj vol = η vol (p m , n) or η voι = τ l Vo , (P ^ », <x a ) (4) or l vo ι = r l V o> (P m ι fl, a ( 5 ) if the engine is equipped with a camshaft adjustable by a s or with a variable intake manifold (a sr ) (ie an intake manifold adjustable in the effective length)
Werden die Einlaßventile unabhängig von einer Nockenwelle angetrieben, das heißt, die Laststeuerung geschieht z B über das Tastverhaltnis aa der Einlaßventiloffnung, so wird die volumetrische Effizienz bestimmt durch eben dieses Tastverhaltnis und die Drehzahl, alsoIf the intake valves are driven independently of a camshaft, that is, the load control happens z B on the duty cycle a a of the intake valve, so the volumetric efficiency is determined by just this duty cycle and the speed, ie
rjval = ηvol{aa, n) (6)rj val = η vol {a a , n) (6)
Nach Gleichung 2 wird die nach dem Ansaugtakt im Zylinder befindliche Luftmasse auch bestimmt durch den Druck und die Temperatur im Saugrohr Ist der Motor nicht mit einer Drosselklappe ausgerüstet, so entsprechen diese thermodynamischen Zustande denen der Umgebung, es kann davon ausgegangen werden, daß diese nur langsam schwanken, mit einer Adaption kann auf die Messung beider Großen verzichtet werden Wird der Verbrennungsmotor dagegen gedrosselt betrieben, so sind beide Großen schnell veränderlich, dann können z B außerdem Druck und ggf Temperatur im Saugrohr gemessen werden, um die Luftmasse in den Zylinder zu bestimmen Für die pro Arbeitsspiel in den Brennraum eingesaugte Luftmasse ergibt sich also die nichtlineare AbhängigkeitAccording to equation 2, the air mass in the cylinder after the intake stroke is also determined by the pressure and the temperature in the intake manifold. If the engine is not equipped with a throttle, these thermodynamic conditions correspond to those of the environment, it can be assumed that these are only slow vary, with an adaptation can be dispensed with the measurement of both large If the internal combustion engine, however throttled operated, both large variables are rapidly variable, then z B also pressure and possibly temperature in the intake manifold can be measured to determine the air mass in the cylinder the air mass sucked into the combustion chamber per working cycle thus results in the non-linear dependency
Figure imgf000009_0001
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mit der volumetrischen Effizienz in Abhängigkeit von Saugrohrdruck und Drehzahl oder Tastverhaltnis und Drehzahl Bei Schaltsaugrohren oder variablerwith volumetric efficiency as a function of intake manifold pressure and speed or duty ratio and speed For variable intake manifolds or variable speed
Nockenwellensteurungen tritt zudem noch die Abhängigkeit der volumetrischen Effizienz von diesen Steuergroßen aufCamshaft Steurungen also occurs the dependence of the volumetric efficiency of these control variables
Im folgenden wird die Kraftstoffeinspritzung, der sog Kraftstoffpfad beschrieben Analog zum Ansaugverhalten kann die Kraftstoffeinspritzung mittels eines Wirkungsgrades beschrieben werden Würde ideales tragheitsloses Offnen und Schließen der Einspritzventile und stets gleichbleibender Benzinversorgungsdruck angenommen, so würde sich die pro Arbeitsspiel in den Zylinder eingespritzte Kraftstoffmasse beim Tastverhältnis af berechnen zuIn the following, the fuel injection, the so-called fuel path is described. Analogously to the intake behavior, the fuel injection by means of a If ideal inertial opening and closing of the injection valves and constant gasoline supply pressure were assumed, then the fuel mass injected into the cylinder per cycle would be calculated at the duty factor a f
fcyl = K.af (8)fcy l = Ka f (8)
mit einer Konstanten K , bestimmt durch Ventiloffnungsquerschnitt undwith a constant K, determined by Ventiloffnungsquerschnitt and
Kraftstoffversorgungsdruck Durch die Dynamik der Ventilnadeln und einen geringen Versorgungsdruckverlust vor den Ventilen wird jedoch auch hier zur Beschreibung einFuel supply pressure However, the dynamics of the valve needles and a low supply pressure loss in front of the valves are also a description here
Wirkungsgrad ηf eingeführt werden. Dieser Wirkungsgrad hangt nichtlinear von derEfficiency η f are introduced. This efficiency depends nonlinearly on the
Öff ungsdauer ab, also vom Tastverhältnis der Einspritzventile y und derOff duration from, ie the duty cycle of the injectors y and the
Ansteuerfrequenz \ln. Damit ergibt sich die nichtlineare AbhängigkeitDrive frequency \ ln. This results in the non-linear dependence
NLf = mfcvl = η} (a} ,n)Ka , (9)NL f = m fcvl = η } (a } , n) Ka, (9)
für die pro Arbeitsspiel in den Zylinder eingespritzte Kraftstoffmassefor the fuel mass injected into the cylinder per working cycle
Nach Gleichung 1 und den obenstehenden Ableitungen zum Luftpfad und dem Kraftstoffpfad ist das Gemischverhältnis (die Luftzahl λ) somit bestimmt zuAccording to Equation 1 and the above derivations for the air path and the fuel path, the mixture ratio (the air ratio λ) is thus determined to be
ι = m^ = J* - (io)ι = m ^ = J * - (io)
14.7m fcyl Kλ NLJ 14.7m fcyl K λ NL J
In Fig. l wird dieser Zusammenhang beispielhaft für einen Kolben- Verbrennungsmotor mit konventioneller Einlaßventilsteuerung verdeutlicht Und zwar zeigt Fig 1 einen „Signalflußplan" für die Bildung des Gemischverhaltnis bei direkteinspritzenden Kolben- Verbrennungsmotoren mit konventioneller Einlaßventilsteuerung Die zusatzliche (dünn eingezeichnete) Abhängigkeit ηvol = /(., . , c ) gilt für Motoren mit variabler Nockenwelle (Otto- und Dieselmotoren) Dabei gilt beispielsweise für einen freisaugenden Dieselmotor pm « p0 (/?0 =Umgebungsdruck) oder für einen gedrosselten Ottomotor pm < p0 Bei Turbomotoren kann der Saugrohrdruck auch den Umgebungsluftdruck überschreiten Ist der betrachtete Kolben-Verbrennungsmotor statt mit einer konventionellenen Einlaßventilsteuerung mit unabhängig angetriebenen Einlaßventilen ausgerüstet, so hangt die volumetrische Effizienz z B vom Tastverhaltnis aa und der Drehzahl n ab Die Laststeuerung kann dann durch Variation des Tastverhältnisses geschehen, der Motor saugt ungedrosselt an Das Gemischverhaltnis wird dann z.B gemäß der Veranschaulichung der Fig 2 gebildet, die einen „Signalflußplan" für die Bildung des Gemischverhaltnis bei direkteinspritzenden Kolben- Verbrennungsmotoren mit nockenwellenloser Einlaßventilsteuerung zeigtIn Fig. L, this relationship is exemplified for a piston internal combustion engine with conventional intake valve control, and although Fig. 1 shows a "Signalflußplan" for the formation of the mixture ratio in direct injection piston internal combustion engines with conventional intake valve control The additional (thin drawn) dependency η vol = / (.,., c ) applies to engines with variable camshaft (gasoline and diesel engines) Here, for example, applies for a freischaugenden diesel engine p m «p 0 (/? 0 = ambient pressure) or for a throttled Otto engine p m <p 0 In turbo engines, the intake manifold pressure may also exceed the ambient air pressure. If the piston engine in question is equipped with independently driven intake valves instead of a conventional intake valve control, the volumetric efficiency z B depends on the duty cycle a a and the engine speed n can then be done by varying the duty cycle, the engine sucks unthrottled The Gemischverhaltnis is then formed, for example, according to the illustration of Figure 2, which shows a "Signalflußplan" for the formation of the mixture ratio in direct injection internal combustion piston engine with camshaft inlet valve control
Beim Betrieb des Verbrennungsmotors besteht nun allgemein die Aufgabe, durch eine Steuerung bzw Regelung ein gewünschtes Gemischverhaltnis einzustellen Dieses Gemischverhaltnis ist bestimmt aus dem Quotient von Luft- und Kraftstoffmasse im Zylinder Sowohl Luft- als auch Kraftstoffmasse im Zylinder sind nicht meßbar und auch nicht ohne großen Aufwand (z B durch Kalibrierung, Zeitvarianz) durch Variation der Steuergroßen pm oder aa und af einstellbar Jedoch ist die angesaugte Luftmasse oder die eingespritzte Kraftstoffmasse - bei dem hier beispielhaft naher erläutertenDuring operation of the internal combustion engine, there is now generally the task of setting a desired mixture ratio by means of a control or regulation. This mixture ratio is determined from the quotient of air and fuel mass in the cylinder. Both air and fuel mass in the cylinder are not measurable and not without great effort (eg by calibration, time variance) can be set by varying the control variables p m or a a and a f. However, the intake air mass or the injected fuel mass is - in the example explained here in more detail
Direkteinspritzer - immer gleich für gleiche Steuergroßen bei gleichenDirect injection - always the same for the same size control
Motorbetriebspunkten, wenn die Zeitvarianz infolge von Alterung oder z B langsamen Zusetzen eines Ventils vernachlässigt wird Sowohl
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und NLj sind also hier statische (ggf zeitvariante) Nichtlinearitaten und nur durch eine aufwendige Kalibrierung bestimmbar Das Gemischverhaltnis kann gemessen werden, neuartige Verfahren beruhen auf der Interpretation des Ionisierungstromes bei der elektrischen Funkenzundung (beim Ottomotor), konventionell jedoch ist die Messung mittels schneller schaltender Lambda-Sonde Der Messung mittels einer Lambda-Sonde (z B Breitband-Lambda-Sonde oder Sonde mit sprungformigem Verlauf der Sondenspannung bei λ=l) im Auspuffkrummer (sog Hosenrohr) geht jedoch eine durch das verbrennungsmotorische Arbeitsverfahren bedingte drehzahlabhangige Totzeit voraus
Engine operating points when the time variance is neglected as a result of aging or slow clogging of a valve Both
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and NL j are here static (possibly time-variant) nonlinearities and determinable only by a complex calibration The mixture ratio can be measured, novel methods are based on the interpretation of the ionization current in the electric spark ignition (gasoline engine), but conventionally, the measurement by means of faster switching Lambda probe The measurement by means of a lambda probe (eg wideband lambda probe or probe with a jump in the probe voltage at λ = 1) in the exhaust manifold (so-called bifurcated pipe) is, however, preceded by a speed-dependent dead time due to the internal combustion engine operation
Aus den obigen Erläuterungen wird klar, daß die für erfindungsgemaße Verfahren vermittelte Abbildung von der Luftmassengroße (Eingangsgroße) auf die Kraftstoffrnengengroße (Ausgangsgroße) zwei nicht genau vorherbestimmbare nichtlineare Funktionen umfaßt, nämlich die des Luft- und des Kraftstofϊpfades Zur Vereinfachung wurde dabei beispielhaft auf direkteinspritzende Motoren Bezug genommen Wie unten naher erläutert wird, ist das erfindungsgemaße Verfahren auch auf nicht direkteinspritzende Motoren anwendbar, die einen sog. Kraftstoffspeichereffekt aufweisen.From the above explanations, it will be understood that the mapping given for inventive methods is from the mass air mass (input size) to the size of the fuel For reasons of simplification, reference was made here, by way of example, to direct-injection engines. As will be explained in more detail below, the method according to the invention can also be applied to non-direct-injection engines which have a so-called "direct injection" engine. Have fuel storage effect.
Erfindungsgemäß wird die a priori nicht genau bekannte Abbildung nicht - wie im Stand der Technik - durch eine Regelung vermittelt, sondern durch eine lernende Steuerung Das Lernen kann im laufenden Betrieb erfolgen, bei dem die verschiedenen, in der Praxis vorkommenden Betriebspunkte (ein solcher kann z B ein Tupel eines Drehzahlwerts und eines Saugrohrdruckwerts sein) durchlaufen werden Das erfindungsgemaße Verfahren wird hierbei in jedem relevanten, d h erreichbaren Betriebspunkt durchgeführt Nachdem alle Betriebspunkte mehrmals durchlaufen worden sind - was im Normalbetrieb i a relativ schnell erzielt wird - ist die Gesamtabbildung für alle möglichen Werte der Eingangsgroße gelerntAccording to the a priori not exactly known mapping is not - as in the prior art - mediated by a control, but by a learning control The learning can be done during operation, in which the various occurring in practice operating points (such may, for The method according to the invention is carried out in each relevant, ie achievable, operating point. After all the operating points have been run through several times-which is generally achieved relatively quickly in normal operation-the overall figure for all possible values is .PHI Input size learned
Nach dem Anlernen liefert die Steuerung dann im laufenden Betrieb instantan - d h ohne jede Regelverzogerung - mit hoher Genauigkeit den richtigen Wert der Ausgangsgroße, und zwar auch nach einer Änderung des Betriebspunkts Vorteilhaft wird der Lernprozeß laufend weiter ausgeführt, um eine laufende Adaption an Störgrößen zu ermöglichen, welche nicht als Eingangsgrößen erfaßt werden Hierbei kann es sich zum Beispiel um verschleißbedingte Änderungen, Änderungen der Ansauglufttemperatur, der Kuhlwassertemperatur, des äußeren Luftdrucks, des Sauerstoffgehalts der Luft etc handelnAfter learning, the controller then delivers instantaneously - ie without any control delay - the correct value of the output variable with high accuracy, even after a change of the operating point. Advantageously, the learning process continues to be carried out in order to enable an ongoing adaptation to disturbance variables These may be, for example, wear-related changes, changes in the intake air temperature, the coolant water temperature, the external air pressure, the oxygen content of the air, etc.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Lage, nach dem Lernen der Abbildung das Anfahren neuer Betriebspunkte ohne jegliche λ-Deviation sicherzustellen Bei herkömmlichen Regelungsansatzen tritt im Gegensatz dazu immer eine Regeldifferenz auf, die dann beispielsweise durch einen integrierenden Anteil im Regler solange zu einer Steuergroße aufintegriert wird, bis die Differenz zu null geworden istThe inventive method is able to ensure the start of new operating points without any λ-deviation after learning the image conventional control approaches always occurs in contrast to a control difference, which is then integrated, for example, by an integrating portion in the controller as long as a control until the difference has become zero
Die Erfindung hat damit folgende Vorteile aufgrund der Selbstadaption der Abbildungsinformation verringern sich die Anforderungen an die Genauigkeit, mit der die Abbildungsinformation für das Gemischsteuerungskennfeld vorbekannt sein muß Dies reduziert den Aufwand für die Entwicklung einer Motorsteuerung und die Serienentwicklung betrachtlich, das erfindungsgemaße Steuerverfahren ist robust gegenüber Serienstreuungen und zeitlich veränderlichen Störgrößen, der gewünschte Lambdawert wird nicht nur im stationären Betrieb, sondern auch nach einem Wechsel des Betriebszustands (Drehzahl- und/oder Lastanderungen desThe invention thus has the following advantages. Due to the self-adaptation of the image information, the accuracy requirements with which the image information for the image is reduced are reduced This reduces the effort for the development of a motor control and series development considerably, the control method according to the invention is robust with respect to series variations and time-varying disturbances, the desired lambda value is not only in steady-state operation, but also after a change of operating state (rotational speed). and / or load changes of
Motors) ohne Zeitverzόgerung mit großer Genauigkeit eingehalten, insgesamt ergeben sich damit geringere Abgasemissionen sowie ein geringererMotors) maintained without time delay with great accuracy, overall resulting in lower exhaust emissions and a lesser
Kraftstoffverbrauchfuel consumption
Die Erfindung leistet damit einen Beitrag zum Umweltschutz und zum schonenden Umgang mit den begrenzt vorhandenen RessourcenThe invention thus contributes to the protection of the environment and the careful use of limited resources
Die Erfindung laßt sich im übrigen auch im Rahmen einer Fehlerdiagnose im laufenden Betrieb einsetzen Falls namlich der Grad der erforderlichen Adaption den hinsichtlich üblicher Serienstreuung und Storgroßeneinflusse übersteigt, laßt sich hieraus auf Fehlerzustande schließen, etwa auf unzulässig hohen Verschleiß oder einen Defekt Durch entsprechende Auswertung des Adaptionsgrads, etwa durch ein Fahrzeugdiagnosesystem, lassen sich im laufenden Betrieb Motorschaden oder Teilausfalle frühzeit -iΌg erkennenIncidentally, the invention can also be used in the course of a fault diagnosis during operation. If the degree of adaptation required exceeds that of conventional series scattering and interference, let it be concluded that the condition is inaccurate, such as inadmissibly high wear or a defect due to appropriate evaluation of the degree of adaptation , for example, by a vehicle diagnostic system, engine failure or partial failure early -iΌg recognize during operation
Grundsatzlich kann das Verfahren so durchgeführt werden, daß eine oder mehrere der Verfahrensschritte a)-f) über mehrere Arbeitsspiele oder Takte eines Zylinders gemittelt durchgeführt werden. Bei einem Mehrzylindermotor mit z B einem gemeinsamen Saugrohr und/oder einer gemeinsamen Lambdasonde tragen dann zu den in den Schntten a) und/oder d) gemessenen Großen aufgrund der Mittelung mehrere Zylinder und ggf mehrere Arbeitsspiele bei Bevorzugt wird das Verfahren jedoch im Takt mit den Arbeitsspielen der einzelnen Zylinder durchgeführt (Anspruch 2), d h , die Abfolge der Verfahrensschritte a)-f) wird im Rahmen eines einzelnen Arbeitstaktes eines einzelnen Zylinders jeweils einmal durchgeführt Demnach erfolgt beispielsweise die Messung im Schritt a) wahrend des Ansaugtaktes eines Zylinders Im Schritt b) wird die zuzuführende Kraftstoffmenge auf der Grundlage dieser Messung (und ggf vorausgehender Messungen, näheres hierzu folgt unten) ermittelt Das Zuführen der Kraftstoffmenge im Schntt c) erfolgt dann z B in dem unmittelbar folgenden Kompressionstakt desselben Zylinders, d h im selben Arbeitsspiel wie Schritt a) bezogen auf denselben Zylinder Die folgenden Schπtte d)-f) werden i a aufgrund von Totzeiteffekten verzögert durchgeführt, sie werden jedoch dem Arbeitsspiel der Schritte a)-c) und dem zugehongen Zylinder zugeordnet Grundsatzlich ist es möglich, das Verfahren nicht in jedem Arbeitsspiel, sondern z B nur in jedem zweiten, dritten, usw Spiel durchzuführen Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Ausgestaltung, bei der das Verfahren mit den Schritten a)-f) bei jedem Arbeitsspiel jedes Zylinders einmal abgearbeitet wirdIn principle, the method can be carried out such that one or more of the method steps a) -f) are carried out averaged over several cycles or cycles of a cylinder. In a multi-cylinder engine with z B a common intake manifold and / or a common lambda probe then contribute to the measured in the cuts a) and / or d) due to the averaging several cylinders and possibly more cycles at preferred, the method is in time with the Working cycles of the individual cylinders carried out (claim 2), ie, the sequence of process steps a) -f) is carried out once in the context of a single stroke of a single cylinder Accordingly, for example, the measurement in step a) takes place during the intake stroke of a cylinder in step b ), the amount of fuel to be supplied on the basis of this measurement (and possibly previous measurements, more details below) is determined The supply of fuel in Schntt c) is then z B in the Immediately following compression stroke of the same cylinder, ie in the same cycle as step a) based on the same cylinder The following Schπtte d) -f) are generally carried out delayed due to dead time effects, but they are the cycle of steps a) -c) and the associated cylinder In principle, it is possible to perform the method not in each working cycle, but only in every second, third, etc. game, for example. Particularly advantageous, however, is an embodiment in which the method with the steps a) -f) is performed at each working cycle of each cylinder once processed
Der am meisten verbreitete Ottomotor ist ein gedrosselter Motor, welcher üblicherweise durch Verstellen einer vor einem Saugrohr angeordneten Drosselklappe gesteuert wird Bei einem solchen Motor ist die Eingangsgroße oder - bei mehreren Eingangsgroßen - eine der Eingangsgroßen vorteilhaft der Druck im Saugrohr (Anspruch 3) Dieser Druck bestimmt namlich wesentlich die Zylinderfüllung Es kann sich um einen Motor mit oder ohne Aufladung handeln Bei einem aufgeladenen Motor (z B einem Turbo- oder Kompressormotor) kann der Druck im Saugrohr zeitweise oder dauernd über dem Atmospharendruck liegenThe most common gasoline engine is a throttled engine, which is usually controlled by adjusting a throttle valve disposed in front of a suction pipe in such a motor, the input size or - for several input variables - one of the input variables advantageously the pressure in the intake manifold (claim 3) determines this pressure The cylinder filling may be an engine with or without turbocharging. In the case of a turbocharged engine (eg turbo or supercharged engine), the pressure in the intake manifold may be temporarily or permanently above atmospheric pressure
Manche Motorkonstruktionen machen sich die Dynamik der angesaugten Luft für eine Aufladung zunutze Bei manchen dieser Konstruktionen ist das Ansaugsystem veränderlich ausgebildet, um die dynamische Aufladung verschiedenen Betnebsbedmgungen anpassen zu können (vgl Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, Bosch, 1991, S 373, "Schalt- Ansaugsysteme") Beispielsweise kann die wirksame Saugrohrlange verstellt werden, um akustische Phänomene zur Fullungssteigerung zu nutzen (Stichwort Resonanzaufladung) Bei diesen Systemen ist vorteilhaft eine die Momentanstellung des Ansaugsystems charakterisierende Große (z B die effektive Saugrohrlange), die Eingangsgroße bzw eine der Eingangsgroßen (Anspruch 4)Some engine designs make use of the dynamics of the intake air for a charge In some of these constructions, the intake system is designed to adapt the dynamic charging various Betnebsbedmgungen (see Automotive Handbook, Bosch, 1991, S 373, "switching intake systems") For example, the effective Saugrohrlange can be adjusted to use acoustic phenomena to increase the filling (keyword resonance charging) In these systems is advantageous a characterizing the instantaneous position of the intake system large (z B the effective Saugrohrlange), the input size or one of the input variables (claim 4)
Eine Weiterbildung des Typs der gedrosselten Motoren weist eine Einlaßvenülsteuerung mit verstellbaren Ventilsteuerzeiten auf Beispielsweise kann durch eine Nockenwellenverstellung eine Verschiebung der Offhungs- und Schließzeit und/oder eine Veränderung der Ofϊhungsdauer erzielt werden (siehe Kraftfahrtechnisches Taschenbuch a a O S 370) In diesem Fall sind vorteilhaft ein oder mehrere Ventilsteuerzeitparameter (z B Nockenwellenverdrehung und/oder Axialverschiebung) die Eingangsgroße bzw eine der Eingangsgroßen (Anspruch 5)For example, can be achieved by a camshaft adjustment, a shift of the opening and closing time and / or a change in the Anϊhungsdauer (see Automotive Handbook aa OS 370) In this case, are advantageous or a several valve timing parameters (eg Camshaft rotation and / or axial displacement), the input size or one of the input variables (claim 5)
Ein anderer Motortyp, der zukunftig große Bedeutung erlangen konnte, weist frei betatigbare (z B elektromagnetisch betatigbare) Einlaßventile auf Ein solcher Motor braucht keine Drosselung mehr aufzuweisen, er kann vor den Einlaßventilen mit Atmospharendruck beaufschlagt sein, da die Ventile aufgrund der freien Wählbarkeit der Offhungs- und Schließzeiten vollständig die Leistungssteuerung des Motors übernehmen können Vorteilhaft ist das Tastverhaltnis und/oder die Schließ- und/oder Öffnungszeit des Einlaßventils eine Eingangsgroße bzw eine der Eingangsgroßen (Anspruch 6) Das Tastverhaltnis ist die auf die Dauer des Einlaßtaktes oder des gesamten Arbeitsspiels bezogene OfϊhungsdauerAnother type of engine, which could be of great importance in the future, has freely operable (eg electromagnetically actuatable) intake valves. Such an engine does not need to be throttled; it may be pressurized with atmospheric pressure upstream of the intake valves since the valves are open due to the free selectability of the ports Advantageously, the duty cycle and / or the closing and / or opening time of the intake valve is an input size or one of the input variables (claim 6). The duty cycle is related to the duration of the intake cycle or the total cycle Ofϊhungsdauer
Oben wurde bereits erläutert, daß die in den Zylinder gelangende Luftmasse von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhangt Vorteilhaft ist daher die Drehzahl eine Eingangsgroße bzw eine der Eingangsgroßen (Anspruch 7)It has already been explained above that the air mass reaching into the cylinder depends on the rotational speed of the internal combustion engine. The rotational speed is therefore advantageously an input variable or one of the input variables (claim 7).
Wie oben bereits ausgeführt wurde, werden Otto-Motoren mit 3 -Wege-Katalysator üblicherweise mit einem konstanten Gemischverhaltnis von λ = 1 betπeben, Dieselmotoren hingegen mit einem variablen Soll-Gemischverhaltnis Das erfindungsgemaße Verfahren eignet sich mit einer einfachen Ergänzung auch für letztere Betnebsweise, und zwar dadurch, daß, dem Soll-Gemischverhaltnis die Rolle einer Eingangsgroße zugewiesen wird (Anspruch 8) Wahrend bei einem Otto-Motor der Eingangsgroßenraum z B zweidimensional ist (er wird etwa durch Saugrohrdruck und Drehzahl aufgespannt), kommt bei dieser Ausgestaltung für einem Dieselmotor als z B dritte Eingangsgroße das Soll-Gemischverhaltnis hinzu, so daß hier ein dreidimensionaler Eingangsgroßenraum aufgespannt wird (etwa durch Saugrohrdruck, Drehzahl und Soll-Gemischverhaltnis)As stated above, gasoline engines with 3-way catalyst usually betπeben with a constant mixture ratio of λ = 1, diesel engines, however, with a variable target mixture ratio The inventive method is suitable with a simple supplement for the latter Betnebsweise, and Although in the target mixture ratio the role of an input variable is assigned (claim 8) While in an Otto engine, the input large space z B is two-dimensional (it is clamped about by intake manifold pressure and speed), comes in this embodiment for a diesel engine as For example, third input variable adds the desired mixture ratio, so that here a three-dimensional input large space is clamped (for example by intake manifold pressure, rotational speed and target mixture ratio).
Bevorzugt erfolgt bei dem Verbrennungsmotor die Kraftstoffzuführ durch Einspritzen Vorteilhaft ist die die zuzuführende Kraftstoftmenge steuernde Ausgangsgroße dann eine oder mehrere der folgenden Großen Einspntzdauer, Tastverhaltnis der Einspritzventiloffhung, Einspritzdruck, Offhungsgrad des Einspritzventils (Anspruch 9) Mit dem Tastverhaltnis ist auch hier die Ofϊhungsdauer bezogen auf die Dauer eines Arbeitstakts oder eines Arbeitsspiels gemeint Der Offhungsgrad des Einspntzventils kann z B über den Hub der Ventilnadel gesteuert werdenPreferably, in the internal combustion engine, the fuel supply by injecting Advantageously, the output quantity controlling the amount of fuel to be supplied then one or more of the following Great Einspntzdauer, Tastverhaltnis Einspritzventiloffhung, injection pressure, degree of opening of the injection valve (claim 9) With the duty cycle is also the Ofϊhungsdauer related to the Duration of a work cycle or a working cycle The degree of opening of the Einspntzventils can be controlled z B on the stroke of the valve needle
Bei den heute am meisten verbreiteten Otto-Motoren erfolgt die Kraftstoffeinspritzung nicht direkt in die Zylinder, sondern in das ihnen vorgelagerte Saugrohr Der Kraftstoff benetzt hier zunächst die Saugrohrwand (sog. Wall-Wetting-Effect) und benotigt dann für den Übergang in die gasförmige Phase eine gewisse Zeit. Als Folge hiervon erreicht nur ein Teil der zu einem Arbeitstakt eingespritzten Kraftstofimenge in diesem Arbeitstakt den zugeordneten Zylinder Der übrige Teil wird erst später gasformig und wird daher bei spateren Arbeitstakten und - bei gemeinsamer Einspritzung für mehrere Zylinder - zum Teil in nicht zugeordneten Zylindern verbrannt Das erfindungsgemaße Verfahren ist besonders vorteilhaft bei einem Motor einsetzbar, der keinen derartigen Kraftstoffspeichereffekt aufweist da hier keine derartige Verzögerung berücksichtigt zu werden braucht (Anspruch 10) Insbesondere ist dies ein direkteinspritzender Motor Auch Motoren, bei denen die Einspritzung in eine Vor- oder Nebenkammer erfolgt, weisen keinen Kraftstoffspeichereffekt auf, sofern nach dem Verbrennungstakt praktisch kein Kraftstoff in der Vor- bzw Nebenkammer verbleibtIn today's most popular petrol engines, the fuel injection is not carried out directly in the cylinder, but in the suction pipe upstream them The fuel wets here first the suction tube wall (so-called wall-wetting effect) and then required for the transition to the gaseous phase a certain time. As a result, only a portion of the injected fuel to an operating cycle amount of fuel in this cycle the associated cylinder The remaining part is gaseous later and is therefore at later power strokes and - with common injection for several cylinders - partly burned in unallocated cylinders The invention Method is particularly advantageous in an engine used, which does not have such a fuel storage effect since no such delay needs to be considered here (claim 10) In particular, this is a direct-injection engine Even engines in which the injection takes place in a pre- or auxiliary chamber, have none Fuel storage effect, if after the combustion stroke practically no fuel in the pre- or secondary chamber remains
Das Fehlen eines Kraftstoffspeichereffekts erlaubt eine besonders einfache Ausgestaltung desThe absence of a fuel storage effect allows a particularly simple embodiment of the
Verfahrens, indem die Ermittlung der Ausgangsgroße/n im Schritt b) nur auf Großen beruht, die zum aktuell durchgeführten Arbeitstakt gehören - also insbesondere auf dem Ergebnis der im unmittelbar vorausgegangenen Schritt a) erfolgten Eingangsgroßenmessung (AnspruchMethod in which the determination of the output variable (s) in step b) is based only on variables which belong to the currently performed working cycle - that is to say in particular on the result of the input size measurement carried out in the immediately preceding step a)
H)H)
Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch vorteilhaft bei Verbrennungsmotoren mit Kraftstoffspeichereffekt einsetzbar Die bei einem bestimmten Arbeitstakt in einen Zylinder gelangende Kraftstoörnenge hangt hier i a auch von der bei vorausgegangenen Takten eingespritzten Kraftstofimenge ab Vorzugsweise werden daher bei einem solchen Motor auch Großen aus einem oder mehreren vorhergehenden Arbeitstakten in die Ermittlung der Ausgangsgroße/n im Schritt b) einbezogen (Anspruch 12) Hierbei kann es sich z B um die in diesen vorhergehenden Takten eingespritzten KraftstoffiTiengen handeln, die sich im aktuellen Takt noch auswirken Ihre Berücksichtigung erlaubt eine sehr genauere Steuerung der im aktuellen Takt einzuspritzenden Kraftstofϊmenge Vorteilhaft hat die gespeicherte Abbildungsinformation die Form eines Kennfeldes, welches die Ausgangsgroße/n direkt oder indirekt enthalt (Anspruch 13) Ein Kennfeld erhalt man beispielsweise, indem man den (i a mehrdimensionalen) Eingangsgroßenraum diskretisiert und jeder durch die Diskretisierung gebildeten Eingangsgroßenzelle eine Ausgangsgroße oder - bei einer mehrdimensionalen Abbildung - mehrere Ausgangsgroßen zuordnet Die Diskretisierung des Eingangsraums muß dabei nicht regelmäßig erfolgen, ebenso muß die Große der Eingangsgroßenzellen nicht konstant sein Das Lernen erfolgt hierbei so, daß im Schritt f) die gespeicherten Werte einer oder mehrerer benachbarter Eingangsgroßenzellen entsprechend einer festgestellten Abweichung so verstellt werden, daß bei einem zukunftigen Betrieb in der gleichen Eingangsgroßenzelle eine kleinere Abweichung auftrittThe method according to the invention can also be used advantageously in internal combustion engines with a fuel storage effect. The amount of fuel injected into a cylinder at a particular power stroke generally depends on the quantity of fuel injected during preceding cycles. Preferably, in such an engine, large quantities of one or more preceding power strokes are also possible The determination of the output variable (s) in step b) may be involved. This may be, for example, the fuel quantities injected in these preceding cycles, which still have an effect in the current cycle. Their consideration allows a very precise control of the injection rate in the current cycle Kraftstofϊmenge Advantageously, the stored image information is in the form of a map containing the output size directly or indirectly. (Claim 13) A map is obtained, for example, by discretizing the (generally multi-dimensional) input size space and providing each input size cell formed by the discretization an output size Assignment of several output variables The discretization of the input space does not have to be regular, likewise the size of the input cells must not be constant. Learning takes place in such a way that in step f) the stored values of one or more adjacent input cells corresponding to a detected deviation be adjusted that a smaller deviation occurs in a future operation in the same input large cell
Besonders bevorzugt erfolgt die Abbildung der Eingangsgroße/n auf die Ausgangsgroße/n sowie die Adaption der gespeicherten Abbildungsinformation durch einen Neuronales-Netz- Algorithmus (Anspruch 14) Infolge der Parallelisierung der Datenverarbeitung in sogenannten, das Netz bildenden Neuronen kann die Verwendung eines Neuronales-Netz- Algorithmus die Berechnungszeit der Ausgangsgroße auf Basis der gespeicherten Abbildungsinformation im Vergleich zu anderen Interpolationsverfahren (z B splines, lineare oder polynomiale Interpolation) bei Verwendung angepaßter hardware erheblich verkürzt werden Wahrend bei der Verwendung bekannter Interpolationsverfahren schon durch die Auswahl der Interpolation (eventuell gar nicht vorhandenes) Vorwissen über den zu approximierenden Zusammenhang angesetzt wird, kann ein Neuronales Netz ganzlich ohne diese Vorwissen auskommen Insbesondere sind Neuronale Netze durch ihren Auswerte- und Adaptionsalgorithmus für das vorliegende lernfahige Verfahren sehr vorteilhaft einsetzbarParticularly preferred is the mapping of the input size / s to the output size / s and the adaptation of the stored image information by a neural network algorithm (claim 14). Due to the parallelization of the data processing in so-called neurons forming the network, the use of a neural network - Algorithm the calculation time of the output size based on the stored image information compared to other interpolation methods (eg splines, linear or polynomial interpolation) significantly shortened using matched hardware While using known interpolation already by selecting the interpolation (possibly nonexistent Given that prior knowledge of the relationship to be approximated is assumed, a neural network can do without any prior knowledge. In particular, neural networks are suitable for the present adaptive method due to their evaluation and adaptation algorithm can be used very advantageously
Gemäß dieser bevorzugten Ausgestaltung wird also ein Neuronales Netz NN so angesetzt, daß die Steuergroße des Luftpfades (z B der Saugrohrdruck) auf die Steuergroße des Kraftstoffpfades solchermaßen abgebildet wird, um so ein gewünschtes Gemischverhaltnis zu erreichen Die Steuergroße des Luftpfades wird auch aus historischer Sicht als die Steuergroße betrachtet, mit der der Fahrer die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors beeinflußt Das lernfahige Neuronale Netz NN soll dabei in Abhängigkeit von der fahrerbeeinflußten Steuergroße für den Luftpfad und ggf vom Motorbetriebszustand (z B Drehzahl) die Steuergroße, hier z B αy für denThus, according to this preferred embodiment, a neural network NN is set so as to map the control path of the air path (eg, intake manifold pressure) to the control path of the fuel path so as to achieve a desired mixture ratio. The control path of the air path is also considered from a historical point of view considered the control size, with which the driver affects the power output of the internal combustion engine The adaptive neural network NN is intended depending on the driver-influenced control size for the air path and possibly from Engine operating state (eg speed) the control size, here z B α y for the
Kraftstoffpfad ausgeben Der Ausgang des Neuronalen Netzes entspricht also z B dem Tastverhaltnis der Einspritzventile af , der Eingangsraum des Neuronalen Netzes NN besteht in diesem Beispiel aus Saugrohrdruck pm und Motordrehzahl n, wir schreiben alsoOutput fuel path The output of the neural network thus corresponds to the duty cycle of the injection valves a f , the input space of the neural network NN consists in this example of intake manifold pressure p m and engine speed n, so we write
af = NN(pm,n) (11)a f = N N (p m , n) (11)
Das Ziel der Steuerung ist, für jeden Betriebspunkt ein gewünschtes Kraftstoff-Luft- Verhältnis mitThe aim of the control is to have a desired air-fuel ratio for each operating point
m λ acvl (12)m λ acvl (12)
KXmj yl K X m y yl
zu erreichen Im weiteren vernachlässigen wir den konstanten Faktor KA Mit dem Neuronalen Netz NN als Steuerung nach at = et f (/>„,,//) = NN(pm,ή) kann vorstehende Gleichung also alsIn addition, we neglect the constant factor K A. With the neural network NN as control according to a t = et f (/>",, //) = NN (p m , ή ), the above equation can be considered as
λ
Figure imgf000018_0001
λ
Figure imgf000018_0001
geschrieben werden Soll ein bestimmtes Gemischverhaltnis λ oll erreicht werden, so muß im Neuronalen Netz NN eine Abbildung gelernt werden, so daß mac l = λ∞nmfcvl gilt, alsoIf a certain mixture ratio λ oll is to be achieved, an image must be learned in the neural network NN such that m ac l = λ ∞n m fcvl , ie
NLa (Pm,n) = λsollNLf [NN
Figure imgf000018_0002
(14)
NL a ( Pm , n) = λ should NL f [NN
Figure imgf000018_0002
(14)
Vorteilhaft wird hierbei die Ausgangsgroße durch Verknüpfung eines die abgespeicherte Abbildungsinformation repräsentierenden Stutzwertevektors und eines von der/den Ein¬ gangsgroße/n abhangigen Aktivierungsvektors gebildet (Anspruch 15) Diese Verknüpfung ist vorzugsweise linear, und hat insbesondere die Form eines Skalarprodukts oder - bei mehrdimensionaler Ausgangsgroße - eines Vektor-Matnx-Produkts (Anspruch 16) Gemäß obigem Bespiel erhalt man dann die Steuergroße af mitThe output quantity is advantageous in this case by linking a the stored mapping information representing Stutz value vector and one of the / the A large gear ¬ / n dependent activation vector formed (claim 15) This linkage is preferably linear, and has in particular the form of a dot product or - in the case of multidimensional output size - of a vector Matnx product (claim 16). According to the example above, one then obtains the control quantity a f
af (Pm,n) = ® A(pm,tή , (15)a f (P m , n) = A A (p m , t ή, (15)
wobei Θ der Stutzwertevektor und A(pm,n) der Aktivierungsvektor istwhere Θ is the trimming value vector and A (p m , n) is the activation vector
Es ist vorteilhaft, daß der Aktivierungsvektor normiert ist und nur vom Abstand der Eingangsgroße/n zu den Stutzstellen abhangt, die der Vektordarstellung zugrunde liegen (Anspruch 17) Die Normierungsbedingung lautet z BIt is advantageous that the activation vector is normalized and depends only on the distance of the input size / s to the support points on which the vector representation is based (claim 17). The standardization condition is z B
A(x)τ \ = l , (16) d h die Summe aller Komponenten des Aktivierungsvektors ist stets gleich einsA (x) τ \ = l, (16) ie the sum of all components of the activation vector is always equal to one
Die Abhängigkeit des Aktivierungsvektors A nur vom Abstand der Eingangsgroße/n zu den Stutzstellen laßt sich dadurch ausdrucken, daß seine Komponenten At nur von einer Variablen abhangt, die dem Abstand zu der zur betrachteten Stutzstelle gehörenden Komponente entsprichtThe dependence of the activation vector A only on the distance of the input variable (s) to the support points can be expressed by the fact that its components A t depend only on a variable which corresponds to the distance to the component belonging to the considered support point
4 = 4 (4 ) (17) 4 = 4 ( 4 ) (17)
mit den Abstandenwith the distances
d, = || - , || (18)d, = || -, || (18)
wobei ςt die Stutzstellen, d h die Orte der Neuronen im Eingangsraum sindwhere ς t are the bottlenecks, ie the locations of the neurons in the input space
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der die Abbildung der Eingangsgroße/n auf die Ausgangsgroße/n im wesentlichen lokal ist (Anspruch 18) Dies bedeutet, daß bei einem bestimmten Wert der Eingangsgroße/n im wesentlichen nur derjenige/diejenigen Stutzwert e zu der Abbildung auf die Ausgangsgroße/n beitragen, die in unmittelbarer Nachbarschaft zu der/den Eingangsgroße/n liegt/liegen Dies wird vorteilhaft dadurch realisiert, daß nur diejenige n Komponente/n des Aktivierungsvektors nennenswert große Werte erhalt/erhalten, die im geringen Abstand zu der/den Eingangsgroße/n liegt/liegen, wahrend Komponenten in größerem Abstand vernachlassigbar klein sind oder verschwinden (Anspruch 19)Particularly advantageous is an embodiment in which the mapping of the input variable (s) to the output variable (s) is substantially local (claim 18). This means that for a given value of the input variable (s) substantially only the truncation value e contribute to the mapping to the output size (s) immediately adjacent to the input size (s). This is advantageously accomplished by having only the n component (s) of the activation vector obtains appreciably large values at close range to the input / s lie / lie, while components are negligibly small or disappear at a greater distance (claim 19)
Besonders vorteilhaft hangen die Komponenten des Aktivierungsvektors vom Abstand der Eingangsgroße/n zu der zugehörigen Stutzstelle gemäß einer Zentrumsfunktion ab (Anspruch 20) Beispiele für vorteilhafte Zentrumsfunktionen sindParticularly advantageously, the components of the activation vector depend on the distance of the input variable (s) to the associated nozzle location according to a center function (claim 20), examples of advantageous center functions
~ -~ -
A, ~ e σ ' oder A^ , wobei σ ein (ggf variabler) Breitenparameter ist l + σ - d;A, ~ e σ ' or A ^ , where σ is a (possibly variable) width parameter l + σ - d;
Grundsatzlich braucht die "Reichweite" des Lernens nicht mit der derjenigen der Abbildung übereinstimmen So ist es z B möglich, den Lemvorgang lokal zu gestalten (d h bei einer Abweichung nur Stutzwertkomponenten in der Nahe der Abweichungsstelle zu adaptieren), hingegen die Abbildung nichtlokal durchzuführen (d h in die Abbildungsoperation auch Stutzwertkomponenten einzubeziehen, die weiter entfernt von dem abzubildenden Eingangswert liegen) Vorteilhaft werden jedoch beide Reichweiten im wesentlichen gleich gewählt, d h die Adaption der Abbildungsinformation erfolgt im wesentlichen in dem gleichen Bereich des Abstands von einer Abweichungsstelle, der auch in die Abbildung einer an dieser Stelle liegenden Eingangsgroße auf die Ausgangsgroße einbezogen wird (Anspruch 21)In principle, the "range" of learning does not have to match that of the figure. For example, it is possible to design the learning process locally (ie to adapt only sample value components in the vicinity of the deviation point), but to perform the mapping non-local (ie Advantageously, however, both ranges are chosen to be substantially the same, ie the adaptation of the image information takes place essentially in the same range of the distance from a deviation point, which is also reflected in the image of a is included at this point input size to the output size (claim 21)
Vorteilhaft erfolgt die Adaption der Abbildungsinformation im wesentlichen lokal zur Abweichungsstelle (Anspruch 22) Dies laßt sich z B durchAdvantageously, the adaptation of the image information is carried out substantially locally to the deviation point (claim 22). This is let through, for example
Δ —Θl ' Pm « « Δ —Θ (19)Δ -Θl 'Pm «« Δ -Θ (19)
ausdrucken, wobei ΔΘ ein Stutzwertekorrekturvektor ist Besonders vorteilhaft erfolgt sowohl die Adaption als auch die Abbildung lokal und mit gleicher Reichweite Genauer erfolgt die Adaption der Abbildungsinformation vorzugsweise so, daß zu dem Stutzwertevektor ein Stutzwertekorrekturvektor addiert wird, welcher einer Verknüpfung des Abweichungswerts mit dem Aktivierungsvektor proportional ist (Anspruch 23) Bei der Verknüpfung handelt es sich insbesondere um das Produkt des Abweichungswerts mit dem Aktivierungsvektor Die Adaption erfolgt z.B gemäßwhere ΔΘ is a trimming value correction vector. Particularly advantageously, both the adaptation and the image occur locally and with the same range More precisely, the adaptation of the image information is preferably carried out by adding to the bleed value vector a bleed correction vector which is proportional to a combination of the deviation value with the activation vector. (Claim 23) The linkage is in particular the product of the deviation value with the activation vector Adaptation eg according to
Θ = ηe<J>m,r>)A(pm,n) (20)Θ = ηe <J> m , r>) A (p m , n) (20)
Der Faktor η in dieser Gleichung repräsentiert die Lernschrittweite Die Große e ist der gemessene Gemischfehler im Betriebspunkt, der zuThe factor η in this equation represents the learning step size. The large e is the measured mixture error at the operating point that corresponds to
Figure imgf000021_0001
Figure imgf000021_0001
als Abweichung vom hier als konstant angenommenen Sollwert definiert ist Bei Verwendung einer Breitband-lambdasonde kann auf die Große der Abweichung geschlossen werden, wahrend diese Information bei einer Lambda-Sonde mit sprungförmiger Kennlinie nur in Form einer Aussage „zu fett" oder „zu mager" vorliegt Bildlich gesprochen werden durch die Aktivierung (P„^ fl) die einzelnen Stutzwerte ausgesucht, welche nach der BeziehungWhen a broadband lambda probe is used, it is possible to deduce the magnitude of the deviation, whereas in the case of a lambda probe with an abrupt characteristic this information is only in the form of a statement "too rich" or "too lean". Actually speaking, by activation (P "^ fl ), the individual truncated values are selected, which depend on the relationship
Qneu = Qalt + ^Q ^ Q new = Q old + ^ Q ^
adaptiert werdenbe adapted
Wird ein lernfahiges Verfahren wie hier Steuerung von Verbrennungsmotoren angewendet, so geschieht der Lernprozeß allein aus Sicherheits- und Akzeptanzgrunden vorzugsweise mit einem Adaptionsgesetz mit nachweisbarer Stabilität und Parameterkonvergenz (Anspruch 24) Unter "Konvergenz" wird hier die Konvergenz gegen ein globales Minimum des Abstandes zwischen λ und λsoιι in allen zum Lernen angefahrenen Betriebspunkten verstanden (nicht etwa nur Konvergenz gegen ein lokales Minimum) Konvergenz bedeutet dann, daß das Lemverfahren erst dann abgeschlossen sein kann, wenn der Stutzwertevektor gegen den einzig möglichen, aber unbekannten Stutzwertevektor konvergiert Es wird Bezug genommen auf die folgende Beschreibung eines Beweises für Stabilität und Konvergenz eines bevorzugten Adaptionsgesetzes.If an adaptive method such as control of internal combustion engines is used, the learning process is done solely for safety and acceptance reasons preferably with an adaptive law with verifiable stability and parameter convergence (claim 24). Convergence here is the convergence against a global minimum of the distance between λ and λ thus understood in all operating points approached for learning (not just convergence against a local minimum). Convergence then means that the learning process can only be completed when the trimming value vector opposes the Converged Only Possible, But Unknown Trimming Value Vector Reference is made to the following description of a proof of stability and convergence of a preferred law of adaptation.
Vorrichtungsmäßig wird die eingangs genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Gemischsteuerung bei einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 24 gelost, die folgendes umfaßt: a) wenigstens eine Einrichtung zur Messung wenigstens einer Größe, mit der die in einen Brennraum des Verbrennungsmotors gelangende Luftmasse im Zusammenhang steht (sog Eingangsgroße), b) wenigstens eine Stelleinrichtung zum Zuführen von Kraftstoff, c) wenigstens eine Einrichtung zur Messung einer Große, die Information über das so entstandene Gemisch oder dessen Verbrennung tragt (sog Istgröße); d) wenigstens einen Speicher zur Aufnahme der veränderlichenIn terms of the device, the object stated at the outset is achieved by a device for controlling mixture in an internal combustion engine according to claim 24, comprising: a) at least one device for measuring at least one quantity with which the air mass entering a combustion chamber of the internal combustion engine is related (so-called input variable b) at least one adjusting device for supplying fuel, c) at least one device for measuring a quantity, which carries information about the resulting mixture or its combustion (so-called actual size); d) at least one memory for receiving the variable
Abbildungsinformation; e) und einen zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 programmierten und/oder fest verdrahteten RechnerMapping information; e) and a programmed for carrying out the method according to claim 1 and / or hard-wired computer
Bezüglich vorteilhafter Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die obigen Ausführungen zum Verfahren verwiesenWith respect to advantageous embodiments of the device, reference is made to the above explanations of the method
Die Erfindung wird nun anhand von Ausfuhrungsbeispielen und der angefügten Zeichnung veranschaulicht. In der Zeichnung zeigen-The invention will now be illustrated by means of exemplary embodiments and the attached drawing. In the drawing
Fig. 1 einen Signalflußplan für die Bildung des Gemischverhaltnisses bei einem direkteinspritzenden Kolben-Verbrennungsmotor mit herkömmlicher Einlaßsteuerung;Fig. 1 is a signal flow diagram for the formation of the Gemischverhaltnisses in a direct-injection piston internal combustion engine with conventional intake control;
Fig. 2 einen Signalflußplan entsprechend Fig. 1, jedoch für einen ungedrosselten Verbrennungsmotor mit frei betätigbaren Einlaßventilen,2 is a signal flow chart corresponding to FIG. 1, but for an unthrottled internal combustion engine with freely actuable intake valves,
Fig. 3 eine Schemadarstellung eines direkt einspritzenden Otto-Motors mit herkömmlicher Einlaßventilsteuerung, Fig 4 einen Signalflußplan entsprechend Fig 1, jedoch mit Darstellung eines Neuronales- Netz-Algorithmus; Fig 5 eine sog Parallel-Darstellung eines Neuronales-Netz-Algorithmus, Fig. 6 eine Signalflußplandarstellung eines Neuronales-Netz-Algorithmus mit einer Eingangsdimension,3 is a schematic representation of a direct injection gasoline engine with conventional intake valve control, FIG. 4 is a signal flow diagram corresponding to FIG. 1, but showing a neural network algorithm; 5 shows a so-called parallel representation of a neural network algorithm, FIG. 6 shows a signal flow diagram of a neural network algorithm with an input dimension,
Fig. 7 Diagramme, welche die Netzausgabe als Funktion eines eindimensionalen Eingangswerts darstellen, zur Veranschaulichung der Lokalitat der Stutzwertadaption, Fig 8 eine Veranschaulichung des Inter- und Extrapolationsverhalten eines Neuronales- Netz- Algorithmus,7 shows diagrams representing the network output as a function of a one-dimensional input value, for illustrating the locality of the sample value adaptation, FIG. 8 shows an illustration of the interpolation and extrapolation behavior of a neural network algorithm,
Fig. 9 eine einfache Lernstruktur eines Neuronales-Netz-Algorithmus, Fig. 10 eine Darstellung einer beispielhaft angenommenen Nichtlinearitat für den Luftpfad, Fig. 11 ein Fig 10 entsprechende Darstellung für den Kraftstoffpfad, Fig. 12 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Ausgangsgroße zum Beginn des Lernens, Fig. 13 ein Diagramm gemäß Fig. 12, jedoch im Verlauf des Lernens,10 is an illustration of an exemplary non-linearity for the air path, FIG. 11 is a fuel path diagram corresponding to FIG. 10, FIG. 12 is a graph of the time course of the output to start 13 is a diagram according to FIG. 12, but in the course of learning,
Fig 14 ein Diagramm gemäß Fig 12, jedoch nach nahezu abgeschlossenem Lernprozeß,FIG. 14 is a diagram according to FIG. 12, but after the learning process is almost completed,
Fig. 15 ein Diagramm des Gemischfehlers im Verlauf des Lernprozesses, und15 is a diagram of the mixture error in the course of the learning process, and
Fig 16 eine Gegenüberstellung des zu erlernenden und des erlernten Zusammenhangs16 shows a comparison of the learning and the learned relationship
Wichtig bei der Anwendung von Ansätzen mit Lernprozeß ist der Sicherheitsgedanke, die Frage also, ob das Lernen stets ohne Irrwege zum richtigen Ergebnis führt, ein mathematischer Stabilitats- und Konvergenzbeweis sollte also führbar sein Bei dem im folgenden zu beschreibenden beispielhaften Vorgehen wird ein spezielles Neuronales Netz in Abhängigkeit bestimmter meßbarer Zustandsgroßen des Verbrennungsmotores und/oder des Fahrerwunsches das Tastverhaltnis der Einspritzung durch direkteinspritzende (Magnet-)Ventile als Steuergroße ausgeben Sinnvollerweise wird das Neuronale Netz neben stationär bestimmtem Vorwissen als Korrekturglied angesetzt, welches online so adoptiert wird, daß stets das gewünschte Gemischverhaltnis adaptiert wird.In the application of approaches with a learning process is the safety idea, the question is whether learning always leads to the correct result without wrong paths, a mathematical proof of stability and convergence should be feasible. The exemplary procedure to be described below becomes a special neural network Depending on certain measurable state variables of the internal combustion engine and / or the driver's request, the pulse duty cycle of the injection by direct injection (solenoid) valves as a control size is expediently the neural network next fixed stationary prior knowledge recognized as a correction element, which is adopted online so that always the desired Gemischverhaltnis is adapted.
Bezüglich der Bildung von Gemischverhaltnissen wird auf die Fig 1 und 2 und die dazugehörigen vorausgegangenen Ausführungen verwiesen Die nachfolgende Darstellung von Ausführungsbeispielen soll zunächst an einem direkteinspritzenden Ottomotor mit herkömmlicher Einlaßventilsteuerung mit festen Steuerzeiten nach Fig 3 erfolgenWith regard to the formation of Gemischverhaltnissen reference is made to Figures 1 and 2 and the associated previous embodiments The following description of exemplary embodiments will initially be made on a direct injection gasoline engine with conventional intake valve control with fixed control times according to FIG
Die Laststeuerung bei dieser Verbrennungsmotoren-Bauart geschieht über den Lagewinkel der Drosselklappe, der Fahrer steuert damit den Luftmassenstrom mat in das Saugrohr Bei geöffneten Einlaßventilen saugt der Zylinder wahrend der Abwärtsbewegung des Kolbens im Ansaugtakt den Luftmassenstrom mm an, bis nach dem Schließen die Frischluftmasse m , im Zylinder zur Verbrennung zur Verfügung steht Die Frischluftmasse im Zylinder hangt dabei entscheidend von dem thermodynamischen Saugrohrzustand Druck pm nach Gleichung 2 ab Letztendlich bestimmt der Fahrer also über die Drosselklappenlage den Luftdruck im Saugrohr und damit mittelbar die Last im ZylinderThe load control in this internal combustion engine type is done via the position angle of the throttle, the driver controls the air mass flow m at in the intake manifold with open intake valves of the cylinder sucks during the downward movement of the piston in the intake stroke the air mass flow m m until after closing the fresh air mass m, in the cylinder is available for combustion The fresh air mass in the cylinder depends decisively on the thermodynamic Saugrohrzustand pressure p m according to equation 2 Finally, the driver so determined via the throttle position, the air pressure in the intake manifold and thus indirectly the load in the cylinder
Aus den obigen Ausführungen geht hervor, daß die nach dem Schließen der Einlaßventile im Brennraum befindliche Luftmasse aal nichtlinear abhangig von einerseits derFrom the above, it is apparent that the air mass located after closing the intake valves in the combustion chamber aal is non-linearly dependent on the one hand of the
Motordrehzahl und andererseits dem Saugrohrdruck istEngine speed and on the other hand, the intake manifold pressure
Die Motordrehzahl bestimmt namlich die zum Ansaugen zur Verfügung stehende Zeitspanne, so daß als Faustregel gilt, daß bei niedrigerer Drehzahl mehr Frischluft gleichen thermodynamischen Zustandes wie im Saugrohr angesaugt werden kannNamely, the engine speed determines the time available for intake, so that a rule of thumb is that at lower engine speed, more fresh air can be sucked in the same thermodynamic state as in the intake manifold
Durch das konstruktive Design der Ansaugkrummer und des Saugrohres wird dazu der Effekt erzielt, daß durch akustische Phaenomene (Interferenzen) in bestimmten Drehzahlbereichen eine höhere Füllung erreicht wird Dies wird beiDue to the constructive design of the intake manifold and the intake manifold, the effect is achieved that a higher filling is achieved by acoustic phenomena (interference) in certain speed ranges
Verbrennungsmotoren mit variabler Saugrohrgeometrie zur Drehmomentensteigerung ausgenutztInternal combustion engines with variable intake manifold geometry exploited to increase the torque
Bei schnellem Herablaufen des Kolbens bei geöffneten Einlaßventilen besteht im Inneren der Zylinder gegenüber dem Saugrohr ein großer Unterdaick, so daß der Zylinder aus dem Saugrohr ansaugt Nach der thermodynamischen Durchflußgleichung für kompressible Medien jedoch kann das durchströmende Medium keine höhere als die Schallgeschwindigkeit erreichen, so daß der Massenstrom durch das Einlaßventil für verschiedene Betriebsbereiche des Motors bei wachsendem Druckunterschied nicht mehr weiter ansteigen kann (Lavalverhältnis, choked-flow-Effekt)In the case of rapid downflow of the piston with the intake valves open, there is a large sub-dive inside the cylinder relative to the intake manifold, so that the cylinder is out According to the thermodynamic flow equation for compressible media, however, the flowing medium can reach no higher than the speed of sound, so that the mass flow through the inlet valve for various operating ranges of the engine with increasing pressure difference can not increase further (laval ratio, choked-flow effect )
Insgesamt hangt also die angesaugte Luftmasse m , bei diesem Beispiel stetig nichtlinear ab vom Saugrohrdruck und der Drehzahl, bei variabler Ansauggeomtrie zudem noch von deren Steuerwinkel oder dem der verstellbaren Einlaßnockenwelle Mathematisch schreiben wir alsoOverall, therefore, the suctioned air mass m, in this example depends continuously nonlinear from the intake manifold pressure and speed, with variable Ansauggeomtrie also of the control angle or the adjustable intake camshaft Mathematically we write so
"O = NLa {pm,n) (23)"O = NL a {p m , n) (23)
Analoge Überlegungen lassen sich für die Kraftstoff-Direkteinspritzung anstellen Infolge der Massenträgheit der Ventilnadeln ergibt sich auch hier ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen eingespritzter Kraftstoffmasse und Tastverhaltnis zusammen mit der Tastfrequenz (reziprok der halben Drehzahl bei Viertakt-Motoren) Ein weiterer Effekt, der die eingespritzte Kraftstoffmasse nichtlinear beeinflusst, ist der Abfall des Kraftstoffversorgungsdruckes beim Offnen des Ventils, auch hierdurch entstehen im Kraftstoffversorgungssystem Druckschwingungen, welche das Einspritzverhalten drehzahlabhangig beeinflussen Insgesamt hangt die eingespritzte Kraftstoffmasse nach diesen Überlegungen statisch nichtlinear ab von der Ventiloffnungszeit und der Einspritzfrequenz (2/n)Similar considerations can be made for direct fuel injection Due to the inertia of the valve needles, there is also a nonlinear relationship between injected fuel mass and duty cycle together with the sampling frequency (reciprocal of half the speed in four-stroke engines). Another effect that does not linearize the injected fuel mass According to these considerations, the injected fuel mass depends statically non-linearly on the valve opening time and the injection frequency (2 / n). According to these considerations, the injected fuel mass is dependent on the fuel injection system in a rotationally dependent manner.
Mathematisch schreiben wir alsoMathematically, we write
m fM = NLJ (af ,n) (24)m fM = NL J (a f , n) (24)
Die Idee zur Gemischsteuerung besteht jetzt darin, ein Neuronales Netz NN so anzusetzen, daß die Steuergroße des Luftpfades (hier der Saugrohrdruck) auf die Steuergröße des Kraftstoffpfades solchermaßen abgebildet wird, um so ein gewünschtes Gemischverhaltnis zu erreichen Das lernfähige Neuronale Netz ΛW soll dabei in Abhängigkeit des Motorbetriebszustandes (hier die Drehzahl) und der fahrerbeeinflußten Steuergröße für den Luftpfad (hier der Saugrohrdruck) die Steuergröße (hier a} ) für den Kraftstoffpfad ausgeben.The idea of mixture control now consists in setting up a neural network NN so that the control path of the air path (here the intake manifold pressure) is mapped to the control amount of the fuel path so as to achieve a desired mixture ratio The adaptive neural network ΛW should output the control variable (here a } ) for the fuel path depending on the engine operating state (in this case the rotational speed) and the driver-influenced control variable for the air path (here the intake manifold pressure).
Der Ausgang des Neuronalen Netzes entspricht also hier dem Tastverhältnis der Einspritzventile af , der Eingangsraum des Neuronalen Netzes ΛW besteht ausThe output of the neural network thus corresponds here to the duty cycle of the injection valves a f , the input space of the neural network ΛW consists of
Saugrohrdruck pm und Motordrehzahl n, wir schreiben alsoIntake manifold pressure p m and engine speed n, so we write
af = NN(pn ?ή (25)a f = NN (p n ή ή (25)
Das Ziel der Steuerung ist, für jeden Betriebspunkt ein gewünschtes Kraftstoff-Luft- Verhältnis mitThe aim of the control is to have a desired air-fuel ratio for each operating point
πι χ = — _____ , (26)πι χ = - _____ , (26)
zu erreichen. Im weiteren vernachlässigen wir den konstanten Faktor Kλ Mit dem ΛW als Steuerung, nach af - af (pm t) - NN(pm ή kann vorstehende Gleichung also alsto reach. In the following, we neglect the constant factor K λ with the ΛW as control, after a f - a f (p m t) - N N (p m ή can the above equation be
Figure imgf000026_0001
Figure imgf000026_0001
geschrieben werden. Soll ein bestimmtes Gemischverhaltnis λ oll erreicht werden, so muß im NN eine Abbildung gelernt werden, so daß mMl - λ Mm}cvl gilt, alsoto be written. If a certain mixture ratio λ oll is to be achieved, an image must be learned in the NN, so that m Ml - λ M m } cvl holds, ie
NLa (Pm,n) = λ^NLj [NN (/,„„//),„] (28) Beispielhaft für eine Vielzahl lernfähiger Neuronaler Netzarchitekturen verwenden wir ab hier das sogenannte DANN, welches den gewählten Ansatz besonders plausibel macht; außerdem gestattet dieser Algorithmus eine einfache Beweisführung für Stabilität und Parameterkonvergenz ebenso wie eine sinnvolle Interpretierbarkeit des gelernten Wissens. Das DANN ist eine besonders rechenzeitoptimale Ausgestaltung eines sogenannten RBF-Netzes mit lokaler Stützwertewirkung. Eine eingehende Beschreibung des DANN folgt unten.NL a (P m , n) = λ ^ NL j [NN (/, "" //), "] (28) As an example of a multitude of adaptive neural network architectures, we use the so-called THANN, which makes the chosen approach particularly plausible. In addition, this algorithm allows a simple argument for stability and parameter convergence as well as a meaningful interpretability of the learned knowledge. The THEN is a particularly rchenzeitoptimale embodiment of a so-called RBF network with local support value effect. A detailed description of the THEN follows below.
Wir setzen also anSo we start
af ( >m,n) = ®.T ά(pm>") (29) a f (> m, n ) = ®. T ά (p m >") (29)
wobei die Stützwerte Θ des Neuronalen Netzes so adaptiert werden müssen, um beide Nichtlinearitäten in Gleichung 28 im Betriebspunkt (p„, ή auszugleichen.where the support values Θ of the neural network have to be adapted in order to compensate for both nonlinearities in equation 28 at the operating point (p ", ή.
Dies soll mit dem AdaptionsansatzThis should be with the adaptation approach
® = ψ(Pm >)Ä(pn„») (30)® = ψ (P m >) Ä (p n "») (30)
mit garantierter Stabilität erfolgen. Der Faktor η in dieser Gleichung repräsentiert diewith guaranteed stability. The factor η in this equation represents the
Lernschrittweite. Bildlich gesprochen werden durch die Aktivierung A(pm,n) die einzelnen Stützwerte ausgesucht, welche nach der BeziehungLearning step size. Figuratively speaking, the activations A (p m , n) are used to select the individual support values, which depend on the relationship
Θ = Θ? + ΔΘ, (31)Θ = Θ? + ΔΘ, (31)
adaptiert werden. Nun wirken die Stützwerte beim DANN hauptsächlich lokal, ohne großen Fehler können wirbe adapted. Now the support values at THEN work mainly locally, without a big mistake we can
ΔΘ - ηe(pm ,n)A(pm,n) = ΔΘ| n = ψ (32) annehmen (wobei die Größe rechts neben dem Entsprichtzeichen die Kompoente des Θ - Vektors ist, die der Stelle (pm,n) nächsten liegt).ΔΘ - ηe (p m , n) A (p m , n) = ΔΘ | n = ψ (32) (where the size to the right of the corresponding sign is the component of the Θ vector closest to the location (p m , n)).
Wegen des taktdiskreten Arbeitsverfahren des Kolben- Verbrennungsmotors ersetzen wir in dieser Ableitung die kontinuierliche Ableitung (nach der Zeit) durch die Notation mit Deltagrößen, was einer Ableitung nach den Arbeitstakten des Verbrennungsmotors entsprechen soll.Because of the tact discrete working method of the piston internal combustion engine we replace in this derivation the continuous derivative (after the time) by the notation with delta sizes, which should correspond to a derivation after the power strokes of the internal combustion engine.
Um den Stabilitätsbeweis mathematisch zu fuhren, untersuchen wir die Auswirkung dieser lokalen Adaption nach Gleichung 32 auf den Gemischfehler e im Betriebspunkt, der zuIn order to mathematically determine the stability proof, we investigate the effect of this local adaptation according to Equation 32 on the mixture error e at the operating point, which increases
e(Pm,n) = λ(Pm ,») - λ ,oU (33) e (P m , n) = λ (P m , ») - λ, o U (33)
als Abweichung vom hier als konstant angenommenen Sollwert definiert ist. Wir bestimmen alsois defined as a deviation from the setpoint assumed to be constant here. So we decide
Figure imgf000028_0001
Figure imgf000028_0001
woraus mit Gleichung 27from equation 27
Ae(pm,n) = Aλ(pm,n) af pm >)Ae (p m , n) = Aλ (p m , n) a f p m >)
(35) ΔΘl -p, „ Δα,(A.,") ΔΘI , κ (35) ΔΘl -p, "Δα, (A.,") ΔΘI, κ
folgt. Zunächst wollen wir den ersten Quotienten der rechten Seite aus vorstehenderfollows. First we want the first quotient of the right side from above
A 1 Gleichung betrachten: ist kleiner oder gleich null! Dies kann ganz einfach erklärtA 1 Consider equation: is less than or equal to zero! This can easily be explained
Aaf werden: bei konstanter Luftmasse im Zylinder nimmt die Luftzahl λ mit zunehmender eingespritzter Kraftstoffmasse mfcyl ab, das Gemisch wird fetter Und mit zunehmendemAa f : At a constant air mass in the cylinder, the air ratio λ decreases with increasing injected fuel mass m fcyl , the mixture becomes fatter And with increasing
Tastverhältnis af , also längerer Ventilöffnungsdauer bei gleichbleibender Drehzahl, wird naturlich auch mehr Kraftstoff eingespritzt, zumindest aber gleichviel, weniger wäre widersinnig Es gilt also nach Gleichung 27Duty cycle a f , so longer valve opening duration at a constant speed, is of course also injected more fuel, but at least the same amount, less would be absurd It is therefore according to equation 27
Figure imgf000029_0001
Figure imgf000029_0001
weil jabecause yes
Figure imgf000029_0002
Figure imgf000029_0002
naturlich großer (oder evtl gleich) null istOf course, it's big (or maybe equal to zero)
Nun betrachten wir den zweiten Quotienten der rechten Seite von Gleichung 35 Aus den Eigenschaften des Neuronalen Netzes DANN folgtNow consider the second quotient of the right side of Equation 35. From the properties of the neural network THEN follows
a f (Pm , ") a f (P m , ")
> 0 (38)> 0 (38)
ΔΘlΔΘl
was bedeutet, daß bei Verstellung eines Stutzwertes nach oben an einer bestimmten Stelle im Eingangsraum des DANN/GRNN die Ausgabe des Netzes an dieser Stelle naturlich auch steigt Damit giltwhich means that when adjusting a Stutz value up at a certain point in the input space of the DANN / GRNN the output of the network at this point, of course, also increases
Figure imgf000029_0003
Figure imgf000029_0003
Diese Ableitungen sind möglich, weil bei der Stutzwerteadaption wegen der Lokalitat der Stutzwertewirkung dieser NetzeThese derivations are possible because in the trim value adaptation because of the locality of the trimming effect of these networks
n * ΔΘ = e(pm ,)A(Pm ,n) (40)
Figure imgf000029_0004
gilt.
n * ΔΘ = e (p m) A (Pm, n) (40)
Figure imgf000029_0004
applies.
Wir können nun zusammenfassenWe can now summarize
Ae(pm,n) = Aλ(Pm,n) = ^n^ΔΘ|^ „ (41)Ae (p m , n) = Aλ ( Pm , n) = ^ n ^ ΔΘ | ^ "(41)
und mit dem Adaptionsgesetz folgtand with the law of adaptation follows
Ae(pm,n) = Aλ(Pm,n) = ~^ - ΔΘ^ „ = -kψ{Pm ,n) k ≥ 0 (42)Ae (p m , n) = Aλ ( Pm , n) = ~ ^ - ΔΘ ^ "= -kψ { Pm , n) k ≥ 0 (42)
' Pm -n 'Pm - n
-k,k > 0-k, k> 0
Damit ist die BeziehungThis is the relationship
Ae(pm ,n) = -kηe(pm,n) k Q (43) A e (p m , n) = -kη e (p m , n) k Q (43)
hergeleitet, mit der die Stabilität des Adaptionsansatztes 18 bewiesen ist Dazu interpretieren wir Gleichung 43 verbalderived, which proves the stability of the adaptation approach 18 For this we interpret equation 43 verbally
Das Vorzeichen der Fehleranderung ist also stets invers dem Vorzeichen des Fehlers, mit anderen Worten, ist der Fehler kleiner null (e <0), so steigt sein Wert ( Δe >0), sein Betrag wird damit kleiner Ist der Fehler großer null, so fallt sein Wert, auch hier wird somit der Betrag kleiner Somit kann der Fehler nur gegen null konvergierenThe sign of the error change is thus always inverse to the sign of the error, in other words, if the error is less than zero (e <0), its value increases (Δe> 0), its magnitude becomes smaller its value falls, so here too the amount is smaller Thus, the error can only converge to zero
Neben der Konvergenz des Gemischfehlers im Arbeitspunkt zu null folgt aus den Eigenschaften des DANN die Konvergenz der Stutzwerte in den gelernten Arbeitspunkten gegen die einzig möglichen Stutzwerte, mit denen λ = λ soU erreicht werden kann Diese Ableitung gilt lokal, für den Arbeitspunkt (pm,n) des Verbrennungsmotores Logisch ist, wiederum wegen der Lokalitat derIn addition to the convergence of the mixture error at the operating point to zero, the properties of the THEN are followed by the convergence of the truncation values in the learned operating points against the only possible truncation values with which λ = λsoU can be achieved This derivation applies locally, for the operating point (p m , n) of the internal combustion engine is logical, again because of the locality of
Stutzwertewirkung, daß nur in diesen Betriebspunkten der Gemischfehler mit hoher Genauigkeit ausgeglichen wird, in denen auch die Steuerung lernen kann Zu berücksichtigen ist noch eine Lernkorrelation, namlich eine Totzeit wegen des Viertakt-Arbeitsverfahrens. Bei den obenstehenden Ableitungen waren wir bei der Adaption davon ausgegangen, daß bei der Gemischbildung gleich der entstehende Gemischfehler zur Adaption der Einspritzsteuerung herangezogen werden kann Infolge des Viertakt-Arbeitsverfahren des Verbrennungsmotors steht jedoch bei Verwendung einer Abgas-Lambdasonde erst frühestens nach drei Takten Totzeit (Verdichten, Verbrennen, Ausschieben) ein Meßwert für die Luftzahl zur Verfügung Dargestellt ist dies in Fig 4 Diese Figur zeigt einen Signalflußplan für die Bildung des Gemischverhältnis bei gedrosselten direkteinspritzenden Kolben-Verbrennungsmotoren Die zusatzliche (dünn eingezeichnete) Abhängigkeit η ιl = ( , , cc i ir ) gilt für Motoren mit variabler Nockenwelle oder Schaltsaugrohr Zwischen Gemischbildung und Lambda-Messung liegt eine Totzeit von drei Takten wegen des Viertakt- Arbeitsverfahren des VerbrennungsmotorsStutzwertewirkung that only in these operating points of the mixture error is compensated with high accuracy, in which the controller can learn To consider is still a learning correlation, namely a dead time because of the four-stroke work process. In the above derivations, we had assumed in the adaptation that in the mixture formation equal the resulting mixture error can be used to adapt the injection control Due to the four-stroke operation of the internal combustion engine, however, when using an exhaust gas lambda probe dead time (compression This is shown in Figure 4 This figure shows a signal flow plan for the formation of the mixture ratio in throttled direct-injection piston internal combustion engines The additional (thin drawn) dependence η ιl = ( ,, cc i ir ) applies to engines with variable camshaft or variable intake manifold Between mixture formation and lambda measurement is a dead time of three cycles because of the four-stroke working method of the internal combustion engine
Zur Lernkorrelation müssen wir demnach bei der Adaption diese Totzeit berücksichtigen Dies geschieht zweckmäßigerweise durch eine einfache Verzögerung der Eingangswerte (pm und ) bei der Adaption, so daß Fehlersignal und zu verstellender Stutzwert miteinander korrelieren Dagegen müssen zur Bildung des Einspritzsignals (ctj ) die unverzogerten Eingangswerte herangezogen werdenFor learning correlation we therefore have to consider this dead time in the adaptation. This is done expediently by a simple delay of the input values (p m and) during the adaptation, so that the error signal and the truncation value to be adjusted correlate with each other. However, to form the injection signal (ct j ), the unzeroed Input values are used
Das obenstehend beschriebene Beispiel betrifft die Synthese eines Steuergesetzes für die Einspritzung bei direkteinspritzenden Verbrennungsmotoren Der Beschreibung lag ein gedrosselter Benzin-Direkt einspritzer mit konstantem Soll-Gemischverhaltnis zugrunde Kann das Soll-Gemischverhaltnis wie beispielsweise bei Dieselmotoren einen variablen Wert annehmen, so kann dieser Sollwert als zusatzliche Eingangsdimension des DANN vorgesehen werden Ebenso kann bei nockenwellenlos angetriebenen Einlaßventilen deren Steuersignal (Tastverhältnis aa ) anstelle des Saugrohrdruckes als Netzeingang herangezogen werden Sinnvoll ist bei einer realen Implementierung der Ansatz des Neuronalen Netzes als Korrekturglied neben z B off-line bestimmten Vorwissen in Form etwa einer linearen Abbildung pm — > a} Dadurch kann die Lernzeit erheblich verringert werden Die folgende Tabelle gibt uberblickartig die hier verwendete Nomenklatur wiederThe example described above relates to the synthesis of a tax law for injection in direct injection internal combustion engines The description was based on a throttled gasoline direct injection with constant target mixture ratio If the target mixture ratio as for example in diesel engines assume a variable value, this setpoint can be as additional Similarly, with camshaft-driven intake valves whose control signal (duty a a ) instead of the intake manifold pressure can be used as a network input is useful in a real implementation of the approach of the neural network as a correction element in addition to z off-line certain prior knowledge in the form of about one linear mapping p m -> a } This can significantly reduce the learning time The following table gives an overview of the nomenclature used here
m acyi Masse Frischluft im Zylinder kg nat Massenstrom Frischluft durch Drosselstelle kg s~" mm Massenstrom Frischluft in den Zylinder kgs" ϊflfcyi Masse Kraftstoff im Zylinder kg n Drehzahl des Kolben-Verbrennungsmotors s ' m acyi mass fresh air in cylinder kg n at mass flow fresh air through restriction kg s ~ "m m mass flow fresh air into cylinder kg s " ϊflf cyi mass fuel in cylinder kg n speed of piston internal combustion engine s'
Po Umgebungsdruck der Luft (langsam veränderlich) Pa pm Luftdruck im Saugrohr PaPo Ambient pressure of the air (slowly changing) Pa p m Air pressure in the intake manifold Pa
R Gas konstante JkgmR gas constant Jkgm
To Lufttemperatur m der Umgebung (langsam veränderlich) KTo ambient air temperature (slowly changing) K
Tχ Zeitkonstante der Lambdasonde sTχ Time constant of lambda probe s
Tm Lufttemperatur m Saugrohr A* VD Hubvolumen eines Zylinders m3 acs Steuerwinkel bei variabler Nockenwellensteuerung (VANOS) rad a,h Lagewinkel der Drosselklappe rad ηvoι Volumetrische Effizienz — λ Luftzahl — Am gemessene Luftzahl —T m Air temperature m Suction pipe A * V D Stroke volume of a cylinder m 3 a cs Control angle with variable camshaft control (VANOS) rad a, h Position angle of the throttle valve rad η vo ι Volumetric efficiency - λ Air ratio - A m Measured air ratio -
Im folgenden wird als Beispiel für einen geeigneten lernfahigen Neuronales-Netz- Algorithmus das sogenannte DANN naher erläutert Es verbindet die Vorteile normierter RBF-Netze mit dem Vorteil der Rechenzeit- und SpeicherplatzoptimierungIn the following, the so-called DNA is explained in more detail as an example of a suitable adaptive neural network algorithm. It combines the advantages of normalized RBF networks with the advantage of computing time and memory optimization
Bei Verwendung des sogenannten Distance Activation Ne ral Network DANN nach Fig 5 die eine Parallel-Darstellung eines DANN mit zwei Eingangsdimensionen zeigt, wird durch die lokale Stützwertewirkung beim Lernvorgang Parameterkonvergenz garantiert und die Problematik der sog persistent excitation umgangen Parameterkonvergenz bedeutet hierbei, daß das Neuronale Netz nur mit einem Parametersatz eine bestimmte statische Nichtlinearität approximieren kann Es besteht demnach eine eindeutige Zuordnung von gelerntem Zusammenhang und Stutzwerten des ΛW , dies macht das gelernte Wissen interpretierbar Dieser im Vergleich zu anderen lernfahigen Algorithmen entscheidende Vorteil beruht auf der Form des RBF-Netzes, speziell des DANN die beim Lernen zu verstellenden Parameter wirken in der Hauptsache lokal und das Netz liefert damit eine stetige Ausgangsfunktion über dem Eingangsraum mit definiertem Interpolationsverhalten Das Extrapolationsverhalten des DANN an Stellen, an denen kein Wissen in Form gelernter Parameter zur Verfügung steht, ist ebenso definiert wie sinnvoll: der Ausgang des Netzes entspricht einem (gewichteten) Mittelwert des gelernten Wissens in der gelernten Umgebung; das DANN unterscheidet sich hierin erheblich vom originären RBF-Netz. Das Netz besteht aus lokal aktivierten Neuronen, d.h. hauptsächlich die Neuronen in der unmittelbaren Umgebung des Netzeinganges x werden aktiviert. Die Struktur des DANN ist unterteilbar in Aktivierung und Gewichtung. Dies veranschaulicht die in Fig. 6 gezeigte Signalflußplan-Darstellung eines DANN mit einer Eingangsdimension (d.h. skalarem Eingang x), A(x) und 9; sindWhen using the so-called Distance Activation Neural Network THEN in FIG. 5 which shows a parallel representation of a THEN with two input dimensions, the convergence of parameters during the learning process guarantees parameter convergence and the problem of so-called persistent excitation bypasses parameter convergence means that the neural network Therefore, there is an unambiguous assignment of learned context and truncated values of the ΛW, this makes the learned knowledge interpretable. This decisive advantage compared to other adaptive algorithms is based on the form of the RBF network, especially the THEN the parameters to be adjusted during learning act mainly locally and the network thus provides a continuous output function above the input space with defined interpolation behavior. The extrapolation behavior of the THEN at points at which no knowledge in the form of learned parameters is available, is defined as well as meaningful: the output of the network corresponds to a (weighted) average of the learned knowledge in the learned environment; the THEN differs significantly from the original RBF network. The network consists of locally activated neurons, ie mainly the neurons in the immediate vicinity of the network input x are activated. The structure of the THEN is subdividable into activation and weighting. This illustrates the signal flow diagram representation of a THEN shown in Figure 6 with an input dimension (ie, scalar input x), A (x), and 9; are
Vektoren; y(x) - # A(x) ■ Dadurch ist es beim Lernen für das sogenannte Verfahren der verzögerten Aktivierung zugänglich.vectors; y (x) - # A ( x ) ■ This makes it accessible to learning for the so-called delayed activation process.
Kurz sei nun der Algorithmus des DANN beschrieben.Let's briefly describe the algorithm of THEN.
Ein skalarer Schätzwert y an einer Stelle x e 9T mit einer gegebenen Menge von qA scalar estimate y at a location x e 9T with a given set of q
Datenpunkten (Stützwerten θ; an Stützstellen ς ) (θ„ ς ), / e [l, f/] und ς e 91" ist beim DANN definiert durch die GleichungData points (support values θ at nodes ς) (θ "ς), / e [l, f /] and ς e 91" are defined by the equation at THEN
•_—i ι= l ' 1 + σd; - T• _-i ι = l '1 + σd; - T
= 9 A( x) (44)= 9A (x) (44)
11
∑:., 1 + σdΣ:., 1 + σd
mit den Abständenwith the distances
d, = l x - ς, l (45)d, = l x - ς, l (45)
Gleichung 44 garantiert die Beschränktheit der Aktivierung A x) , durch die Normierung wirdEquation 44 guarantees the boundedness of activation A x), which becomes normalization
^(x)r l = l (46) erreicht, das heißt, die Summe der Aktivierungen aller Neuronen ist stets gleich eins, ebenso betragt die Aktivierung eines einzelnen Neurons stets einen Wert zwischen null und eins Aus Gleichung 44 wird klar, daß bei sehr kleinem Glattungsfaktor σ nahezu nur ein einziges Neuron aktiviert wird, damit tragt also beinahe nur ein einziger Stutzwert zum Ergebnis der Auswertung bei Wird also ein Stutzwert verstellt, so wird der Netzausgang auch nur in dessen Umgebung verändert Wir nennen diesen Sachverhalt "Lokalität" der Stutzwertewirkung Zur Veranschaulichung zeigt Fig 7 die Lokalitat der Stutzwertewirkung, der Netzausgang ändert sich nur in der Umgebung des verstellten Stutzwertes Diese Feststellung ist wichtig für den Stabilitatsbeweis des Lernens bei dem erfindungsgemaßen Verfahren^ (x) r l = l (46) That is, the sum of the activations of all neurons is always equal to one, and the activation of a single neuron is always a value between zero and one. From equation 44 it is clear that with very small smoothing factor σ almost only a single neuron is activated, Thus, almost only a single truncated value contributes to the result of the evaluation. If a truncated value is adjusted, the network output is also changed only in its surroundings. We call this situation "locality" of the pruning effect. For illustration, FIG. 7 shows the location of the pruning effect, the network output only changes in the environment of the adjusted stem value. This finding is important for the stability proof of learning in the method according to the invention
Gleichung 44 definiert eine stetige beliebig nicht neare Ausgangsfunktion y = f(x) (bezeichnet geschätzte oder verstellbare Großen) mit definiertem Inter- und Extrapolationsverhalten wie in Fig 8 dargestellt Diese Figur zeigt Inter- und Extrapolationsverhalten des DANN, die Kreuze bezeichnen die vorhandenen Datenpunkte Im gelernten Bereich stimmt der durch die Stutzwerte (Kreuze) approximierte Verlauf mit der zu erlernenden Sinus-Funktion uberein Über den gelernten Bereich hinaus tendiert der Schatzwert mit zunehmender Entfernung vom nächsten Stutzwert zum Durchschnitt allen vorhandenen Wissens (Stutzwerte) Der Schatzwert an einer Auswertestelle mit großem Abstand zum gespeicherten Wissen (Datenpunkte) wird sich zum Mittelwert des vorhandenen Wissens ergeben, in der unmittelbaren Nahe eines Datenpunktes bestimmt dieser hauptsachlich den Netzausgang Werden die Stutzwerte in ihrem Gewicht θ, als verstellbar definiert, so kann die einfachste, in Fig 9 dargestellte Online-Struktur zum Lernen abgeleitet werden Diese Darstellung gilt für zeitkontinuierliche Systeme Das gezeigte DANN kann alle statischen (ohne interne Zustande wie z B Gedächtnis) Nicht nearitaten bis hin zu Unstetigkeiten (grouped activation ethod) abgesehen eines kleinen Approximationsfehlers wegen der endlichen Stutzwerteanzahl erlernen Bei Abbildungen mit Gedächtnis (z B wegen des oben erwähnten Speichereffekts) wird die Information über vorausgegangene Ereignisse in das Lern- und Abbildungsverhalten mit einbezogen Die in Fig 9 dargestellte Lernstruktur basiert auf einem bekannten mathematischen Fehlermodell, für das Stabilität nach der direkten Methode nach Ljapunov bewiesen ist Eine zu erlernende eindimensionale Nichtlinearitat wie in Fis; 9 soll in der DANN-Form als das Skalarprodukt y(t) = 3_ τ A(x(t)) + d dargestellt sein, wobei x(t) , y(t) e 91 undEquation 44 defines a continuous arbitrary non-linear output function y = f (x) (denoted estimated or adjustable magnitudes) with defined interpolation and extrapolation behavior as shown in FIG. 8. This figure shows the interpolation and extrapolation behavior of THEN, the crosses denote the existing data points Im learned area, the curve approximated by the truncated values (crosses) agrees with the sine function to be learned beyond the learned range, the estimated value tends to increase with increasing distance from the nearest truncated value to the average of all existing knowledge (truncation values) to the stored knowledge (data points) will result in the mean of the existing knowledge, in the immediate vicinity of a data point determines this mainly the network output If the nozzle values in their weight θ, defined as adjustable, then the simplest, shown in Figure 9 online structure to This representation applies to continuous-time systems The THEN shown can learn all static (without internal states such as memory) non-nite-data to group the activation method apart from a small approximation error due to the finite number of samples. For example, because of the above-mentioned memory effect, the information about previous events is included in the learning and imaging behavior. The learning structure illustrated in FIG. 9 is based on a known mathematical error model for which stability according to the direct method according to Lyapunov has been proven A one-dimensional nonlinearity to learn, as in Fis; 9 as the scalar product of y (t) to the THEN form 3_ = τ A (x (t)) + d be represented, where x (t), y (t) e 91 and
_, «__ e 91", der konstante Vektor 3 ist der unbekannte zu erlernende Parametervektor der Dimension n, wobei n Stutzwerte verteilt über dem Eingangsraum die reale zu erlernende Nichtlinearitat bis auf den Fehler d -» 0 mit n — » ∞ darstellen können Nach Fig 9 berechnet sich der Beobachterfehler zu e(t) = y(t) - y(t) Wird ein_, "__ e 91", the constant vector 3 is the unknown parameter vector of dimension n, where n parent values distributed over the input space can represent the real nonlinearity to be learned up to the error d - »0 with n -» ∞ 9, the observer error is calculated as e (t) = y (t) - y (t)
Parameterfehlervektor definiert als Φ(t) = (t) - 3_, so ergibt sich die Fehlergleichung zuParameter error vector defined as Φ (t) = (t) - 3_, the error equation is given
e(t) = A(x(t))τ (t) (47)e (t) = A (x (t)) τ (t) (47)
Nach dem Fehlermodell 1 kannAfter the error model 1 can
Φ(/) = -e(t)A_(x(t)) , (48)Φ (/) = -e (t) A_ (x (t)), (48)
als garantiert stabiles Adaptionsgesetz gewählt werden, da wegen der Eigenschaften des DANN (Gleichung 44) der Vektor 4.( (0) ιn a"en seinen Komponenten beschrankt istare chosen as the guaranteed stable law of adaptation, because of the properties of the THEN (equation 44) the vector 4 . ((0) ιn a "en its components is limited
Dies führt zu einer monoton abnehmenden Funktion |Φ(t)| , was ja lιm,→OT v9(t) = 3 bedeutetThis leads to a monotone decreasing function | Φ (t) | , which means lιm, → OT v9 (t) = 3
Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen wird die gezeigte Lernfähigkeit des DANN zur Synthese eines Steuergesetzes für die Kraftstoffeinspritzung verwendet, indem beim Lernen der Fehler zwischen Soll-Gemischverhaltnis und Ist-Gemischverhaltnis zu null gemacht wirdIn the present embodiments, the illustrated learning ability of the THEN is used to synthesize a fuel injection control law by making the error between the target mixture ratio and the actual mixture ratio zero during learning
Obiges Ausführungsbeispiel soll nun an einer Simulation demonstriert werden Es soll die Fähigkeit des Ansatzes gezeigt werden, daß eine Abbildung gelernt werden kann, so daß gilt NLa (Pm,n) = λ^NLj [NN(Pm ή ,] (49)The above embodiment will now be demonstrated on a simulation. It shall be shown the ability of the approach that an image can be learned so that NL a ( Pm , n) = λ ^ NL j [NN ( Pm ή,] (49)
Zur Demonstration sei λsoU gleich 1 Zum Zweck der Veranschaulichung wird für NLa (pm,ri) die statische stetige nichtlineare BeziehungFor demonstration, λ soU is equal to 1 For purposes of illustration, for NL a (p m , ri), the static steady nonlinear relationship
NLa(pm,n = [1 - exp(-4^m)]exp(-») (50) angenommen, für NLf (af ,ή) nehmen wirNL a (p m , n = [1 - exp (-4 ^ m )] exp (- ») (50), for NL f (a f , ή) we assume
NLf (aJ ,n) = 1 - - exp(-0 5//) (51)NL f (a J , n) = 1 - - exp (-0 5 //) (51)
2 + a ,2 + a,
an, eine nichtlineare Funktion, die mit αy monoton steigend ist Diese beiden für den, a nonlinear function that increases monotonically with α y
Luftpfad und den Kraftstoffpfad angenommenen Nichtlinearitaten sind in den Fig 10 und 1 1 dargestellt.Air path and the fuel path assumed non-linearities are shown in FIGS. 10 and 11.
Sind diese Abhängigkeiten bekannt, so kann analytisch die Abbildung ΛW ., berechnet werden, so daß Gleichung 49 mit NN = ΛW ,, erfüllt wird Mit den Beziehungen soll nach Gleichungen 50 und 51 ergibt sich für die Abbildung AW( sollIf these dependencies are known, then the mapping ΛW., Can be calculated analytically, so that equation 49 is satisfied with NN = ΛW ,,. The relationships according to equations 50 and 51 result in the representation AW ( soll
ar (Pm,n) = NN „ = 2 (52) a r (P m , n) = N N "= 2 (52)
/ ^»' soll l - (l - exp(-4/; )) exp(-05//) / ^ » 'Shall be l - (l - exp (-4 /;)) exp (-05 //)
die durch die Reglersynthese zu erlernen istwhich is to be learned by the controller synthesis
Drehzahl n sei auf Maximaldrehzahl normiert, ebenso der Saugrohrdruck auf Umgebungsdruck, diese Großen schwanken also beide zwischen 0 und 1 Zur Lernsimulation wird nun der Eingangsraum » e [02,08] und pm e [02,08] flächendeckend durchfahren, in Fig 16 wird dies bei der gelernten Steuerfläche deutlich In den Fig 12, 13 und 14 ist dabei der zu erlernende Steuerverlauf nach Gleichung 52 und der online vom Netz erlernte Verlauf von a/ wahrend des Lernvorganges dargestellt Diese Figuren zeigen jeweils den optimalen Verlauf der Steuergroße (gestrichelt) und den vom Netz gelernten Verlauf (durchgezogen) Fig 12 zeigt dabei den Beginn des Lernens (wobei ohne jedes Vorwissen begonnen wurde), Fig 13 den Steuergrόßenverlauf wahrend des Lernens, und in Fig 14 ist das Lernen so gut wie abgeschlossen Den wahrend des Lernens schnell kleiner werdenden Gemischfehler zeigt Fig 15.Speed n is normalized to maximum speed, as well as the intake manifold pressure to ambient pressure, so these both fluctuate between 0 and 1 For learning simulation, the input space »e [02,08] and p m e [02,08] is now traversed throughout, in FIG this becomes clear in the learned control surface. FIGS. 12, 13 and 14 show the control curve according to equation 52 and the online learned from the network course of a / during the learning process These figures show the optimal course of the control size (dashed) and the network learned course (solid) Fig 12 shows the beginning of learning (which was started without any prior knowledge FIG. 13 shows the control curve course during learning, and in FIG. 14 the learning is virtually completed. The mixture error, which rapidly becomes smaller during learning, is shown in FIG.
Den dabei im Neuronalen Netz gelernten Zusammenhang stellt Fig 16 der zu lernenden Abhängigkeit gegenüber Die Figur zeigt den zu erlernenden und den gelernten Zusammenhang, und zwar jeweils die Steuerflache Im Zielzusammenhang ist nur die Flache über dem während des Lernens zu durchfahrenden Eingangsraum dargestellt, um einen einfachen Vergleich zu ermöglichen Selbstverständlich war auch nur im durchfahrenen Eingangsraum gelernt worden, demzufolge ist auch nur dort das Wissen aussagekräftigThe figure shows the relationship to be learned and the learned context, in each case the control surface. In the target context, only the area above the input space to be traversed during learning is represented by a simple Of course, it was only possible to learn in the entranced entrance area, so that only there is the knowledge meaningful
Diese Simulation demonstriert, daß ohne jedes Vorwissen bereits nach großenordnungsmäßig 10000 Takten (verteilt über die verschiedenen Betriebspunkte), ein ganzes Kennfeld für die Einspritzsteuerung mit sehr großer Genauigkeit „angelernt" ist This simulation demonstrates that, without any prior knowledge, even after a large order of 10,000 cycles (distributed over the various operating points), an entire map for injection control is "learned" with very great accuracy

Claims

Patentansprücheclaims
Verfahren zur Gemischsteuerung bei einem Verbrennungsmotor, das folgende Schritte umfaßt a) Messen wenigstens einer Große, mit der die in einen Brennraum des Verbrennungsmotors gelangende Luftmasse im Zusammenhang steht (sog Eingangsgroße), b) Ermitteln wenigstens einer die zuzuführende Kraftstoffmenge steuernde Ausgangsgroße in Abhängigkeit von wenigstens der/den in a) gemessenenMethod for controlling mixture in an internal combustion engine, comprising the following steps: a) measuring at least one variable with which the air mass entering a combustion chamber of the internal combustion engine is related (so-called input quantity); b) determining at least one output variable controlling the amount of fuel to be supplied as a function of at least the one measured in a)
Eingangsgroße/n, mit Hilfe gespeicherter Abbildungsinformation, c) Zuführen der Kraftstoffmenge entsprechend der Ausgangsgroße aus b), d) Messen einer Große, die Information über das so entstandene Gemisch tragt (sog Istgroße), e) Ermitteln einer Abweichung der in d) gemessenen Istgroße von einemC) feeding the amount of fuel corresponding to the starting size from b), d) measuring a quantity carrying information about the resulting mixture (so-called actual size), e) determining a deviation of the value measured in d) Is big of one
Sollwert für diese Große, f) Verandern der gespeicherten Abbildungsinformation in Abhängigkeit von der in e) ermittelten Abweichung für den in a) gemessenen Betriebszustand, so daß bei einem zukunftigen Durchlaufen der Schritte a) bis e) im gleichen Betriebszustand die Abweichung kleiner wird, und das damit einen Lernprozeß realisiertSetpoint for this large, f) changing the stored image information as a function of the deviation determined in e) for the operating state measured in a), so that in a future run through steps a) to e) in the same operating state, the deviation becomes smaller, and thus realizing a learning process
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schritte a) bis e) taktweise durchgeführt werden, wobei die Schritte d) und e) dem Takt zugeordnet werden, in dem die Schritte a) bis c) durchgeführt werdenMethod according to Claim 1, in which steps a) to e) are carried out in cycles, the steps d) and e) being assigned to the clock in which steps a) to c) are carried out
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Verbrennungsmotor ein Motor mit oder ohne Aufladung ist und die Eingangsgroße bzw eine der Eingangsgroßen der Druck im Saugrohr des Verbrennungsmotors ist Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Verbrennungsmotor mit einem veränderlichen Ansaugsystem ausgerüstet ist, und eine dessen Stellung charakterisierende Große die Eingangsgroße bzw eine der Eingangsgroßen istThe method of claim 1 or 2, wherein the internal combustion engine is a motor with or without charging and the input size or one of the input variables is the pressure in the intake manifold of the internal combustion engine Method according to one of claims 1 to 3, wherein the internal combustion engine is equipped with a variable intake system, and a position characterizing its size is the input size or one of the input variables
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Verbrennungsmotor eine Einlaßventilsteuerung mit verstellbaren Ventilsteuerzeiten aufweist und die Eingangsgroße bzw eine der Eingangsgroßen ein oder mehrere Ventilsteuerzeitparameter sindMethod according to one of claims 1 to 4, wherein the internal combustion engine having an intake valve control with adjustable valve timing and the input size or one of the input variables are one or more valve timing parameters
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Verbrennungsmotor frei betatigbare Einlaßventile aufweist und die Eingangsgroße bzw eine der Eingangsgroßen das Tastverhaltnis und/oder die Schließ- und/oder Öffnungszeit der Einlaßventile sindMethod according to one of claims 1 to 5, wherein the internal combustion engine has freely operable inlet valves and the input size or one of the input variables are the duty ratio and / or the closing and / or opening time of the intake valves
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Eingangsgroße bzw eine der Eingangsgroßen die Drehzahl des Verbrennungsmotors istMethod according to one of claims 1 to 6, wherein the input size or one of the input variables is the rotational speed of the internal combustion engine
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Verbrennungsmotor mit variablem Gemischverhaltnis gesteuert wird, und deshalb das Soll- Gemischverhaltnis eine der Eingangsgroßen istA method according to any one of claims 1 to 7, wherein the variable ratio engine is controlled, and therefore, the target mixture ratio is one of the input quantities
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, bei dem die Ausgangsgroße eine oder mehrere der folgenden Großen ist Einspritzdauer, Tastverhaltnis der Einspritzventiloffnung, Ein-spritzdruck, Offnungsgrad des EinspritzventilsThe method of claim 1 to 8, wherein the output is one or more of the following sizes injection duration, duty ratio of Einspritzventiloffnung, injection pressure, opening degree of the injection valve
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem als Verbrennungsmotor ein Motor verwendet wird, der im wesentlichen keinen Kraftstoffspeichereffekt aufweist, insbesondere ein direkteinspritzender MotorMethod according to one of claims 1 to 9, in which an engine is used as the internal combustion engine, which has substantially no fuel storage effect, in particular a direct-injection engine
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Ermittlung der Ausgangsgroße/n im Schritt b) nur auf Größen beruht, die zum aktuell vorliegenden Arbeitstakt gehören Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 9, bei dem ein Verbrennungsmotor mit Kraftstoffspeichereffekt verwendet wird, und in die Ermittlung der Ausgangsgröße/n im Schritt b) auch Großen aus einem oder mehreren vorhergehenden Arbeitstakten einbezogen werdenMethod according to Claim 10, in which the determination of the output variable (s) in step b) is based only on variables which belong to the currently available working cycle Method according to one of Claims 1 to 9, in which an internal combustion engine with a fuel-storage effect is used, and in determining the output quantity / n in step b), also variables from one or more preceding operating cycles are included
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die gespeicherte Abbildungsinformation die Form eines Kennfeldes hat, welches die Ausgangsgroße/n direkt oder indirekt enthalt, und bei dem im Schritt f) ein oder mehrere gespeicherte Werte verändert werdenA method according to any one of claims 1 to 12, wherein the stored mapping information is in the form of a map containing the output size (s) directly or indirectly, and in which one or more stored values are changed in step f)
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Abbildung der Eingangsgröße/n auf die Ausgangsgroße/n durch einen Neuronales-Netz- Algorithmus erfolgtMethod according to one of Claims 1 to 13, in which the mapping of the input variable (s) to the output variable (s) is performed by a neural network algorithm
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Ausgangsgroße durch Verknüpfung eines die abgespeicherte Abbildungsinformation repräsentierenden Stutzwertevektors (Θ) und eines von der/den Eingangsgroße/n abhangigen Aktivierungsvektors (A) gebildet wirdMethod according to Claim 14, in which the output variable is formed by combining a trimming value vector (Θ) representing the stored image information and an activation vector (A) which depends on the input variable (s)
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Verknüpfung linear ist, und insbesondere die Form eines Skalarprodukts hatThe method of claim 15, wherein the link is linear, and in particular has the form of a dot product
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem der Aktivierungsvektor (A) normiert ist und nur vom Abstand der Eingangsgroße/n zu den Stutzstellen abhangt, die der Vektordarstellung zugrundehegenA method according to claim 15 or 16, wherein the activation vector (A) is normalized and depends only on the distance of the input size (s) to the trellis points underlying the vector representation
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem die Abbildung der Eingangsgröße/n auf die Ausgangsgroße/n im wesentlichen lokal istThe method of any one of claims 14 to 17, wherein the mapping of the input quantity (s) to the output quantity (s) is substantially local
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem nur diejenige/n Komponenten/n des Aktivierungsvektors (A) nennenswert große Werte erhalt/erhalten, die im geringem Abstand zu der/den Eingangsgroße/n hegt/liegen, wahrend Komponenten in größerem Abstand vernachlassigbar klein sind oder verschwindenProcess according to Claim 18, in which only those components (s) of the activation vector (A) are given appreciably large values, which in the at a small distance from the input size (s), while components at a greater distance are negligibly small or disappear
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem die Komponenten A, des Aktivierungsvektors (A) vom Abstand dt der Eingangsgroße/n zu der zugehörigen Stύtzstelle i gemäß einer Zentrumsfünktion, insbesondereMethod according to one of claims 15 to 19, wherein the components A, the activation vector (A) from the distance d t of the input size / n to the associated support point i according to a Zentrumsfünktion, in particular
A1 ~ e -- σ " oder A^ ι abhangen, wobei σ ein Breitenparameter istA 1 ~ e - σ " or A ^ ι depend, where σ is a width parameter
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei welchem die Veränderung der Abbildungsinformation im wesentlichen in dem Bereich des Abstands von einer Abweichungsstelle erfolgt, der auch in die Abbildung der an dieser Stelle liegende/n Eingangsgröße/n auf die Ausgangsgroße/n einbezogen wurdeA method according to any one of claims 14 to 20, wherein the variation of the mapping information occurs substantially in the range of the distance from a deviation location which has also been included in the mapping of the input quantity (s) at that location to the output magnitude (s)
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, bei dem die Veränderung der Abbildungsinformation im wesentlichen lokal zur Abweichungsstelle erfolgtMethod according to one of Claims 14 to 21, in which the change in the image information takes place substantially locally to the point of deviation
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, bei dem die Veränderung der Abbildungsinformation erfolgt, indem zu dem Stutzwertevektor (Θ) ein Stutzwertekorrekturvektor (ΔΘ) addiert wird, welcher einer Verknüpfung, und zwar insbesondere dem Produkt des Abweichungswerts (e) mit dem Aktivierungsvektors (A) proportional istMethod according to one of Claims 15 to 22, in which the image information is modified by adding to the trimming value vector (Θ) a trimming value correction vector (ΔΘ) which is associated with the activation vector (especially the product of the deviation value (e)). A) is proportional
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, bei dem die Adaption der gespeicherten Abbildungsinformation bzw der Lernprozeß mit einemMethod according to one of claims 14 to 23, wherein the adaptation of the stored image information or the learning process with a
Adaptionsgesetz mit Stabilität und Parameterkonvergenz geschiehtAdaptation law with stability and parameter convergence happens
Vorrichtung zur Gemischsteuerung bei einem Verbrennungsmotor, umfassend a) wenigstens eine Einrichtung zur Messung wenigstens einer Große, mit der die in einen Brennraum des Verbrennungsmotors gelangende Luftmasse imDevice for mixture control in an internal combustion engine, comprising a) at least one device for measuring at least one variable, with which the air mass reaching into a combustion chamber of the internal combustion engine in the
Zusammenhang steht (sog Eingangsgroße), b) wenigstens eine Stelleinrichtung zum Zufuhren von Kraftstoff; c) wenigstens eine Einrichtung zur Messung einer Größe, die Information über das so entstandene Gemisch oder dessen Verbrennung trägt (sog. Istgröße); d) wenigstens einen Speicher zur Aufnahme der veränderlichenContext stands (so-called input size), b) at least one adjusting device for supplying fuel; c) at least one device for measuring a variable that carries information about the resulting mixture or its combustion (so-called actual size); d) at least one memory for receiving the variable
Abbildungsinformation; e) und einen zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 programmierten und/oder fest verdrahteten Rechner.Mapping information; e) and a programmed for carrying out the method according to claim 1 and / or hard-wired computer.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, bei dem der Rechner zur Ausführung einer oder mehrerer Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß Anspruch 2 bis 24 programmiert bzw. verdrahtet ist. 26. The apparatus of claim 25, wherein the computer for executing one or more embodiments of the method according to claim 2 to 24 programmed or wired.
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