VERFAHREN ZUR AUTOMATISCHEN ERSTELLUNG VON GEGLÄTTETEN KENNFELDERN FÜR EINE ELEKTRONISCHE MOTORSTEUERUNG EINER KOLBENBRENNKRAFTMASCHINE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Erstellung von geglätteten Kennfeldern für eine elektronische Motorsteuerung einer Kolbenbrennkraftmaschine. Solche Verfahren sind an side bekannt (vergl. WO-A- 95 33 132).

[0002] In der modernen Industriegesellschaft spielt Mobilität für den Transport von Gütern und für die Fahrten zur Arbeit eine große Rolle. Ein großer Teil dieser Bewegungen findet auf der Straße statt, und dabei spielt die Kolbenbrennkraftmaschine als Antriebsquelle die dominierende Rolle.

[0003] In der letzten Zeit sind die Emissionen von Kolbenbrennkraft-maschinen in den Brennpunkt der öffentlichen Diskussion gerückt. Dies schlägt sich in der Gesetzgebung in Form von immer geringeren Emissionsgrenzwerten nieder. Des weiteren steigen die Preise für die benötigten Treibstoffe. Beides führt dazu, daß emissionsärmere und verbrauchsärmere Kolbenbrennkraftmaschinen erforderlich sind.

[0004] Um dieses Ziel zu erreichen, müssen Kolbenbrennkraftmaschinen nach modernsten Erkenntnissen entwickelt und konstruiert werden. Dabei spielt nicht nur eine moderne mechanische Konstruktion eine Rolle, sondern der Elektronik kommt, bedingt durch die enorm steigenden Möglichkeiten und die Flexibilität, eine immer größere Bedeutung zu.

[0005] Wo früher mechanische Fliehkraftversteller den Zündzeitpunkt den Erfordernissen angepaßt haben, ist heute ein elektronisches Steuergerät im Einsatz. Dieses kann Einflußgrößen wesentlich genauer berücksichtigen und leichter an verschiedene Einsatzzwecke angepaßt werden.

[0006] In diesen Steuergeräten sind die Abhängigkeiten zwischen Eingangsgrößen, beispielsweise Drehzahl, und den Ausgangsgrößen, d. h. die Verstellgrößen, wie beispielsweise Zündwinkel, Einspritzmenge etc., in Kennfeldern abgelegt, die für jeden Betriebszustand einer Kolbenbrennkraftmaschine entsprechende Kennfeldpunkte enthalten, die die aktuellen Werte für die Verstellgrößen vorgeben.

[0007] Bei der Entwicklung einer Kolbenbrennkraftmaschine müssen die notwendigen Kennfelder mit Werten gefüllt werden. Bisher wurden die Kennfelder von besonders erfahrenen Entwicklern aufgrund von Prüfstandsmessungen, durch heuristische Methoden und zum Teil auch intuitiv auf der Basis von Messungen an einer Referenzmaschine erstellt. Dies nahm erhebliche Entwicklungszeit in Anspruch und ergab in der Regel keine optimalen Ergebnisse.

[0008] Der Aufwand für die Abstimmung der Kennfelder hängt stark von der Anzahl der zu kalibrierenden Parameter ab. Dabei nimmt die Anzahl der Freiheitsgrade in Steuergeräten zu, beispielsweise durch die Einführung von Abgasrückführung (AGR), Nockenwellenverstellung, variablem Ansaugsystem, um nur einige zu nennen. Die dann erforderliche Lösung einer mehr als dreidimensionalen Optimierungsaufgabe mit vielen Parametern ist für Menschen kaum noch überblickbar.

[0009] Aus diesem Grunde wurden Systeme zur automatischen Kennfeldoptimierung und entsprechende Software entwickelt. Diese erstellen Kennfelder aufbauend auf Prüfstandsmessungen und mathematisch fundierten Algorithmen. Es sind deshalb weniger Straßentests mit Fahrzeugen erforderlich, und eine Optimierung der Kolbenbrennkraftmaschine ist möglich, auch wenn das Gesamtfahrzeug noch nicht vorhanden ist. Dadurch wird zum einen die Entwicklungszeit und somit die "time-to-market" verkürzt und folglich tritt eine Kostenersparnis ein. Zum anderen sind die erzeugten Ergebnisse reproduzierbar und nicht von einem menschlichen Optimierer abhängig, der mit Intuition arbeitet. Das Optimierungssystem ist außerdem leichter adaptierbar und an andere Vorgaben anzupassen.

[0010] Wegen des relativ geringen Zeitbedarfs kann die automatische Optimierung mit verschiedenen Konfigurationen mehrfach durchgeführt werden. Dies eröffnet die Möglichkeiten verschiedene Szenarien durchzuspielen, die im praktischen Versuch mit vernünftigem Aufwand nicht durchführbar wären.

[0011] Mit den bisher angewendeten Verfahren ist es zwar möglich, für eine gegebene Konstruktion einer Kolbenbrennkraftmaschine "Mutter"-Kennfelder zu erstellen, nach denen für die spätere Serienfertigung und auch für die in Serie zu fertigende Motorsteuerung die entsprechenden Kennfeld-Datenträger erstellt werden können. Der Nachteil des bisher angewandten Verfahrens besteht jedoch darin, daß während der Durchführung der automatischen Optimierung für jede Stützstelle bzw. für jeden Betriebspunkt eines Kennfeldes ein Wert erzeugt wird, ohne jedoch die Zusammenhänge zwischen benachbarten Stützstellen zu beachten. Dadurch ergeben sich Sprünge in den Kalibrierdaten benachbarter Stützstellen, die die Übertragbarkeit des Optimierungsergebnisses sowie die Fahrbarkeit im praktischen Fahrzeugeinsatz gefährden. Starke Sprünge von Kalibrierdaten benachbarter Betriebspunkte müssen deshalb vermieden werden.

[0012] Sprünge treten dabei in zwei Phasen der Optimierung auf: Zum einen besteht das Problem, daß Abstimmungsergebnisse innerhalb eines nach gleichen Kriterien optimierten Kennfeldbereiches derartige Verstellgrößensprünge aufweisen. Zum anderen ergibt sich ein weiteres Problem von sprunghaften Übergängen beim Zusammenfügen von nach unterschiedlichen Kriterien optimierten Kennfeldbereichen.

[0013] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, das schon während des Optimierungslaufes eine Vermeidung zu starker Sprünge der Kalibrierdaten bewirkt und dennoch ein gutes Optimierungsergebnis zuläßt und die Erstellung eines geglätteten Kennfeldes ermöglicht.

[0014] Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst. Erfinderische Abwandlungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

[0015] Die Erfindung wird nachstehend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ein Blockschaltbild für einen Prüfstand mit Kennfeldoptimierung,

Fig. 2

den Arbeitsablauf des Prüfstands gemäß Fig. 1 als Blockschaltbild,

Fig. 3

ein ungeglättetes Kennfeld, erstellt nach dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 4

ein geglättetes Kennfeld, erstellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 5

die Darstellung eines Verstellgrößensprungs für eine variable Stellgröße,

Fig. 6

die Darstellung des Verstellgrößensprungs gemäß Fig. 5 in einem Koordinationssystem für zwei Variable,

Fig. 7

ein Flußdiagramm für eine Kennfeldoptimierung mittels einer vorgegebenen Gütefunktion,

Fig. 8

ein Detail-Flußdiagramm zur Erläuterung der Optimierung der Ziel- und Grenzwertgrößen,

Fig. 9

die Wirkungsweise einer Überlagerung einer Gütefunktion mit einer Incentivfunktion,

Fig. 10

ein Detail-Flußdiagramm für eine Kennfeld-optimierung bei Überlagerung einer Gütefunktion mit einer Incentivfunktion,

Fig. 11

ein Detail-Flußdiagramm für eine Kennfeld-optimierung mittels Gütefunktion und Verstellgrößendifferenzerfassung,

Fig. 12

ein Detail-Flußdiagramm für eine Kennfeldoptimierung zur Begrenzung der Rauhheit in jeder Betriebsstufe.

[0016] Fig. 1 zeigt einen Prüfstand mit automatisch arbeitendem Kennfeldoptimierungssystem 1, mit Eingangsinformationen I_ein und Ausgangsinformationen I_aus sowie einer Kennfeldausgabe K_aus, elektrischem Motorsteuergerät 2, Referenz-Kolbenbrennkraftmaschine 3 für eine Serie und den erforderlichen Meßeinrichtungen 4. Die Eingangsinformationen des Systems werden zum Teil vom Benutzer vorgegeben (Grenzwerte, Ziele und zu optimierende Kennfeldpunkte) und zum Teil vom System während der Optimierung vom Motorprüfstand angefordert (Meßwerte). Dazu gibt das System Verstellgrößen vor, die automatisch an der Kolbenbrennkraftmaschine 3 eingestellt werden, und wertet daraufhin die Meßwerte zur Bestimmung optimaler Verstellgrößen aus. Schließlich erzeugt das System als Ergebnis Kennfelder, die in das Motorsteuergerät 2 der Kolbenbrennkraftmaschine 3 übertragen werden, für die die Optimierung durchgeführt wurde. Im Motorsteuergerät 2 sind zusätzlich alle Werte berücksichtigt, die für den Einsatz der Kolbenbrennkraftmaschine 3 in einem vorgegebenen Fahrzeug relevant sind.

[0017] In Fig. 2 ist der Arbeitsablauf des Prüfstands aus Fig. 1 mit beispielhaften Eingangsinformationen und Beispielen für Verstellgrößen wiedergegeben, für die jeweils ein Kennfeld zu erstellen ist und welche Meßwerte hierbei erfaßt werden können. Die einzelnen Bauelemente des Prüfstands sind hier mit dem Bezugszeichen aus Fig. 1 kenntlich gemacht. Sowohl für das Motorsteuergerät 2 des Prüfstands als auch für die Meßeinrichtung 4 ist angedeutet, daß weitere Steuerelemente und Meßeinrichtungen vorgesehen sein können. Das Kennfeldoptimierungssystem bestimmt während der automatischen Kennfeldoptimierung für jeden Kennfeldpunkt (Kennfeldpunkt = eine Kombination der Eingangsgrössen), also beispielsweise Last und Drehzahl einen Verstellgrößenwert, also beispielsweise den Zündzeitpunkt. Jedoch werden dabei keine Zusammenhänge zwischen benachbarten Kennfeldpunkten beachtet.

[0018] Wie Fig. 3 zeigt, ergeben sich bei dieser Art der Kennfelderstellung Sprünge in den Verstellgrößenwerten zu benachbarten kennfeldpunkten, die die Übertragbarkeit des Optimierungsergebnisses ins Motorsteuergerät sowie die Fahrbarkeit im praktischen Fahrzeugeinsatz gefährden. Große Verstellgrößensprünge benachbarter Kennfeldpunkte müssen deshalb vermieden werden. Es muß ein "geglättetes" Kennfeld erzeugt werden, wie dies zum Vergleich in Fig. 4 darstellt ist. Ein glattes Kennfeld ist durch kleine Verstellgrößensprünge gekennzeichnet.

[0019] Der Verstellgrößensprung, der zur Bewertung der Glattheit eines Kennfeldes benutzt wird, wird anhand von Fig. 5 erläutert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird ein Beispiel gezeigt, bei dem nur eine Verstellgröße, hier der Zündzeitpunkt ZZP, betrachtet wird.-Der Zündzeitpunkt hängt in diesem Beispiel nur von einer veränderbaren Eingangsgröße, hier der Drehzahl n, ab, während der Wert für das Moment konstant gehalten wird. Dargestellt sind eine Drehzahl n_a, genannt "aktuelle Drehzahl" und zwei Nachbarn "n1" und "n2". Die aktuelle Drehzahl hat den Zündzeitpunkt ZZP_a und die beiden Nachbarn haben die Zündzeitpunkte ZZP1 und ZZP2.

[0020] Bei der aktuellen Drehzahl n_a wird ein "ideal glatter Zündzeitpunkt" bestimmt, der zu einem glatten Kennfeld führt. Zur Bestimmung dieses "idealen Zündzeitpunktes" bei der aktuellen Drehzahl wird eine Interpolation zwischen den Zündzeitpunkten der Nachbarn durchgeführt, in Fig. 5 durch eine gestrichelte Gerade dargestellt zwischen ZZP1 und ZZP2. Die Differenz zwischen dieser Geraden und den Zündzeitpunkt ZZP_a bei der aktuellen Drehzahl wird als Verstellgrößensprung definiert. Je kleiner der Verstellgrößensprung (hier der Zündzeitpunktsprung) ist, desto glatter ist das Kennfeld im aktuellen Punkt (hier bei der aktuellen Drehzahl) bezogen auf seine Nachbarn.

[0021] Für Verstellgrößen, die sich üblicherweise linear ändern, geschieht die Bestimmung des idealen Verstellgrößenwerts durch lineare Interpolation. Allgemein betrachtet können aber auch andere Interpolationen zum Einsatz kommen.

[0022] Im Normalfall hängen die Kennfeldpunkte von (mindestens) zwei Eingangsgrößen, beispielsweise der Zündzeitpunkt von Drehzahl n und Last M ab. In diesem Fall gibt es mehr als zwei benachbarte Kennfeldpunkte, zwischen denen der ideale Verstellgrößenwert interpoliert werden muß, wie Fig. 6 zeigt. Die Darstellung gemäß Fig. 5 ist in das Koordinatensystem von Fig. 6 eingezeichnet. Um nun zu einem glatten Kennfeld zu kommen, reicht es nicht aus, die in Fig. 5 angegebene Interpolation vorzunehmen, sondern es müssen zusätzlich die Werte der übrigen benachbarten Kennfeldpunkte, beispielsweise N7 und N3, berücksichtigt werden.

[0023] In gleicher Weise verfährt man auch für andere Verstellgrößen, z.B. Einspritzmenge, Einspritzbeginn, Abgasrückführrate usw. In diesen Fällen wird für jede Verstellgröße eine Interpolation zwischen den benachbarten Kennfeldpunkten zur Bestimmung des idealen Verstellgrößenwerts durchgeführt.

[0024] Zur Bestimmung der günstigsten Verstellgrößenkombination wird eine sogenannte Gütefunktion benutzt. Das Optimierungsziel ist es, die vorgegebenen Grenzwerte (z. B. für die Abgasemissionen) zu unterschreiten. Die Gütefunktion setzt sich zusammen aus allen zu optimierenden Größen G₁ bis G_n (z. B. Verbrauch, Emissionen, ...) und den zugehörigen Grenzwerten GW₁ bis GW_n. Das Gewicht der einzelnen Größen in der Gütefunktion wird durch Faktoren λ₁ bis λ_n festgelegt. Somit lautet die Gütefunktion:

[0025] Als Beispiel sei eine Gütefunktion für eine Optimierung des Kraftstoffverbrauchs b_e bei gleichzeitiger Anforderung an die Einhaltung eines Stickoxidgrenzwertes (NO_x) gegeben.

[0026] Wenn NO_x den aktuell gemessenen NO_x-Wert bezeichnet und NO_xMax den einzuhaltenden Grenzwert und b_e den aktuell gemessenen Kraftstoffverbrauch, so lautet die Gütefunktion für diesen Anwendungsfall:

[0027] Bei der Optimierung wird ein Minimum der Gütefunktion bestimmt. Der Ablauf einer solchen Optimierung im Kennfeldoptimierungssystem 4 ist in Fig. 7 in Form eines Flußdiagramms erläutert und dargestellt. Im genannten Beispiel wird der ZZP variiert, bis das Minimum der Gütefunktion gefunden ist. Sollte bei diesem Minimum der Grenzwert für NO_x noch überschritten werden, so kann die Gütefunktion durch Variation der Lagrangefaktoren λ₁ und λ₂ auf eine größere Empfindlichkeit gegenüber dem Stickoxidwert getrimmt werden und erneut ein Minimum gesucht werden.

[0028] Die zu optimierenden Größen sind eine Funktion der Verstellgrößen und des Kennfeldpunktes:

[0029] Für das genannte Beispiel bedeutet das:

[0030] Das Minimum der Gütefunktion für das gesamte Kennfeld wird bestimmt, indem in jedem Kennfeldpunkt das Minimum der Gütefunktion durch Variation der Verstellgrößen bestimmt wird, wie in Fig. 8 dargestellt. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel gilt für einen Kennfeldpunkt, daß n und M konstant gehalten werden und das Minimum des ZZP bestimmt wird. Die Bestimmung der Minima wird in jedem Kennfeldpunkt durchgeführt. Die Verstellgrössenwerte, die zu diesen Minima gehören, sind die optimalen Verstellgrößenwerte bezüglich der Optimierungsziele im jeweiligen Kennfeldpunkt. Das Ergebnis dieser Verfahrensweise ist ein ungeglättetes Kennfeld entsprechend Fig. 3, das noch erhebliche Verstellgrößensprünge aufweist.

[0031] Zur Vermeidung von Verstellgrößensprüngen muß nun während des Rechengangs zur Optimierung Einfluß auf die Gütefunktion genommen werden. Dadurch wird das Entstehen von Kennfeldsprüngen im Lauf der Optimierung vermieden. Die Glattheit des zu erstellenden Kennfeldes wird zu diesem Zweck als zusätzliche Randbedingung bei der Optimierung berücksichtigt.

[0032] In einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt dies dadurch, daß im Rechengang eine Verstellgrößenkombination, die zu einem glatten Kennfeld führt, "belohnt" wird, so daß sie bei der Optimierung bevorzugt wird gegenüber anderen Verstellgrößenkombinationen, die gleiche oder sogar bessere Resultate bezüglich der übrigen Randbedingungen liefern, aber zu größeren Verstellgrößensprüngen führen.

[0033] Auf die Gütefunktion wird hierbei Einfluß genommen durch eine sogenannte Incentivefunktion zur Belohnung günstiger Verstellgrößenkombination hinsichtlich der Glattheit, die wie folgt formuliert werden kann:

[0034] VG1 bis VGx bezeichnen dabei die Verstellgrößen, Opt1 bis Optx die Optima der entsprechenden Verstellgrößen in den benachbarten Betriebsstufen. a bis d sind Faktoren, die den Einfluß der jeweiligen Verstellgröße in der Incentivfunktion bestimmen.

[0035] Als Beispiel sei die Incentivfunktion für den Zündzeitpunkt ZZP als Verstellgröße dargestellt, wobei M1 das Optimum des Zündzeitpunkts aus den benachbarten Betriebsstufen ist. Das Optimum ist der "ideale Verstellgrößenwert", d. h. der interpolierte Wert aus den Optima der benachbarten Betriebsstufen:

[0036] Diese Incentivfunktion wird der Gütefunktion überlagert. Es ergibt sich eine neue Gütefunktion, die ein anderes Minimum hat und damit zu einer anderen Verstellgrößenkombination führt:

[0037] Für das Beispiel lautet die überlagerte Funktion:

[0038] Die Wirkungsweise einer solchen Incentivfunktion ist in Fig. 9 wiedergegeben. Optimiert werden soll der Zündzeitpunkt (Verstellgröße) unter Berücksichtigung von minimalem Verbrauch (Zielgröße). Die Gütefunktion ist in diesem Fall der Verlauf des Verbrauchs über dem Zündzeitpunkt. Dabei sollen glatte Übergänge zu benachbarten Kennfeldpunkten erzeugt werden.

[0039] In einem Kennfeldpunkt "a" wurde der Zündzeitpunkt x als optimal bestimmt hinsichtlich des Verbrauchs (Fig. 9). Im benachbarten Kennfeldpunkt 2 soll nun eine Optimierung des Zündzeitpunkts unter Berücksichtigung der Glattheit durchgeführt werden. In diesem Kennfeldpunkt "b" würde der Zündzeitpunkt y als optimal bestimmt hinsichtlich des Verbrauchs, weil das Minimum M2 kleiner ist als das Minimum M1 (Fig. 9).

[0040] Die Verstellgrößenkombination im Minimum M1 führt jedoch zu einer größeren Glattheit als die Verstellgrößenkombination im Minimum M2, da für den benachbarten Kennfeldpunkt 1 die optimale Verstellgrößenkombination beim Minimum M1 und nicht beim Minimum M2 liegt.

[0041] Zur Beeinflussung der Glattheit wird deshalb auf die Gütefunktion Güte_Bsp die Incentivfunktion Incentiv_Bsp addiert, die ihr Minimum beim Zündzeitpunkt x des Kennfeldpunktes "a" hat deren Funktionswert um so ungünstiger wird, je weiter der Zündzeitpunkt vom Zündzeitpunkt x abweicht (Fig. 9). Durch die Addition ergibt sich die neue Gütefunktion Güte_IncentivBsp für den Kennfeldpunkt "b", (Fig. 9). Bei der Optimierung im Kennfeldpunkt "b" wird nun der Zündzeitpunkt im Minimum M1 gefunden, der näher beim Zündzeitpunkt x des benachbarten Kennfeldpunktes liegt als der Zündzeitpunkt y. Das führt zu einer günstigeren Verstellgrößenkombination hinsichtlich der Glattheit.

[0042] Dieses Verfahren wird nun iterativ auf alle Kennfeldpunkte angewendet. Jeder Kennfeldpunkt wird dadurch bei den Optimierungsläufen abwechselnd sowohl Nachbar, der Einfluß auf den gerade zu optimierenden Punkt hat, als auch zu optimierender Punkt, der durch seine Nachbarn beeinflußt wird. Im allgemeinen Fall mit mehreren Nachbarn wird eine Incentivfunktion benutzt, die entsprechend mehrere Minima in Abhängigkeit von den optimalen verstellgrößen der Nachbarn hat. Das Beispiel benutzt eine lineare Incentivfunktion. In Abhängigkeit vom Verlauf der Gütefunktion und anderen beteiligten Größen können jedoch, je nach Erfordernis, auch nichtlineare Incentivfunktionen zum Einsatz kommen, um den beschriebenen Einfluß auf die Gütefunktion zu erreichen.

[0043] Der iterative Ablauf einer Kennfeldoptimierung mit Beeinflussung durch eine Incentivfunktion ist in Fig. 10 erläutert und dargestellt.

[0044] In einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens wird aus dem Verstellgrößensprung eines Kennfeldpunktes ein Maß für die Glattheit in diesem-Punkt ermittelt.

[0045] Dazu wird im aktuellen Kennfeldpunkt die Differenz zwischen dem idealen Wert und dem bei der Optimierung gefundenen Wert gebildet. Diese Differenz wird Verstellgrößendifferenz genannt. Die verstellgrößendifferenz wird, wie andere Randbedingungen, z. B. die Emissionswerte, in die Optimierung mit einbezogen.

[0046] Die Verstellgrößendifferenz wird statt der Incentivfunktion als zusätzliche Randbedingung in die Optimierung mit einbezogen. Dazu wird sie wie ein Meßwert der Kolbenbrennkraftmaschine behandelt. Bei jeder Messung an der Kolbenbrennkraftmaschine wird sie aus den Verstellgrößen der benachbarten und der aktuellen Betriebsstufe errechnet. Die Verstellgrößendifferenz geht, genau wie die Abgasemmissionen, in die Gütefunktion mit ein. Also kann einer der Werte G₁ bis G_n die Glattheitsinformation enthalten:

[0047] Für eine Optimierung von Kraftstoffverbrauch und Stickoxidentwicklung unter Vorgabe einer maximalen Rauhheit R_max (Rauhheit = Gegenteil von Glattheit) erhält man:

wenn R der aktuell ermittelte Wert für die Rauhheit ist.

[0048] Im folgenden wird das Vorgehen für eine Verstellgröße beschrieben. Falls es mehrere Verstellgrößen gibt, wird das Verfahren für jede Verstellgröße angewendet.

[0049] Man betrachtet eine Betriebsstufe im Kennfeld, genannt aktuelle Betriebsstufe BS, und ihre Nachbarn. Während der Optimierung dieser Betriebsstufe sind die Verstellgrößenwerte der Nachbarn konstant, da nur der Verstellgrößenwert der aktuellen Betriebsstufe variiert wird. Aus den Verstellgrößenwerten der Nachbarn wird der optimale Verstellgrößenwert für die aktuelle Betriebsstufe errechnet.

[0050] In der aktuellen Betriebsstufe wird ein Minimum der Gütefunktion gesucht. Die Verstellgröße des aktuellen Punktes wird dazu variiert um das Minimum zu finden, wie aus dem Flußdiagramm gemäß Fig. 11 ersichtlich. Dabei ergibt sich für jeden Verstellgrößenwert eine andere Verstellgrößendifferenz entsprechend dem unterschiedlich glatten Verstellgrößenverlauf zu den Nachbarn.

[0051] Am Ende eines Optimierungszyklus (Optimierung aller Kennfeldpunkte) wird für die Rauhheit ein globaler Wert R berechnet. "Global" heißt: für das ganze Kennfeld. Dazu werden alle Verstellgrößendifferenzen aufsummiert. Dieser Rauhheitswert wird mit dem globalen Grenzwert für die Rauhheit R_max verglichen. Ein kleiner Grenzwert entspricht einer kleinen Rauhheit entsprechend einer guten Glattheit des Kennfeldes.

[0052] Wird dieser Grenzwert überschritten, wird der Faktor λ (im obigen Beispiel λ₃) der Rauhheit in der Gütefunktion derart modifiziert, vorzugsweise erhöht, daß die Rauhheit einen stärkeren Einfluß auf die Gütefunktion bekommt. Im nächsten Optimierungslauf werden die optimalen Verstellgrößen für die geänderte Gütefunktion bestimmt. Da diese Gütefunktion stärker von der Rauhheit abhängig ist, werden günstigere Werte für die Verstellgrößen bezüglich der Glattheit erreicht.

[0053] Durch die Vorgabe eines globalen Grenzwerts wird die Rauhheit für das gesamte Kennfeld begrenzt. Hierbei spielt es keine Rolle, welchen Anteil die einzelnen Betriebsstufen am Gesamtergebnis haben, sondern nur, daß der Grenzwert unterschritten wird. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis alle Optimierungsziele erreicht werden.

[0054] Bei der Begrenzung der Rauhheit durch einen globalen Grenzwert können lokale, vorhandene Verstellgrößendifferenzen durch glatte Teile des Kennfeldes im Summenwert der Rauhheit ausgeglichen werden. "Lokal" heißt: In einem Kennfeldpunkt. Lokale Rauhheiten sind jedoch unerwünscht.

[0055] Um diese lokalen Verstellgrößendifferenzen klein zu halten, wird die Rauhheit des Kennfeldes in jeder einzelnen Betriebsstufe durch die Einführung und Vorgabe eines lokalen Grenzwertes R(n,M) begrenzt. Das führt dazu, daß Verstellgrößenkombinationen, die diesen Grenzwert überschreiten, sofort bei der Optimierung dieses Kennfeldpunktes verworfen werden, wie in Fig. 12 angedeutet.

[0056] Die Kennfelder von Kolbenbrennkraftmaschinen werden in mehrere Gebiete geteilt, in denen unterschiedliche Randbedingungen und Optimierungsziele gelten. Ein Gebiet ist durch den gesetzlich vorgeschriebenen Fahrzyklus (zur Begrenzung der Emissionen) vorgegeben und wird Fahrzyklusgebiet genannt. Andere Gebiete sind die Vollastkurve, auf der maximale Leistung gefordert wird und der Rest des Kennfeldes, in dem üblicherweise minimaler Verbrauch gewünscht wird, genannt Verbrauchsminimumgebiet.

[0057] Um eine Aussage über die Rauhheit im gesamten Kennfeld machen zu können, sind die Rauhheitswerte der verschiedenen Gebiete entsprechend zusammenzufassen. Dazu wird folgendes Verfahren angewandt:

[0058] Nach Abschluß der Optimierung liegt für jedes Gebiet ein Wert für die Rauhheit vor. Das Optimierungssystem errechnet diesen Wert für jedes Gebiet mit Hilfe der Verweildauern aus den Ergebnissen der einzelnen Betriebsstufen entsprechend wie bei Verbrauch und Emissionen.

[0059] Verweildauern sind nur für das Fahrzyklusgebiet durch den Fahrzyklus vorgegeben. Die Anzahl der Betriebsstufen und die Verweildauern in den einzelnen Betriebsstufen (für das Fahrzyklusgebiet) werden durch die Umrechnung des Fahrzyklus in stationäre Betriebsstufen bestimmt. Für die Vollastkurve und das Verbrauchsminimumgebiet gibt es keine entsprechenden Vorgaben.

[0060] Um auf der Vollastkurve und im Verbrauchsminimumgebiet eine Optimierung durchführen zu können, werden jedoch auch dort Verweildauern benötigt. Prinzipiell können beliebige Verweildauern angenommen werden. Da die Verweildauern jedoch auch zur Hochrechnung der Rauhheit benutzt werden, wird folgendes Verfahren zur Bestimmung der Verweildauern für Vollastkurve und Verbrauchsminimumgebiet angewandt:

[0061] Aus der Verweildauer und der Anzahl der Betriebsstufen im Fahrzyklusgebiet läßt sich die durchschnittliche Verweildauer in einer Betriebsstufe für das Fahrzyklusgebiet errechnen:

[0062] Diese durchschnittliche Verweildauer wird auch für die Betriebsstufen auf der Vollastkurve und im Verbrauchsminimumgebiet benutzt. Dadurch ist eine Berechnung der Rauhheit für das gesamte Kennfeld möglich: Die Ergebnisse aller Betriebsstufen werden (im Durchschnitt) mit derselben Verweildauer hochgerechnet. Der Anteil eines Gebietes am Gesamtergebnis ergibt sich deshalb als Verhältnis der Anzahl der Betriebsstufen im Gebiet zu der Gesamtzahl der Betriebsstufen im Kennfeld.

[0063] Mit dem dargestellten Verfahren läßt sich ein geglättetes Kennfeld erzeugen, wie der Vergleich zwischen Fig. 3 und Fig. 4 erkennen läßt. Dieses geglättete Kennfeld ermöglicht nicht nur die Erfüllung von Emissionsgrenzwerten, wie das Kennfeld gemäß Fig. 3, sondern durch die glatten Übergänge zwischen den Betriebsstufen sind die Übertragbarkeit ins Motorsteuergerät und die Fahrbarkeit sichergestellt. Die so beim Betrieb einer Referenz-Kolbenbrennkraftmaschine erstellten, geglätteten Kennfelder dienen dann als "Mutter"-Kennfelder für die Herstellung von Motorsteuergeräten für Kolbenbrennkraftmaschinen diesen Typs.

Ansprüche

1. Verfahren zur automatischen Erstellung von geglätteten Kennfeldern für elektronische Motorsteuerungen an Kolbenbrennkräftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Referenz-Kolbenbrennkraftmaschine mittels einer Motorsteuerung durch die Vorgabe von Sollwerten der Randbedingungen für den Betrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine die Verstellgrößenkombination der einzelnen aufeinanderfolgenden Betriebspunkte eingegeben werden, die Referenz-Kolbenbrennkraftmaschine in diesem Betriebspunkt gefahren und die hierbei auftretenden Ist-Werte und/oder Randbedingungen erfaßt und in einem der Motorsteuerung zugeordneten Optimierungssystem mit den Soll-Werten der Randbedingungen verglichen und bei Abweichungen durch das Optimierungssystem die Verstellgrößenkombinationen schrittweise optimierend geändert werden, wobei eine Gütefunktion für die jeweilige Änderung der verstellgrößenkombination im Optimierungssystem vorgegeben ist, und daß die Gütefunktion jeweils unter Berücksichtigung von bereits festgelegten Werten der Verstellgrößenkombination wenigstens eines benachbarten Betriebspunktes korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Güte der jeweiligen Verstellgrößenkombination definiert wird durch die Funktion

λ_i = Faktoren, G_i = zu optimierende Grössen mit zugeordneten Grenzwerten GW;

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter Berücksichtigung festgelegter Kennfeldwerte wenigstens eines benachbarten Betriebspunktes der Gütefunktion eine Incentivfunktion, a, b, c.. = Faktoren

VG_i = Verstellgrössen i mit zugrovdneten Optima VG_i i=1...X überlagert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweiligen Verstellgröße eine maximal zulässige Rauhheit für das zu erstellende Kennfeld vorgegeben und bei der Gütefunktion berücksichtigt wird.

Claims

1. A method for automatically generating smoothed characteristic diagrams for electronic engine controls on piston-type internal combustion engines, characterized in that on a reference piston-type internal combustion engine by means of an engine control the adjustment variable combination of the individual successive operating points is input by entering desired values for the marginal conditions for the operation of a piston-type internal combustion engine, that the reference piston-type internal combustion engine is driven at this operating point and the resulting actual values and/or marginal conditions are detected and, in an optimization system which is assigned to the engine control, are compared to the desired values for the marginal conditions and that in case of deviations, the adjustment variable combinations are changed and optimized step-by-step with the optimization system, whereby a quality function for the respective change in the adjustment variable combination is predetermined in the optimization system, and that the quality function is corrected, respectively by taking into account already fixed values for the adjustment variable combination of at least one neighbouring operating point.

2. A method according to claim 1, characterized in that the quality of the respective adjustment variable combination is defined by the function

λi = factors, Gi = variables to be optimized and their asociated limit values GWi.

3. A method according to claims 1 and 2, characterized in that by taking into account fixed characteristic diagram values of at least one of the neighbouring operating points, an incentive function is superimposed on the quality function:



VGi = adjustment variables i and their associated optima VG; i = 1...X

4. A method according to claims 1 and 2, characterized in that a maximum permissible roughness for the characteristic diagram to be generated is specified for the respective adjustment variable and is taken into account for the quality function.

Revendications

1. Procédé de création automatique de champs caractéristiques lissés pour des commandes électroniques de moteurs à combustion interne à piston, caractérisé en ce que, sur un moteur à combustion interne à piston de référence, à l'aide d'une commande de moteur, on entre la combinaison de grandeurs de réglage des points de fonctionnement individuels successifs en déterminant des valeurs de consigne des conditions marginales pour le fonctionnement d'un moteur à combustion interne à piston, on fait tourner le moteur à combustion interne à piston de référence sur ce point de fonctionnement, et on détermine les valeurs réelles et/ou conditions marginales intervenant alors, on les compare avec les valeurs de consigne des conditions marginales dans un système d'optimisation associé à la commande de moteur, et, en cas d'écarts, on modifie pas à pas les combinaisons de grandeurs de réglage en les optimisant à l'aide du système d'optimisation, une fonction de qualité pour la modification respective de la combinaison de grandeurs de réglage étant prédéterminée dans le système d'optimisation, et en ce que la fonction de qualité est corrigée à chaque fois en tenant compte de valeurs déjà fixées de la combinaison de valeurs de réglage d'au moins un point de fonctionnement voisin.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la qualité de la combinaison de grandeurs de réglage respective est définie par la fonction

Λ_i = facteurs, G_i = grandeurs à optimiser avec des valeurs limites associées GW_i.

3. Procédé selon la revendication 1 et 2, caractérisé en ce qu'en tenant compte de valeurs de champ caractéristique fixées d'au moins un point de fonctionnement voisin, une fonction de stimulation est superposée à la fonction de qualité, a, b, c... = facteurs

VG_i = grandeurs de réglage i avec des valeurs optimales associées VG_i ; i = 1, ...X

4. Procédé selon la revendication 1 et 2, caractérisé en ce que, pour la grandeur de réglage respective, une rugosité maximale admissible pour le champ caractéristique à créer est prédéterminée et prise en compte pour la fonction de qualité.

Zeichnung