DE10156557B4 - Method for automated calibration of the control of a machine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Kalibrierung der Steuerung einer Maschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei für zumindest einen Lastpunkt die Sensitivität verschiedener Betriebsparameter (X, Y, Z, ...) analysiert wird und unter Anwendung eines statistischen Versuchsplans für ausgewählte Messpunkte (M, M0) mit vorbestimmten Betriebsparametern (X, Y, Z, ...) Betriebsmessungen an der Maschine durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest einen nicht fahrbaren Messpunkt (M) Hilfsmesspunkte (A1, A2, A3, A4, ...) definiert werden, welche auf einer Verbindungslinie (L) zwischen einem stabilen Zentralmesspunkt (C) innerhalb der Betriebsgrenzen (G) der Maschine und dem Messpunkt (M) liegen, und dass der der Betriebsgrenze (B) am nächsten liegende fahrbare Hilfsmesspunkt (A1, A2, A3, A4, ...) als Ersatzmesspunkt (E) den weiteren Betriebsmessungen zugeführt wird.Method for calibrating the control of a machine, in particular an internal combustion engine, wherein for at least one load point, the sensitivity of various operating parameters (X, Y, Z, ...) is analyzed and using a statistical design plan for selected measuring points (M, M 0 ) with predetermined operating parameters (X, Y, Z, ...) operating measurements are performed on the machine, characterized in that for at least one non-mobile measuring point (M) auxiliary measuring points (A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , ... ), which lie on a connecting line (L) between a stable central measuring point (C) within the operating limits (G) of the machine and the measuring point (M), and in that the auxiliary auxiliary measuring point (A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , ...) as a replacement measuring point (E) is supplied to the further operating measurements.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung der Steuerung einer Maschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei für zumindest einen Lastpunkt die Sensitivität verschiedener Betriebsparameter analysiert wird und unter Anwendung eines statistischen Versuchsplans für ausgewählte Messpunkte mit vorbestimmten Betriebsparametern Betriebsmessungen an der Maschine durchgeführt werden.The The invention relates to a method for calibrating the controller a machine, in particular an internal combustion engine, wherein for at least a load point the sensitivity various operating parameters is analyzed and applied a statistical design plan for selected measurement points with predetermined Operating parameters Operating measurements are carried out on the machine.
Zum Stand der Technik werden folgenden Fundstellen genannt:
- SEARLE, S.R.: Linear Models for Unbalanced Data. New York [u.a.]: John Wiley & Sons, 1987;.
- DOUGLAS C. Montgomery: Design and Analysis of Experiments, John Wiley & Sons 1997;
- SCHEFFLER Eberhard: Statistische Versuchsplanung und -auswertung, Stuttgart: Deutscher Verlag der Grundstoffindustrie, 1997.
- SEARLE, SR: Linear Models for Unbalanced Data. New York [ua]: John Wiley & Sons, 1987 ;.
- DOUGLAS C. Montgomery: Design and Analysis of Experiments, John Wiley & Sons 1997;
- SCHEFFLER Eberhard: Statistical Experiment Planning and Evaluation, Stuttgart: German Publishing Industry of the Basic Industry, 1997.
Es ist bekannt, zur Kalibrierung der Steuerung von Brennkraftmaschinen für bestimmte Betriebspunkte mit vordefinierter Drehzahl und/oder Last eine Sensitivitätsanalyse für verschiedene Betriebsparameter durchzuführen. Die aus der Sensitivitätsanalyse gewonnen Erkenntnisse können zur optimierten Kalibrierung der Steuerung der Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Werden für einen Lastpunkt mehrere Betriebsparameter, beispielsweise Einspritzzeitpunkt, Zündzeitpunkt, Kraftstoffdruck, Saugrohrdruck, Abgasrückführrate, etc. gleichzeitig verstellt, so ergibt sich eine äußerst große Zahl an möglichen Parameterkombinationen, welche einzeln in Betriebsmessungen am Versuchsmotor überprüft werden müssten. Dies würde allerdings einen erheblichen Messaufwand verursachen. Um den Messaufwand auf ein realistisches Maß zu beschränken, wird eine nach bestimmten Gesichtspunkten ausgewählte Anzahl von repräsentativen Messpunkten ausgewählt, welche Basis einer mathematischen Modellbildung für die Zielfunktion sind. Die Optimierung der Betriebsparameter erfolgt dann am Modell. Auf diese Weise lässt sich der Messaufwand von. ursprünglich beispielsweise 8.000 Messungen auf beispielsweise 50 Messungen reduzieren. Die Auswahl der Messpunkte erfolgt üblicherweise nach statistischen Methoden, wobei je nach Zielsetzung und Fragestellung eine bestimmte Auswahlstrategie zur Anwendung kommt. Gemäß den Auswahlstrategien werden die Messpunkte entweder gleichmäßig in einem mehrdimensionalen Raummodell verteilt oder nach bestimmten Gesichtspunkten gewichtet. Da die Auswahl der Messpunkte in Unkenntnis der tatsächlichen Betriebsgrenzen nur nach rein statistischen Kriterien erfolgt, liegt – in Abhängigkeit des jeweiligen statistischen Versuchsplanes – ein Teil der ausgewählten Messpunkte außerhalb des stabilen Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine. Die nicht fahrbaren Messpunkte konnten bisher bei der Modellbildung nicht berücksichtigt werden, da keine Messwerte vorliegen. Die Aussagequalität der Untersuchung wird dadurch mehr oder weniger stark nachteilig beeinflusst.It is known for calibrating the control of internal combustion engines for certain Operating points with predefined speed and / or load a sensitivity analysis for different Operating parameters. The from the sensitivity analysis gained insights can for optimized calibration of the control of the internal combustion engine be used. Be for a load point several operating parameters, for example injection timing, ignition timing, Fuel pressure, intake manifold pressure, exhaust gas recirculation rate, etc. simultaneously adjusted, this results in an extremely large number at possible Parameter combinations, which are individually checked in operating measurements on the test engine would. This would However, cause a significant measurement effort. To the measuring effort to a realistic level restrict, becomes a selected number of representative ones according to certain criteria Selected measuring points, which basis of a mathematical modeling for the objective function are. The optimization of the operating parameters then takes place on the model. That way the measuring effort of. originally for example Reduce 8,000 measurements to eg 50 measurements. The Selection of the measuring points usually takes place according to statistical methods, whereby depending on the objective and the question one certain selection strategy is used. According to the selection strategies the measurement points are either uniform in a multidimensional Space model distributed or weighted according to certain criteria. Because the selection of measuring points in ignorance of the actual operating limits only according to purely statistical criteria, is - depending on of the respective statistical design plan - a part of the selected measurement points outside the stable operating range of the internal combustion engine. Not mobile measuring points could not be used in modeling considered because there are no measured values. The statement quality of the investigation is thereby more or less adversely affected.
Das Fehlen der Messpunkte im nicht stabilen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine ließe sich vermeiden, indem vor Auswahl der Messpunkte die genauen Betriebsgrenzen der Brennkraftmaschine für den jeweiligen Lastpunkt ermittelt werden würden. Diese Methode scheidet aber wegen des dafür nötigen unakzeptabel hohen Messaufwandes aus.The Absence of the measuring points in the unstable operating range of the internal combustion engine could avoid the exact operating limits before selecting the measuring points the internal combustion engine for the respective load point would be determined. This method is different but because of that force unacceptably high measurement effort.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einem automatisierten Verfahren zur Kalibrierung der Steuerung von Maschinen mit geringem Aufwand die Aussagekraft von Sensibilitätsanalysen zu verbessern.task The invention is to avoid these disadvantages and at a automated method of calibrating the control of machines with to increase the informative value of sensitivity analyzes.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass für zumindest einen nicht fahrbaren Messpunkt Hilfsmesspunkte definiert werden, welche auf einer Verbindungslinie zwischen einem stabilen Zentralmesspunkt innerhalb der Betriebsgrenzen der Maschine und dem Messpunkt liegen, und dass der der Betriebsgrenze am nächsten liegende fahrbare Hilfsmesspunkt als Ersatzmesspunkt den weiteren Betriebsmessungen zugeführt wird. Jeder Messpunkt wird für sich auf Limitverletzungen, das heißt auf Fahrbarkeit, überprüft. Stellt sich bei dieser Überprüfung heraus, dass ein Messpunkt außerhalb der Betriebsgrenzen der Brennkraftmaschine liegt und somit nicht fahrbar ist, so wird der Messpunkt nicht ersatzlos gestrichen, sondern durch einen Ersatzmesspunkt ersetzt. Die Zahl der ursprünglich ausgewählten Messpunkte wird somit nicht vermindert. Dies ermöglicht es, die Modellbildung mit der ursprünglich geplanten Anzahl an Messpunkten und nur geringfügig schlechterer Genauigkeit durchzuführen.According to the invention this is achieved by that for defined at least one non-mobile measuring point auxiliary measuring points which are on a connecting line between a stable Central measuring point within the operating limits of the machine and the measuring point, and that of the operating limit closest Mobile auxiliary measuring point as a replacement measuring point for the further operating measurements supplied becomes. Each measuring point is for checked for limit violations, ie driveability. provides out in this review, that a measuring point outside the operating limits of the internal combustion engine is and thus not is mobile, so the measurement point is not deleted without replacement, but replaced by a replacement measuring point. The number of originally selected measurement points is therefore not diminished. This allows the modeling with the originally planned Number of measuring points and only slightly worse accuracy perform.
In einer besonders einfachen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass aufeinanderfolgende Hilfsmesspunkte auf der Verbindungslinie gleichweit beabstandet definiert werden. Die Verbindungslinie kann dabei durch eine gerade Linie gebildet werden.In a particularly simple embodiment of Invention is provided that successive auxiliary measuring points be defined equally spaced on the connecting line. The connecting line can be formed by a straight line become.
Als Zentralmesspunkt kann jeder beliebige Punkt innerhalb der Betriebsgrenzen verwendet werden. Um den Messaufwand so klein wie möglich zu halten, ist es allerdings vorteilhaft, wenn ein einziger, stabiler Zentralmesspunkt innerhalb der Betriebsgrenzen für alle nicht fahrbaren Messpunkte gewählt wird.When Central measuring point can be any point within the operating limits be used. To keep the measurement effort as small as possible, However, it is advantageous if a single, stable central measuring point within the operating limits for all non-mobile measuring points are selected.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass ausgehend vom Zentralmesspunkt jeder Hilfsmesspunkt auf Fahrbarkeit geprüft wird, und dass der letzte fahrbare Hilfsmesspunkt als Ersatzmesspunkt den weiteren Betriebsmessungen zugeführt wird. Dies ermöglicht eine besonders rasche Bestimmung des Ersatzmesspunktes. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, dass ausgehend vom Messpunkt jeder Hilfsmesspunkt auf Fahrbarkeit überprüft wird, und dass der erste fahrbare Hilfsmesspunkt als Ersatzmesspunkt den weiteren Betriebsmessungen an der Maschine zugeführt wird.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that, starting from the central measuring point, each auxiliary measuring point is checked for driveability, and that the last mobile auxiliary measuring point is supplied as a replacement measuring point the further operating measurements. This allows a particularly rapid determination of the replacement measuring point. Alternatively, however, it is also possible that, starting from the measuring point, each auxiliary measuring point is checked for drivability, and that the first mobile auxiliary measuring point is supplied as a substitute measuring point to the further operating measurements on the machine.
Die Ergebnisse der Betriebsmessungen aller Messpunkte und Ersatzmesspunkte können zur Kalibrierung der Steuerung einer statistischen und/oder mathemati schen Auswertung, insbesondere Modellbildungsalgorithmen, beispielsweise Interpolationsverfahren, zugeführt werden.The Results of the operating measurements of all measuring points and replacement measuring points can for calibrating the control of a statistical and / or mathematical rule Evaluation, in particular modeling algorithms, for example Interpolation method supplied become.
In Weiterführung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Aufsuchen eines Ersatzmesspunktes die Einstellwerte von noch nicht den Betriebsmessungen unterzogenen Messpunkten neu berechnet werden. Dadurch kann eine ausgewogene Gesamtverteilung aller Messpunkte im n-dimensionalen Raum erreicht werden, um für die nachfolgende Modellbildung die höchstmögliche Qualität zu gewährleisten.In continuation The invention provides that, when looking for a replacement measuring point the Setting values of not yet subjected to the operational measurements Measuring points are recalculated. This can be a balanced Total distribution of all measuring points in n-dimensional space achieved be in order for the subsequent modeling to ensure the highest possible quality.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.The The invention will be explained in more detail below with reference to FIG.
Die Figur zeigt ein dreidimensionales Schaubild, in welchem Messpunkte für die Betriebsparameter X, Y, Z, etc., aufgetragen sind. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf dreidimensionale Abhängigkeiten beschränkt, sondern lässt sich besonders gut und vorzugsweise bei Lastpunkten mit mehr als drei Betriebsparametern anwenden.The FIG. 3 shows a three-dimensional graph in which measuring points for the Operating parameters X, Y, Z, etc., are plotted. Of course it is the inventive method not on three-dimensional dependencies limited, but lets especially good, and preferably at load points with more than apply three operating parameters.
Dient das Verfahren zur Kalibrierung der Steuerung von Brennkraftmaschinen, so können die Parameter X, Y, Z, etc., Einspritzzeitpunkt, Zündzeitpunkt, Kraftstoffdruck, Saugrohrdruck, Abgasrückführrate, oder ähnliches sein.serves the method for calibrating the control of internal combustion engines, so can the parameters X, Y, Z, etc., injection timing, ignition timing, Fuel pressure, intake manifold pressure, exhaust gas recirculation rate, or the like be.
Das beschriebene Verfahren dient dazu, um jeweils in einem bestimmten Betriebspunkt einer Brennkraftmaschine den Einfluss der Veränderung von bestimmten Betriebsparametern auf das Laufverhalten der Brennkraftmaschine zu untersuchen. Für ein oder zwei Betriebsparameter wäre die Untersuchung leicht durchzuführen und trivial. Mit zunehmender Anzahl an gleichzeitig zu verändernden Betriebsparametern steigt der damit verbundene Messaufwand allerdings stark an. Werden pro Betriebsparameter beispielsweise auch nur 10 verschiedene Werte untersucht, müssten bei zwei Parametern 100, bei drei Betriebsparametern 1.000, bei vier Betriebsparametern 10.000, und bei fünf Betriebsparametern 100.000 Messpunkte gefahren werden. Dieser Aufwand ist praktisch kaum durchführbar. Um den Messaufwand auf ein erträgliches Maß zu reduzieren, werden mit Hilfe von Methoden der statistischen Versuchsplanung charakteristische Messpunkte aus der Gesamtmenge ausgewählt. Je nach Anwendungsfall stehen dabei verschiedene Auswahlverfahren zur Verfügung. Mittels der Verfahren der statistischen Versuchsplanung kann beispielsweise eine geeignete Aufteilung der Messpunkte M, M0 in einem fünfdimensionalen Raum durchgeführt werden, beispielsweise mittels eines als "CCD (Center Composit Design)" bekannten statistischen Versuchsplanes. Auf diese Weise wird die Anzahl an Messpunkten M, M0 beispielsweise auf 50 reduziert, was einen realistischen und praktikablen Wert darstellt. Messpunkte außerhalb der Betriebsgrenzen G sind in der Fig, mit M, Messpunkte innerhalb der Betriebsgrenzen G mit M0 bezeichnet.The described method serves to investigate the influence of the change of specific operating parameters on the running behavior of the internal combustion engine in each case at a specific operating point of an internal combustion engine. For one or two operating parameters, the investigation would be easy to perform and trivial. However, as the number of operating parameters to be changed increases, the associated measurement effort increases greatly. If, for example, only 10 different values are examined per operating parameter, 100,000 measurement points would have to be run with two parameters, 1,000 with three operating parameters, 10,000 with four operating parameters, and with five operating parameters. This effort is virtually impossible to carry out. In order to reduce the measurement effort to an acceptable level, characteristic measurement points from the total quantity are selected with the aid of methods of statistical experimental design. Depending on the application, different selection procedures are available. By means of the methods of statistical experimental design, for example, a suitable division of the measurement points M, M 0 into a five-dimensional space can be carried out, for example by means of a statistical design known as "CCD (Center Composite Design)". In this way, the number of measuring points M, M 0 is reduced to 50, for example, which represents a realistic and practicable value. Measuring points outside the operating limits G are designated in the figure, with M, measuring points within the operating limits G with M 0 .
Da die genauen Betriebsgrenzen für die einzelnen Betriebsparameter nicht bekannt sind, das aus den Messdaten erstellte Modell aber einen möglichst großen Gültigkeitsbereich aufweisen soll, liegt im Allgemeinen ein Teil der mittels des Versuchsplanes ausgewählten Messpunkte M, M0 außerhalb des stabilen Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine. Derartige Messpunkte M außerhalb der Betriebsgrenzen B wurden bisher bei der Modellbildung nicht berücksichtigt. Insbesondere dann, wenn ein großer Teil der Messpunkte M, M0 außerhalb des Betriebsbereiches liegt, wird allerdings die Aussagekraft der Untersuchung stark verfälscht und abgeschwächt. Hier setzt das beschriebene Verfahren an.Since the exact operating limits for the individual operating parameters are not known, but the model created from the measured data should have the widest possible range of validity, a part of the measuring points M, M 0 selected by means of the test plan is generally outside the stable operating range of the internal combustion engine. Such measurement points M outside the operating limits B were previously not considered in the model formation. In particular, when a large part of the measuring points M, M 0 is outside the operating range, however, the validity of the investigation is strongly distorted and weakened. This is where the described method begins.
Es wird ein Zentralmesspunkt C ausgewählt, der mit Sicherheit einen stabilen und fahrbaren Betriebspunkt der Brennkraftmaschine darstellt. Dieser Zentralmesspunkt C wird mit außerhalb des Betriebsbereiches liegenden Messpunkten M verbunden. Auf der beispielsweise durch eine Gerade gebildeten Verbindungslinie L zwischen dem zentralen Messpunkt C und dem nicht fahrbaren Messpunkt M wird eine variable Anzahl an Hilfsmesspunkten A1, A2, A3, A4, etc. aufgetragen, welche gleichmäßig voneinander beabstandet sind. In einem weiteren Schritt wird jeder Hilfsmesspunkt A1, A2, A3, A4, etc. auf Limitverletzung untersucht, wobei vom Zentralmesspunkt C ausgegangen wird. Der zuletzt gefundene stabile Hilfsmesspunkt, also der Hilfsmesspunkt, der sich noch innerhalb der Betriebsgrenzen B befindet, wird zum Ersatzmesspunkt E erklärt. Der Ersatzmesspunkt E wird anstelle des durch den statistischen Versuchsplan vorgeschlagnen Messpunktes M für die weiteren Betriebsmessungen an der Brennkraftmaschine herangezogen. Aus Anschaulichkeitsgründen wurden in der Fig. für jeden Messpunkt M die gleichen Bezugszeichen verwendet.A central measuring point C is selected, which certainly represents a stable and mobile operating point of the internal combustion engine. This central measuring point C is connected to measuring points M lying outside the operating range. A variable number of auxiliary measuring points A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , etc., which are evenly spaced from one another, are plotted on the connecting line L formed for example by a straight line between the central measuring point C and the non-mobile measuring point M. In a further step, each auxiliary measuring point A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , etc. is examined for limit violation, starting from the central measuring point C. The last found stable auxiliary measuring point, ie the auxiliary measuring point, which is still within the operating limits B, is explained as a substitute measuring point E. The substitute measuring point E is used instead of the measuring point M proposed by the statistical experimental plan for the further operating measurements on the internal combustion engine. For reasons of clarity, the same reference numerals have been used in the figure for each measuring point M.
Auf diese Weise kann für jeden nicht fahrbaren vorgeschlagenen Messpunkt M ein Ersatzmesspunkt E gefunden werden, welcher sich nahe der Betriebsgrenze B befindet. Für die weiteren Messungen und Auswertungen steht somit die ursprünglich definierte Zahl für die Betriebsmessung verwendeten Punkten zur Verfügung, wodurch nur ein geringer Qualitätsverlust bei der Modellbildung auftritt, der daher rührt, dass der anstatt eines nicht stabilen Messpunktes M gemessene Ersatzmesspunkt E die statistische Balance bei der Modellbildung verschlechtert. Eine weitere Variante des Verfahrens umgeht diesen Nachteil dadurch, dass nach dem Auftreten einer Grenzwertverletzung, auf Grund der statt dem ursprünglich angezielten Messpunkt M der Ersatzmesspunkt E gemessen wird, der Versuchsplan für die noch nicht durchgeführten Messungen dahingehend neu berechnet wird, so dass die statistische Balance wieder hergestellt wird.In this way, for each non-mobile proposed measurement point M a Ersatzmess point E are found, which is located near the operating boundary B. For the further measurements and evaluations, the originally defined number of points used for the operating measurement is therefore available, as a result of which there is only a slight loss of quality in modeling, which results from the fact that the substitute measuring point E measured instead of an unstable measuring point M represents the statistical balance in the case of the Modeling worsens. A further variant of the method circumvents this disadvantage in that, after the occurrence of a limit violation, on the basis of which instead of the originally targeted measuring point M the substitute measuring point E is measured, the experimental plan for the not yet performed measurements is recalculated so that the statistical balance is restored.
Das aus den Messdaten des Zentralmesspunktes C und den Messpunkten M bzw. den entsprechenden Ersatzmesspunkten E gebildete Modell wird als Basis für die Optimierung der Einstellungen und somit für die Kalibrierung der Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet. Mit dem beschriebenen Verfahren kann somit die Genauigkeit der Kalibrierung der Brennkraftmaschinensteuerung erhöht und der Messaufwand wesentlich verringert werden. Gleichzeitig erlaubt das beschriebene Verfahren einen hohen Automatisierungsgrad.The from the measured data of the central measuring point C and the measuring points M or the corresponding replacement measurement points E model is formed as a basis for the optimization of the settings and thus the calibration of the control the internal combustion engine used. With the described method Thus, the accuracy of calibration of the engine control raised and the measurement effort can be significantly reduced. At the same time allowed the method described a high degree of automation.
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| SCHEFFLER,E.: Statistische Versuchsplanung und auswertung. Stuttgart: Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1997 * |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R008 | Case pending at federal patent court | ||
| R039 | Revocation action filed |
Effective date: 20130227 |
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| R020 | Patent grant now final | ||
| R040 | Withdrawal/refusal of revocation action now final | ||
| R040 | Withdrawal/refusal of revocation action now final |
Effective date: 20150306 |
|
| R008 | Case pending at federal patent court | ||
| R039 | Revocation action filed | ||
| R040 | Withdrawal/refusal of revocation action now final | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |