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WO2017178015A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung eines modells eines technischen systems - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ermittlung eines modells eines technischen systems Download PDF

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Publication number
WO2017178015A1
WO2017178015A1 PCT/DE2017/100294 DE2017100294W WO2017178015A1 WO 2017178015 A1 WO2017178015 A1 WO 2017178015A1 DE 2017100294 W DE2017100294 W DE 2017100294W WO 2017178015 A1 WO2017178015 A1 WO 2017178015A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
input
variables
output
combinations
input variables
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2017/100294
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Schaum
Nino SANDMEIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Original Assignee
IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr filed Critical IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority to JP2018554002A priority Critical patent/JP6873154B2/ja
Publication of WO2017178015A1 publication Critical patent/WO2017178015A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/06—Multi-objective optimisation, e.g. Pareto optimisation using simulated annealing [SA], ant colony algorithms or genetic algorithms [GA]

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for determining a model of a technical system with the features according to the claims.
  • Manipulated variable combinations are displayed in the form of a convex hull. Based on this now known variation space can then be made an adaptation of the experimental design used.
  • Boundary points is again formed a convex hull. Starting from this convex hull, as described in a next step, a new determination of boundary points takes place, so that the convex hull, which in each step corresponds only to the respectively determined variation space, approaches the actual space of variation.
  • the methods described rely on extensive upstream measurements of the
  • Variationspacees advance. As a result of this upstream and extensive process step of stepwise measurement of the variation space, valuable time is needed. A further disadvantage is also that the quality of the resulting parameters of the model to be determined is reduced, since the position of the experimental points is optimized for the experimental space finding.
  • This object is achieved in particular by means of a method for determining a model of a technical system, wherein by means of the model based on
  • Input variables / input value combinations output variables of the technical system can be determined, with the following steps:
  • Input variables / input variable combinations and measurement of output variables on the technical system wherein at least one input variable / input variable combination is determined which causes an output variable which lies on an output limit
  • Input variables / input quantity combinations Limit points of the first convex hull are, whereby hyperplanes lie at the boundary points, wherein the hyperplanes include the set of the determined input variables / input value combinations,
  • Input variables / input quantity combinations are within the input size limits, as well as within the first convex hull and / or outside the first convex hull, excluding input variables / input quantity combinations lying within at least one further convex hull, wherein each further convex hull is merely a boundary point of the first convex hull Shell and the intersections of the present at only one boundary point hyperplanes with the input size limits and optionally existing intersections of the input quantity limits are the boundary points of at least one other convex hull, where which corresponds to only one limit point of an input quantity / input quantity combination which causes an output quantity which lies on an output quantity limit,
  • the determination of a test space / a convex casing takes place on the basis of previously performed measurements in individual steps or at any time.
  • this convex hull is widened by the described strategy in such a way that a new convex region arises in which the planning of a test point takes place.
  • test point is again the convex hull of all previously made measurements, this is extended with the described strategy, a new point planned and so on. Compared to the prior art, only a minimal initial design plan is measured, in any case eliminates the costly determination of system boundaries in an upstream process step.
  • the convex hull is iteratively extended in an online process, so that points outside the convex hull are also planned.
  • a new convex hull is calculated and expanded again.
  • the end result of the expansion of the convex hull according to the invention is a non-measured region, but this indicates the maximum possible variation space at this time, provided that a convex variation space is assumed.
  • the release of a further area which is to be used for the experimental design.
  • the combination of determining the maximum possible convex envelope size (extension strategy) and the experimental design within this space on the basis of other criteria results in a synergy effect according to the invention. Ie. the coupling between finding the boundaries of the variation space and selecting suitable experimental points for modeling is resolved.
  • the technical system has inputs and outputs.
  • the technical system can be any engine, for example one
  • Heat engine or an electric machine may be an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine can according to the Ottofact or the
  • the internal combustion engine has a variable
  • the internal combustion engine has both an adjustable
  • Input variable combination of the technical system which is here an internal combustion engine, namely the (variable) timing of the intake valves and (variable) timing of the
  • Residual gas in a combustion chamber of the engine influenced or changed or so results in a new input variable combination.
  • the residual gas content may be a first output.
  • input variable combination denotes a combination of two or more input variables
  • the proportion of residual gas increases as a function of the separation of the intake and exhaust valves, ie the later the exhaust valves close and the earlier the intake valves open, the greater the overlap and thus the residual gas content.
  • a further output variable can be considered, namely the smoothness of the internal combustion engine or the extent of the so-called cyclic fluctuations or the standard deviation of the indicated mean pressure of the internal combustion engine.
  • the aim in the calibration or application of an internal combustion engine it is known to find optimum settings, in this case, the overlap and thus adjust the residual gas content so that the residual gas content is as high as possible and consequently z.
  • the fuel consumption is as low as possible (fuel consumption may be a further output variable) and / or the internal combustion engine as low as possible releases nitrogen oxides (the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas may be yet another output variable) and / or the internal combustion engine is not unacceptably many hydrocarbons (the hydrocarbon concentration in the exhaust gas can be yet another output variable),
  • the smoothness of the internal combustion engine may not be deteriorated so that a predetermined limit is violated.
  • a limit value GW relating to the smooth running of the internal combustion engine, which must not be violated, see FIG. 1.
  • This profile of a limit value GW is initially unknown. The aim is to determine a model with which it is possible, based on input variables, here on the basis of the variable timing of the
  • Input size space / input size range to optimize or align accordingly.
  • variable timing of the intake valves - is determined by a latest possible intake valve timing or latest possible opening of the intake valves (left vertical line in FIG 1) is limited and by an earliest possible timing of the intake valves or an earliest possible opening the
  • Inlet valves (right vertical line in Figure 1) is limited.
  • Two input size limits further result from the fact that the range of adjustability of the second input variable - here the variable timing of the exhaust valves - by an earliest possible timing of the exhaust valves or the earliest possible closing of the exhaust valves (lower horizontal line in Figure 1) is limited and by a latest possible control time of the exhaust valves or a latest possible closing of the exhaust valves (upper horizontal line in Figure 1) is limited.
  • output limits are specified, ie in particular minimum and / or maximum values which may not be exceeded or fallen short of as a result of a setting / variation of the input variables. These may be so-called hard or soft limits, see above in the cited prior art. Following the described embodiment, there is a
  • Output limit in particular in that due to the variation of the timing of the intake and exhaust valves of the limit GW regarding the smoothness must not be violated. Also conceivable here again (alternatively or additionally) is the specification of the limits GW (as output variable limits) with regard to the fuel consumption and / or the nitrogen oxide. Hydrocarbon concentration in the exhaust gas.
  • a determination of input variables takes place within the previously specified input quantity limits, that is to say a determination of the valve timing
  • Input variables / input variable combinations are preferably carried out by means of a
  • Input quantity limits namely four combinations of timing of the intake valves and timing of the exhaust valves, highlighted in Figure 1 by circular rings. In other words, four different overlaps are given.
  • the determination of these input variables within the input quantity limits as well as the output variables caused thereby or caused by the technical system takes place by setting these four combinations of intake valve timing and exhaust valve timing on the internal combustion engine (especially in conjunction with FIG a suitable test equipment / test bench and known measurement technology) and by measuring the output variables.
  • the smoothness, the fuel consumption or the concentration of nitrogen oxides / hydrocarbons in the exhaust gas can be such an output variable.
  • At least one input quantity / input quantity combination is determined which causes an output quantity which lies on a (previously defined) output size limit.
  • a (previously defined) output size limit As described, only smoothness can be a possible starting point in this respect is looked at.
  • G1, G3 two input variables or two combinations of intake valve timing and timing of the exhaust valves are determined (G1, G3), each causing an output that the smoothness corresponds to the limit GW, ie the respective output is on an output quantity limit or on the course of the limit value GW shown in FIG.
  • Input size limits and the determination of the associated outputs by setting inputs and measuring outputs on the technical system not only / not exclusively that the determination of at least one input that causes an output that is on an output limit, directly by setting
  • Input variables and measurement of output quantities takes place on the technical system, ie that the technical system or the internal combustion engine actually has to be brought to a limit range in order to determine the input variable which causes an output variable which lies on an output limit. Rather, this determination can also be made indirectly. This can be done according to the invention, that although an adjustment of input variables and measurement of output variables on the technical system / the internal combustion engine takes place, but not immediately at least one output variable is sought / measured on a
  • Input variables / input variable combinations the determination of a variation space and that the determination of a first convex hull.
  • a convex set - here the set of detected inputs - by hyperplanes that lie on the edge of the convex set. Ie. some or all of the identified
  • Input variables / input variable combinations can be boundary points of a convex hull.
  • a convex hull is known to be the smallest convex polygon covering the set of all points (here, input sizes / input size combinations).
  • Input variables / input variable combinations determined, then all are determined Input variables / input quantity combinations Limit points of the first convex hull. To limit the convex amount of four shown in FIG.
  • Input variables / input quantity combinations are used hyperplanes, d. H.
  • four hyperplanes lie on the four boundary points (G1 - G4) of the convex set.
  • the first hyperplane H1 abuts the boundary point G1 and the boundary point G2.
  • the second hyperplane H2 is located at the boundary point G1 and at the boundary point G3.
  • Limit points of the first convex hull are, to which hyperplanes abut, so that the
  • Hyperplanes include the convex set of detected inputs.
  • an extension of the first convex hull takes place by input variables which lie outside the currently present first convex hull. Ie. it is explicitly determined outside the first convex hull of the set of input variables previously determined as described above, other input variables. For this purpose, a setting of other input variables and measurement of
  • the envelope which is likewise convex here, it can also be a concave envelope
  • the boundary point G1 the boundary point G2 and the intersection S2 (FIG. which results from the input size limit and the second hyperplane H2 intersecting)
  • Input size limit (here the right vertical line, which represents the maximum advance of the intake camshaft) by the hyperplanes H1 and H2 and the other
  • Input size limit is included. Another boundary point of this likewise convex hull is the intersection point E1 of the input size limits with each other. Input variables can also be determined in the space / region or within the convex hull whose boundary points are the intersection E2 of the input quantity limits, the boundary point G2 and the boundary point G4.
  • Input variables can also be determined in the space / region or within the convex hull whose / their boundary points the intersection E3 of the input size limits, the boundary point G4, the intersection S3 (resulting from the fact that the input size limit and the second hyperplane H2 cut) and are the boundary point G3.
  • Input variables can also be determined in the space / region or within the convex hull whose boundary points the intersection point S4 (which results from the fact that the input size boundary and a hyperplane intersect), the intersection S1 (which results from that the input size limit and the first hyperplane H1 intersect), the
  • the two areas / spaces / convex hulls not hatched in FIG. 1 whose boundary points S1, S2 and G1 as well as S3, S4 and G3 are excluded from the further determination of input quantities and measurement of output quantities on the technical system, although these further Input variables are within the input quantity limits or outside the first convex hull (which is bounded by the boundary points G1-G4), as in the previously described cases.
  • Input size / input size combination that causes an output that is on an output size limit.
  • the two boundary points G1 and G3 according to FIG. 1 are not part of the one convex hull, which includes input variables to be excluded in the further course, but exclusively only the boundary point G1.
  • Another boundary point of the one convex hull (in FIG.
  • the second convex hull (in FIG. 1 on the left, not hatched), which comprises input variables to be excluded (in the further step of the method), is also formed.
  • these further convex hulls continue to have boundary points that are intersections of input size limits with each other.
  • the point of intersection S1 moves to the left, ie to the left of the point of intersection E4 of the input quantity limits, so that the above-described convex envelope having the input variables to be excluded not only three but also includes four boundary points, namely in addition to the intersection E4 of the input quantity boundaries with each other.
  • input variables and associated output variables were determined, wherein the input quantities are part / elements of the quantity which according to the invention has been expanded within the input size limits, that is to say with the exclusion of defined input variables a training of the parameters of the model of the technical system is carried out on the basis of these (determined) input variables and output variables, as is generally known.
  • the inventive method for determining a model of a technical system is performed stepwise, d. H. the first convex hull is iteratively extended.
  • At least one input variable / input variable combination is again determined which causes an output variable which lies on an output limit.
  • the determination of an expanded convex hull is then performed on the basis of the now determined input variables / input quantity combinations, again some or all now determined input quantities / input quantity combinations being boundary points of the extended convex hull and in turn abutting the boundary points hyperplanes and the hyperplanes the set the now determined
  • Input size limits lie, as well as within the extended convex hull and / or outside the widened convex hull, to the exclusion of
  • Input variables / input quantity combinations which lie within at least one further convex hull, wherein each further convex hull is merely a boundary point of the extended convex hull and the intersections of the hyperplanes adjoining this only one boundary point with the input size limits and optionally existing intersection points of the
  • Input size limits are boundary points of the at least one further convex hull, wherein the only one boundary point of the extended convex hull corresponds to an input quantity / input quantity combination determined in the previous step, which causes an output quantity which lies on an output size limit.
  • a device for determining a model of a technical system is furthermore provided. This is characterized in that a computer designed for carrying out the method according to the invention has a CPU and a
  • the computer with a CPU is a computer that is part of a well known one
  • Test bench automation is or is associated with it. This test stand automation or the automation system is in turn connected to the considered technical system.
  • the test bed automation is also designed so that not only the setting of
  • test bench automation can thus be a

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Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ermittlung eines Modells eines technischen Systems weniger zeitaufwendig zu gestalten und dabei die Güte der resultierenden Parameter des ermittelten Modells zu erhöhen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere mittels eines Verfahrens zur Ermittlung eines Modells eines technischen Systems gelöst, wobei mittels des Modells anhand von Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen Ausgangsgrößen des technischen Systems bestimmt werden, mit folgenden Schritten:a) Vorgabe von Eingangsgrößengrenzen, b) Vorgabe von Ausgangsgrößengrenzen, c) Ermittlung von Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen innerhalb der Eingangsgrößengrenzen und dazugehörigen Ausgangsgrößen, durch Einstellung von Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System, wobei zumindest eine Eingangsgröße/Eingangsgrößenkombination ermittelt wird, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt, d) Bestimmung einer ersten konvexen Hülle anhand der ermittelten Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen, wobei einige oder alle Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen Grenzpunkte der ersten konvexen Hülle sind, wobei an den Grenzpunkten Hyperebenen anliegen, wobei die Hyperebenen die Menge der ermittelten Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen einschließen, e) Einstellung von weiteren Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System, wobei die weiteren Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen innerhalb der Eingangsgrößengrenzen liegen, sowie innerhalb der ersten konvexen Hülle und/oder außerhalb der ersten konvexen Hülle, unter Ausschluss von Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen, die innerhalb zumindest einer weiteren konvexen Hülle liegen, wobei je weiterer konvexen Hülle lediglich ein Grenzpunkt der ersten konvexen Hülle sowie die Schnittpunkte der an diesem lediglich einen Grenzpunkt anliegenden Hyperebenen mit den Eingangsgrößengrenzen und gegebenenfalls vorhandene Schnittpunkte der Eingangsgrößengrenzen die Grenzpunkte der zumindest einen weiteren konvexen Hülle sind, wobei der lediglich eine Grenzpunkt einer Eingangsgröße/Eingangsgrößenkombination entspricht, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt, f) Training der Parameter des Modells des technischen Systems anhand der ermittelten Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Ausgangsgrößen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Modells eines technischen Systems
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Modells eines technischen Systems mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen.
Beispielsweise gemäß Schreiber, A. (2010):„Dynamische Motorvermessung mit verschiedenen Methoden und Modellen"; In: Elektronisches Management motorischer Fahrzeugantriebe: Elektronik, Modellbildung, Regelung und Diagnose für Verbrennungsmotoren, Getriebe und Elektroantriebe; 1. Aufl. Wiesbaden: R. Isermann, S. 167-199 ist es bekannt, dass eine möglichst genaue Kenntnis der Stellgrößenbereiche eines Verbrennungsmotors eine notwendige
Voraussetzung für die Vermessung des Verbrennungsmotors ist. Insbesondere ist es daraus bekannt, dass nicht alle möglichen Kombinationen von Stellgrößen anwendbar sind. Vielmehr existieren Grenzen, deren Überschreiten zu Beschädigungen oder zu unerwünscht hohen
Emissionen führt. Jedenfalls ergibt sich anhand dieser Grenzen ein so genannter Variationsraum. Zur Bestimmung des Variationsraumes sind mehrere Verfahren beschrieben, beispielsweise ein sternförmiges Abfahren in Schritten, bis die jeweilige Grenze erreicht ist. Dargestellt wird auch ein Verfahren zur Ermittlung des Variationsraums, wobei die dabei erhaltenen zulässigen
Stellgrößenkombinationen in Form einer konvexen Hülle abgebildet werden. Anhand dieses nun bekannten Variationsraumes kann dann eine Anpassung des verwendeten Versuchsplanes erfolgen.
Eine derartige Vorgehensweise ist auch aus Renninger, P., K. v. Pfeil, D. Hofmann, R. Isermann (2005):„Dynamische Modelle und deren Anwendung bei der Optimierung von N FZ-Motoren"; In: 14. Aachener Kolloquium - Fahrzeug und Motorentechnik; 1. Aufl. Aachen, S. 1205-1222 bekannt. Insbesondere wird dort beschrieben, dass zunächst eine Grundvermessung zur
Bestimmung von Grenzpunkten vorgenommen wird. Anhand dieser Grenzpunkte erfolgt dann die Berechnung einer konvexen Hülle, die den Variationsraum beschreibt. Da jedoch mit der
Grundvermessung lediglich ein Teil des tatsächlichen Variationsraumes ermittelt wurde, wird ausgehend von dieser konvexen Hülle die Vermessung des Variationsraumes fortgeführt.
Ausgehend vom Mittelpunkt jeder Hyperebene der konvexen Hülle erfolgt in Richtung des jeweiligen Normalvektors eine weitere Bestimmung von Grenzpunkten. Anhand der so bestimmten
Grenzpunkte wird wieder eine konvexe Hülle gebildet. Ausgehend von dieser konvexen Hülle erfolgt dann wie beschrieben in einem nächsten Schritt eine erneute Bestimmung von Grenzpunkten, so dass sich die konvexe Hülle, die in jedem Schritt nur dem jeweils ermittelten Variationsraum entspricht, dem tatsächlichen Variationsraum annähert. Die beschriebenen Verfahren setzen umfangreiche vorgelagerte Vermessungen des
Variationsraumes voraus. Infolge dieses vorgelagerten und umfangreichen Prozessschrittes der schrittweisen Vermessung des Variationsraumes wird wertvolle Zeit benötigt. Ein weiterer Nachteil besteht außerdem darin, dass die Güte der resultierenden Parameter des zu ermittelnden Modells reduziert ist, da die Lage der Versuchspunkte auf die Versuchsraumfindung optimiert ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ermittlung eines Modells eines technischen Systems weniger zeitaufwendig zu gestalten und dabei die Güte der resultierenden Parameter des ermittelten Modells zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere mittels eines Verfahrens zur Ermittlung eines Modells eines technischen Systems gelöst, wobei mittels des Modells anhand von
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen Ausgangsgrößen des technischen Systems bestimmt werden, mit folgenden Schritten:
a) Vorgabe von Eingangsgrößengrenzen,
b) Vorgabe von Ausgangsgrößengrenzen,
c) Ermittlung von Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen innerhalb der
Eingangsgrößengrenzen und dazugehörigen Ausgangsgrößen, durch Einstellung von
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System, wobei zumindest eine Eingangsgröße/Eingangsgrößenkombination ermittelt wird, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt,
d) Bestimmung einer ersten konvexen Hülle anhand der ermittelten
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen, wobei einige oder alle
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen Grenzpunkte der ersten konvexen Hülle sind, wobei an den Grenzpunkten Hyperebenen anliegen, wobei die Hyperebenen die Menge der ermittelten Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen einschließen,
e) Einstellung von weiteren Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System, wobei die weiteren
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen innerhalb der Eingangsgrößengrenzen liegen, sowie innerhalb der ersten konvexen Hülle und/oder außerhalb der ersten konvexen Hülle, unter Ausschluss von Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen, die innerhalb zumindest einer weiteren konvexen Hülle liegen, wobei je weiterer konvexen Hülle lediglich ein Grenzpunkt der ersten konvexen Hülle sowie die Schnittpunkte der an diesem lediglich einen Grenzpunkt anliegenden Hyperebenen mit den Eingangsgrößengrenzen und gegebenenfalls vorhandene Schnittpunkte der Eingangsgrößengrenzen die Grenzpunkte der zumindest einen weiteren konvexen Hülle sind, wobei der lediglich eine Grenzpunkt einer Eingangsgröße/Eingangsgrößenkombination entspricht, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt,
f) Training der Parameter des Modells des technischen Systems anhand der ermittelten
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Ausgangsgrößen.
Erfindungsgemäß erfolgt in einzelnen Schritten bzw. zu jedem Zeitpunkt die Bestimmung eines Versuchsraumes/einer konvexen Hülle anhand bisher erfolgter Messungen. Dabei wird diese konvexe Hülle durch die beschriebene Strategie derart erweitert, dass ein neuer konvexer Bereich entsteht, in dem die Planung eines Versuchspunktes erfolgt. Nach der Vermessung dieses
Versuchspunktes wird wieder die konvexe Hülle aller bisher erfolgten Messungen gebildet, diese wird mit der beschriebenen Strategie erweitert, ein neuer Punkt geplant und so weiter. Gegenüber dem Stand der Technik wird lediglich ein minimaler initialer Versuchsplan vermessen, jedenfalls entfällt das aufwendige Ermitteln von Systemgrenzen in einem vorgelagerten Prozessschritt.
Erfindungsgemäß wird also die konvexe Hülle in einem Online-Verfahren iterativ erweitert, so dass auch Punkte außerhalb der konvexen Hülle geplant werden. Wenn ein Punkt außerhalb vermessen wurde, wobei die Lage des Punktes wiederum vom Verhalten des betrachteten technischen Systems abhängt, wird eine neue konvexe Hülle berechnet und diese wieder erweitert. Das Endresultat der erfindungsgemäßen Erweiterung der konvexen Hülle ist ein nicht vermessener Bereich, der aber den zu diesem Zeitpunkt maximal möglichen Variationsraum angibt, sofern man von einem konvexen Variationsraum ausgeht. Somit liegt ein Bereich fest, der für die weitere Versuchsplanung genutzt wird, die darauf abzielt, den auswertbaren Modellbereich (konvexe Hülle nach der gesamten
Vermessung) und die Modellqualität selbst zu optimieren. Von Vorteil ist es, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Verfeinern des Modells sowie die Grenzvermessung vereint werden, indem die jeweils aktuelle konvexe Hülle erweitert wird und eine Planung innerhalb des erweiterten Bereiches durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß erfolgt also die Freigabe eines weiteren Bereiches, der für die Versuchsplanung genutzt werden soll. Dabei ergibt sich durch die Kombination aus der Ermittlung der maximal möglichen konvexen Hüllengröße (Erweiterungsstrategie) und der Versuchsplanung innerhalb dieses Raumes auf Basis anderer Kriterien (z. B. eines abstandsbasierten Kriteriums) erfindungsgemäß ein Synergieeffekt. D. h. die Kopplung zwischen dem Auffinden der Grenzen des Variationsraums und der Auswahl geeigneter Versuchspunkte zur Modellbildung wird aufgelöst.
Zusammengefasst ergibt sich eine Erweiterung des Variationsraums für eine Versuchsplanung bzw. eine Maximierung des nutzbaren Bereiches für eine spätere Modellauswertung. Es ergibt sich eine Akzeptanzsteigerung derartiger Verfahren, da ein Prozessschritt entfällt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Wie allgemein bekannt, weist ein technisches System Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen auf. Das technische System kann jede beliebige Kraftmaschine sein, beispielsweise eine
Wärmekraftmaschine oder eine elektrische Maschine. Insbesondere kann das technische System eine Brennkraftmaschine sein. Die Brennkraftmaschine kann nach dem Ottoprinzip oder dem
Dieselprinzip betrieben werden. Beispielsweise weist die Brennkraftmaschine eine variable
Ventilsteuerung auf. Insbesondere weist die Brennkraftmaschine sowohl eine verstellbare
Einlassnockenwelle als auch eine verstellbare Auslassnockenwelle auf. D. h. eine doppelte variable Nockenwellenspreizung, also die Steuerzeiten des Einlasses und des Auslasses können relativ zueinander verstellt werden. Jedenfalls ergeben sich so zwei Eingangsgrößen, also eine
Eingangsgrößenkombination des technischen Systems, das hier eine Brennkraftmaschine ist, nämlich die (variablen) Steuerzeiten der Einlassventile und (variablen) Steuerzeiten der
Auslassventile. Änderungen dieser beiden Eingangsgrößen verursachen wiederum Änderungen von Ausgangsgrößen der Brennkraftmaschine, so wie allgemein bekannt. So wird insbesondere durch eine Änderung (zumindest einer) der beiden Eingangsgrößen die Restgasmenge bzw. der
Restgasanteil in einem Brennraum der Brennkraftmaschine beeinflusst bzw. verändert bzw. so ergibt sich eine neue Eingangsgrößenkombination. D. h. der Restgasanteil kann eine erste Ausgangsgröße sein. Die Formulierung„Eingangsgrößenkombination" bezeichnet eine Kombination von zwei oder mehr Eingangsgrößen. Die Formulierung„Eingangsgröße" oder„Eingangsgrößen" kann der
Formulierung„Eingangsgrößenkombination" entsprechen.
Wie in Figur 1 mittels des Pfeils angedeutet, erhöht sich der Restgasanteil in Abhängigkeit von der Überscheidung der Einlass- und Auslassventile, d. h. je später die Auslassventile schließen und je früher die Einlassventile öffnen, umso größer ist die Überschneidung und somit der Restgasanteil. Fraglich ist nun, wieviel Restgas in einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zweckmäßig ist. Dazu kann beispielsweise eine weitere Ausgangsgröße betrachtet werden, nämlich die Laufruhe der Brennkraftmaschine bzw. das Ausmaß der so genannten zyklischen Schwankungen bzw. der Standardabweichung des indizierten Mitteldruckes der Brennkraftmaschine. Ziel bei der Kalibrierung bzw. Applikation einer Brennkraftmaschine ist es bekanntermaßen, möglichst optimale Einstellungen zu finden, in dem Fall hier, die Überschneidung und somit den Restgasanteil so einzustellen, dass der Restgasanteil möglichst hoch ist und infolgedessen z. B. der Kraftstoffverbrauch möglichst gering ist (der Kraftstoffverbrauch kann eine weitere Ausgangsgröße sein) und/oder die Brennkraftmaschine möglichst wenig Stickoxide abgibt (die Stickoxidkonzentration im Abgas kann noch eine weitere Ausgangsgröße sein) und/oder die Brennkraftmaschine nicht unzulässig viele Kohlenwasserstoffe abgibt (die Kohlenwasserstoffkonzentration im Abgas kann noch eine weitere Ausgangsgröße sein), wobei die Laufruhe der Brennkraftmaschine jedoch nicht derart verschlechtert werden darf, dass ein vorgegebener Grenzwert verletzt wird. Jedenfalls ergibt sich ein Verlauf eines Grenzwertes GW betreffend die Laufruhe der Brennkraftmaschine, der nicht verletzt werden darf, siehe Figur 1. Dieser Verlauf eines Grenzwertes GW ist zunächst unbekannt. Ziel ist es, ein Modell zu ermitteln, mit dem es möglich ist, anhand von Eingangsgrößen, hier anhand der variablen Steuerzeiten der
Einlassventile und der variablen Steuerzeiten der Auslassventile bzw. der Überschneidung, den Einfluss dieser Eingangsgrößen auf Ausgangsgrößen - hier der Laufruhe - zu beschreiben und somit auch den jeweiligen Grenzwert GW bzw. den Verlauf des Grenzwertes GW zu ermitteln bzw. offenzulegen. Wie der Fachmann weiß, treffen diese Betrachtungen auch für weitere
Ausgangsgrößen zu, also den Kraftstoffverbrauch bzw. die Stickoxid- bzw.
Kohlenwasserstoffkonzentration im Abgas, d. h. es gibt auch hier eine (zunächst unbekannte und zu modellierende) funktionale Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsgrößen bzw.
Eingangsgrößen und dem jeweiligen Grenzwert GW bzw. Verlauf des Grenzwertes GW.
Für eine Ermittlung eines möglichst genauen Modells (also möglichst zutreffenden Parametern dieses Datenmodells) kann es am besten sein, Versuche, d. h. Einstellungen von Eingangsgrößen und Messungen von Ausgangsgrößen am technischen System, über den gesamten relevanten Bereich der Eingangsgrößen bzw. den gesamten relevanten Eingangsgrößenraum (auch
Variationsraum genannt) zu verteilen. Jedenfalls ist es nicht von Vorteil, die Lage der zu
untersuchenden Versuchspunkte im Variationsraum (also die Kombinationen von eingestellten Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und gemessenen Ausgangsgrößen), wie gemäß dem Stand der Technik beschrieben, nur hinsichtlich der Findung des
Eingangsgrößenraumes/Eingangsgrößenbereiches zu optimieren bzw. danach auszurichten.
Erfindungsgemäß wird dem Rechnung getragen, wie im weiteren Verlauf deutlich wird.
Zunächst werden Eingangsgrößengrenzen vorgegeben, d. h. der maximale Variationsraum der Eingangsgrößen wird abgesteckt. Wie in Figur 1 gezeigt, ergeben sich zwei Eingangsgrößengrenzen zunächst dadurch, dass der Bereich der Verstellbarkeit der einen Eingangsgröße - hier der variablen Steuerzeit der Einlassventile - durch eine spätest mögliche Steuerzeit der Einlassventile bzw. ein spätest mögliches Öffnen der Einlassventile (linke vertikale Linie in Figur 1) begrenzt ist und durch eine frühest mögliche Steuerzeit der Einlassventile bzw. ein frühest mögliches Öffnen der
Einlassventile (rechte vertikale Linie in Figur 1) begrenzt ist. Zwei Eingangsgrößengrenzen ergeben sich weiterhin dadurch, dass der Bereich der Verstellbarkeit der zweiten Eingangsgröße - hier der variablen Steuerzeit der Auslassventile - durch eine frühest mögliche Steuerzeit der Auslassventile bzw. ein frühest mögliches Schließen der Auslassventile (untere horizontale Linie in Figur 1) begrenzt ist und durch eine spätest mögliche Steuerzeit der Auslassventile bzw. ein spätest mögliches Schließen der Auslassventile (obere horizontale Linie in Figur 1) begrenzt ist. Weiterhin werden Ausgangsgrößengrenzen vorgegeben, d. h. insbesondere Minimal- und/oder Maximalwerte, die nicht über- bzw. unterschritten werden dürfen, infolge einer Einstellung/Variation der Eingangsgrößen. Das können so genannte harte oder weiche Grenzen sein, siehe dazu im oben zitierten Stand der Technik. Dem beschriebenen Ausführungsbeispiel folgend, besteht eine
Ausgangsgrößenbegrenzung insbesondere darin, dass infolge der Variation der Steuerzeiten der Einlass- und Auslassventile der Grenzwert GW betreffend die Laufruhe nicht verletzt werden darf. Denkbar sind auch hier wieder (alternativ oder zusätzlich) die Vorgabe zu wahrender Grenzwerte GW (als Ausgangsgrößengrenzen) hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches und/oder der Stickoxidbzw. Kohlenwasserstoffkonzentration im Abgas.
Erfindungsgemäß erfolgt in einem weiteren Schritt eine Ermittlung von Eingangsgrößen innerhalb der zuvor vorgegebenen Eingangsgrößengrenzen, also eine Ermittlung von Steuerzeiten der
Einlassventile und Steuerzeiten der Auslassventile bzw. Kombinationen davon sowie eine Ermittlung der dazugehörigen Ausgangsgrößen des technischen Systems, also hier der Brennkraftmaschine. D. h. es erfolgt eine Ermittlung von zusammengehörigen Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen, wobei sich die Ausgangsgrößen eben dadurch ergeben, dass Eingangsgrößen am technischen System eingestellt werden und das technische System durch seine Eigenschaften bzw. durch ablaufende physikalisch/chemische Prozesse quasi aus den Eingangsgrößen spezifische Ausgangsgrößen hervorbringt, was allgemein bekannt ist. Die Einstellung der
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen erfolgt bevorzugt mittels eines
Automatisierungssystems.
Wie in Figur 1 gezeigt, werden zunächst insgesamt vier
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen ermittelt, innerhalb der vorgegebenen
Eingangsgrößengrenzen, nämlich vier Kombinationen von Steuerzeiten der Einlassventile und Steuerzeiten der Auslassventile, hervorgehoben in Figur 1 durch Kreisringe. Anders formuliert, werden vier verschiedene Überschneidungen vorgegeben. Die Ermittlung dieser Eingangsgrößen innerhalb der Eingangsgrößengrenzen sowie der dadurch bedingten bzw. verursachten bzw. durch das technische System hervorgebrachten Ausgangsgrößen erfolgt, wie schon beschrieben, durch ein Einstellen dieser vier Kombinationen von Steuerzeiten der Einlassventile und Steuerzeiten der Auslassventile an der Brennkraftmaschine (insbesondere in Verbindung mit einer geeigneten Prüfeinrichtung/einem Prüfstand und bekannter Messtechnik) sowie durch eine Messung der Ausgangsgrößen. Wie schon beschrieben, kann beispielsweise die Laufruhe, der Kraftstoffverbrauch oder die Konzentration von Stickoxiden/Kohlenwasserstoffen im Abgas eine solche Ausgangsgröße sein. Jedenfalls wird zumindest eine Eingangsgröße/Eingangsgrößenkombination ermittelt, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer (zuvor festgelegten) Ausgangsgrößengrenze liegt. Wie beschrieben, kann allein die Laufruhe eine mögliche Ausgangsgröße sein, die diesbezüglich betrachtet wird. Wie in Figur 1 gezeigt, werden dabei sogar zwei Eingangsgrößen bzw. zwei Kombinationen von Steuerzeiten der Einlassventile und Steuerzeiten der Auslassventile ermittelt (G1 , G3), die jeweils insofern eine Ausgangsgröße verursachen, dass die Laufruhe dem Grenzwert GW entspricht, d. h. die jeweilige Ausgangsgröße liegt auf einer Ausgangsgrößengrenze bzw. auf dem in Figur 1 gezeigten Verlauf des Grenzwertes GW betreffend die Laufruhe der
Brennkraftmaschine.
Erfindungsgemäß bedeutet die Ermittlung von Eingangsgrößen innerhalb der
Eingangsgrößengrenzen und die Ermittlung der dazugehörigen Ausgangsgrößen, durch Einstellung von Eingangsgrößen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System nicht nur/nicht ausschließlich, dass die Ermittlung der zumindest einen Eingangsgröße, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt, unmittelbar durch Einstellung von
Eingangsgrößen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System erfolgt, also dass das technische System bzw. die Brennkraftmaschine tatsächlich an einen Grenzbereich herangeführt werden muss, um die Eingangsgröße zu ermitteln, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt. Vielmehr kann diese Ermittlung auch mittelbar erfolgen. Das kann erfindungsgemäß dadurch erfolgen, dass zwar eine Einstellung von Eingangsgrößen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System/der Brennkraftmaschine erfolgt, jedoch wird nicht unmittelbar zumindest eine Ausgangsgröße gesucht/gemessen, die auf einer
Ausgangsgrößengrenze liegt, sondern es erfolgt zunächst ein Training (der Parameter) des Modells des technischen Systems anhand der (ermittelten) Eingangsgrößen und (unkritischen, da die Brennkraftmaschine nicht an einen Grenzbereich herangeführt werden muss) Ausgangsgrößen und dann anhand des Modells die Bestimmung/Ermittlung zumindest einer Eingangsgröße, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer (mittels des Modells bestimmten) Ausgangsgrößengrenze liegt.
Im weiteren Verlauf erfolgt anhand der wie zuvor beschrieben ermittelten
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen die Bestimmung eines Variationsraumes und zwar die Bestimmung einer ersten konvexen Hülle. Wie bekannt, ist es möglich, eine konvexe Menge - hier die Menge der ermittelten Eingangsgrößen - durch Hyperebenen einzuschließen, die auf dem Rand der konvexen Menge liegen. D. h. einige oder alle der ermittelten
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen können Grenzpunkte einer konvexen Hülle sein. Eine konvexe Hülle ist bekanntermaßen das kleinste konvexe Polygon, das die Menge aller Punkte (hier Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen) abdeckt.
Angenommen es wurden, wie in Figur 1 gezeigt, nur vier
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen ermittelt, dann sind auch alle ermittelten Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen Grenzpunkte der ersten konvexen Hülle. Zur Eingrenzung der in Figur 1 gezeigten konvexen Menge von vier
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen werden Hyperebenen genutzt, d. h. auf den vier Grenzpunkten (G1 - G4) der konvexen Menge liegen vier Hyperebenen. Beispielhaft seien von den vier Hyperebenen zunächst die zwei Hyperebenen H1 und H2 in Figur 1 hervorgehoben. Die erste Hyperebene H1 liegt an dem Grenzpunkt G1 und an dem Grenzpunkt G2 an. Die zweite Hyperebene H2 liegt an dem Grenzpunkt G1 und an dem Grenzpunkt G3 an. Jedenfalls wird durch das
Zusammenwirken der vier Hyperebenen gemäß Figur 1 erfindungsgemäß eine konvexe Hülle anhand der ermittelten Eingangsgrößen bestimmt/berechnet, wobei diese Eingangsgrößen
Grenzpunkte der ersten konvexen Hülle sind, an denen Hyperebenen anliegen, so dass die
Hyperebenen die konvexe Menge von ermittelten Eingangsgrößen einschließen.
Erfindungsgemäß erfolgt nun, zur weiteren Bestimmung des Variationsraumes bzw. zum Auffinden weiterer Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen für die folgende Versuchsplanung, eine Erweiterung der ersten konvexen Hülle um Eingangsgrößen, die außerhalb der aktuell vorliegenden ersten konvexen Hülle liegen. D. h. es werden explizit außerhalb der ersten konvexen Hülle der Menge der wie oben beschrieben bisher ermittelten Eingangsgrößen, weitere Eingangsgrößen bestimmt. Dazu erfolgt eine Einstellung von weiteren Eingangsgrößen und Messung von
Ausgangsgrößen am technischen System, wobei die weiteren Eingangsgrößen stets innerhalb der Eingangsgrößengrenzen liegen, jedoch sowohl innerhalb der ersten konvexen Hülle als auch außerhalb der ersten konvexen Hülle. Wie schon beschrieben, wird die (aktuelle) erste konvexe Hülle durch die an den vier Grenzpunkten (G1 - G4) anliegenden Hyperebenen gebildet. Wie in Figur 1 mittels der Schraffur verdeutlicht, werden nun alle Eingangsgrößen für eine weitere
Versuchsplanung/Gewinnung von Eingangs-Ausgangsgrößen-Kombinationen zur Erstellung eines Modells des technischen Systems herangezogen, die in dem schraffierten Bereich liegen, also auch außerhalb der bisher ermittelten ersten konvexen Hülle.
D. h. auch Eingangsgrößen werden ermittelt bzw. können ermittelt werden, die in dem Bereich/Raum (der hier ebenfalls konvexen Hülle, es kann auch eine konkave Hülle sein) liegen, der (die) zwischen dem Grenzpunkt G1 , dem Grenzpunkt G2 und dem Schnittpunkt S2 (der sich dadurch ergibt, dass sich die Eingangsgrößengrenze und die zweite Hyperebene H2 schneiden) und der
Eingangsgrößengrenze (hier der rechten vertikalen Linie, welche die maximale Frühverstellung der Einlassnockenwelle repräsentiert) durch die Hyperebenen H1 und H2 sowie der weiteren
Eingangsgrößengrenze eingeschlossen wird. Einen weiteren Grenzpunkt dieser ebenfalls konvexen Hülle stellt der Schnittpunkt E1 der Eingangsgrößengrenzen untereinander dar. Eingangsgrößen können auch in dem Raum/dem Bereich bzw. innerhalb der konvexen Hülle ermittelt werden, deren/dessen Grenzpunkte der Schnittpunkt E2 der Eingangsgrößengrenzen, der Grenzpunkt G2 und der Grenzpunkt G4 sind.
Eingangsgrößen können auch in dem Raum/dem Bereich bzw. innerhalb der konvexen Hülle ermittelt werden, deren/dessen Grenzpunkte der Schnittpunkt E3 der Eingangsgrößengrenzen, der Grenzpunkt G4, der Schnittpunkt S3 (der sich dadurch ergibt, dass sich die Eingangsgrößengrenze und die zweite Hyperebene H2 schneiden) und der Grenzpunkt G3 sind.
Eingangsgrößen können auch in dem Raum/dem Bereich bzw. innerhalb der konvexen Hülle ermittelt werden, deren/dessen Grenzpunkte der Schnittpunkt S4 (der sich dadurch ergibt, dass sich die Eingangsgrößengrenze und eine Hyperebene schneiden), der Schnittpunkt S1 (der sich dadurch ergibt, dass sich die Eingangsgrößengrenze und die erste Hyperebene H1 schneiden), der
Grenzpunkt G1 , der Grenzpunkt G3 sowie der Schnittpunkt E4 der Eingangsgrößengrenzen sind.
Erfindungsgemäß werden jedoch die beiden in Figur 1 nicht schraffierten Bereiche/Räume/konvexen Hüllen, deren Grenzpunkte S1 , S2 und G1 sowie S3, S4 und G3 sind, von der weiteren Ermittlung von Eingangsgrößen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System ausgeschlossen, obwohl diese weiteren Eingangsgrößen innerhalb der Eingangsgrößengrenzen liegen bzw. auch außerhalb der ersten konvexen Hülle (die durch die Grenzpunkte G1 - G4 begrenzt/gebildet wird) liegen, so wie in den zuvor beschriebenen Fällen.
Wie gemäß Figur 1 insbesondere durch den Verlauf des Grenzwertes GW der Laufruhe deutlich wird, ist das technische System, hier die Brennkraftmaschine, dann bis einschließlich eines
Grenzwertes GW von Ausgangsgrößen betreibbar, wenn
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen eingestellt werden, die Teil/Element einer Menge sind, die von einer konvexen Hülle eingeschlossen ist. Daraus wird nun geschlussfolgert, dass die Eingangsgrößen, welche Ausgangsgrößen jenseits des Grenzwertes GW verursachen, nur dann für eine Einstellung von weiteren Eingangsgrößen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System in Frage kommen, wenn die zuvor gebildete erste konvexe Hülle (G1 - G4) um eine weitere (hier) konvexe Hülle (G3, S4, E4, S1 , G1) erweitert wird, wobei aber erfindungsgemäß eben die Einsteilgrößen ausgeschlossen werden, welche Ausgangsgrößen jenseits des Grenzwertes GW verursachen, die Teil/Element einer Menge sind, die von einer wiederum konvexen Hülle (S1 , S2, G1 und S3, G3, S4) eingeschlossen ist.
Praktisch erfolgt ein Ausschluss von Eingangsgrößen, die innerhalb einer weiteren konvexen Hülle (S1 , S2, G1 und S3, G3, S4) liegen, siehe Figur 1 , d. h. es gibt hier zwei solcher weiteren konvexen Hüllen. Es kann natürlich - je nach Anwendungsfall - auch noch mehr als zwei solcher weiteren konvexen Hüllen geben. Diese weiteren konvexen Hüllen weisen folgende Grenzpunkte auf. Der Grenzpunkt G1 der zuvor bestimmten ersten konvexen Hülle ist ebenfalls ein Grenzpunkt der einen konvexen Hülle (in Figur 1 rechts, nicht schraffiert), die (im weiteren Schritt des Verfahrens) auszuschließende Eingangsgrößen umfasst. Auf diese Weise wird der Bezug hergestellt zu der Geweiligen) Ausgangsgrößengrenze, da der erste Grenzpunkt G1 der zuvor bestimmten ersten konvexen Hülle einer
Eingangsgröße/Eingangsgrößenkombination entspricht, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt. Jedenfalls ist es wichtig, dass lediglich nur ein Grenzpunkt der (zuvor bestimmten) ersten konvexen Hülle ebenfalls ein Grenzpunkt der einen konvexen Hülle ist, die im weiteren Verlauf auszuschließende Eingangsgrößen einschließt/umfasst und nicht zwei oder mehrere Grenzpunkte der (zuvor bestimmten) ersten konvexen Hülle. Also sind nicht etwa die beiden Grenzpunkte G1 und G3 gemäß Figur 1 Bestandteil der einen konvexen Hülle, die im weiteren Verlauf auszuschließende Eingangsgrößen einschließt/umfasst, sondern ausschließlich nur der Grenzpunkt Gl Ein weiterer Grenzpunkt der einen konvexen Hülle (in Figur 1 rechts, nicht schraffiert), die (im weiteren Schritt des Verfahrens) auszuschließende Eingangsgrößen umfasst, ist der Schnittpunkt S1 , der dadurch gebildet wird, dass sich die an diesem lediglich einen Grenzpunkt G1 anliegende Hyperebene H1 und die rechte Eingangsgrößengrenze schneiden. Ein weiterer Grenzpunkt der einen konvexen Hülle (in Figur 1 rechts, nicht schraffiert), die (im weiteren Schritt des Verfahrens) auszuschließende Eingangsgrößen umfasst, ist der Schnittpunkt S2, der dadurch gebildet wird, dass sich die an diesem lediglich einen Grenzpunkt G1 anliegende Hyperebene H2 und die rechte Eingangsgrößengrenze schneiden. Jedenfalls wird durch die Hyperebene H1 zwischen dem Grenzpunkt G1 und dem Schnittpunkt S1 , der Eingangsgrößengrenze zwischen dem Schnittpunkt S1 und dem Schnittpunkt S2 und durch die Hyperebene H2 zwischen dem Schnittpunkt S2 und dem Grenzpunkt G1 diese eine konvexe Hülle (in Figur 1 rechts, nicht schraffiert) gebildet.
Auf diese Weise wird auch die zweite konvexe Hülle (in Figur 1 links, nicht schraffiert), die (im weiteren Schritt des Verfahrens) auszuschließende Eingangsgrößen umfasst, gebildet.
Denkbar ist auch der Fall, dass diese weiteren konvexen Hüllen weiterhin Grenzpunkte aufweisen, die Schnittpunkte von Eingangsgrößengrenzen untereinander sind. Wenn auch nicht in Figur 1 gezeigt, könnte der Fall vorliegen, dass der Schnittpunkt S1 nach links rückt, also dann links vom Schnittpunkt E4 der Eingangsgrößengrenzen liegt, so dass die oben beschriebene eine konvexe Hülle, die auszuschließende Eingangsgrößen aufweist, nicht nur drei, sondern vier Grenzpunkte umfasst, nämlich zusätzlich den Schnittpunkt E4 der Eingangsgrößengrenzen untereinander.
Wurden, wie dargestellt einerseits Eingangsgrößen und dazugehörige Ausgangsgrößen ermittelt, wobei die Eingangsgrößen Teil/Elemente der Menge sind, die erfindungsgemäß innerhalb der Eingangsgrößengrenzen erweitert wurde, also unter Ausschluss definierter Eingangsgrößen, dann wird ein Training der Parameter des Modells des technischen Systems anhand dieser (ermittelten) Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen durchgeführt, so wie allgemein bekannt.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung eines Modells eines technischen Systems schrittweise durchgeführt, d. h. die erste konvexe Hülle wird iterativ erweitert.
Wie beschrieben, erfolgt erfindungsgemäß eine Einstellung von weiteren
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System.
Dabei wird erneut zumindest eine Eingangsgröße/Eingangsgrößenkombination ermittelt, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt.
Aufbauend auf der ersten konvexen Hülle erfolgt dann die Bestimmung einer erweiterten konvexen Hülle anhand der nunmehr ermittelten Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen, wobei wiederum einige oder alle nunmehr ermittelten Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen Grenzpunkte der erweiterten konvexen Hülle sind und wiederum an den Grenzpunkten Hyperebenen anliegen und die Hyperebenen die Menge der nunmehr ermittelten
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen einschließen.
Jedenfalls erfolgt eine erneute Einstellung von weiteren
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System, wobei die weiteren Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen innerhalb der
Eingangsgrößengrenzen liegen, sowie innerhalb der erweiterten konvexen Hülle und/oder außerhalb der erweiterten konvexen Hülle, unter Ausschluss von
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen, die innerhalb zumindest einer weiteren konvexen Hülle liegen, wobei je weiterer konvexer Hülle lediglich ein Grenzpunkt der erweiterten konvexen Hülle sowie die Schnittpunkte der an diesem lediglich einen Grenzpunkt anliegenden Hyperebenen mit den Eingangsgrößengrenzen und gegebenenfalls vorhandene Schnittpunkte der
Eingangsgrößengrenzen Grenzpunkte der zumindest einen weiteren konvexen Hülle sind, wobei der lediglich eine Grenzpunkt der erweiterten konvexen Hülle einer im vorangegangenen Schritt ermittelten Eingangsgröße/Eingangsgrößenkombination entspricht, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt.
Dieses Verfahren wird wiederholt durchgeführt, wobei sich die erste konvexe Hülle mit jeder
Wiederholung erweitert, so dass ein Training der Parameter des Modells des technischen Systems anhand der sich mit jeder Wiederholung erhöhenden Anzahl von ermittelten
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Ausgangsgrößen erfolgt, wobei das Verfahren solange wiederholt wird, bis ein bestimmtes Kriterium erfüllt ist. Das Kriterium besteht beispielsweise darin, dass eine vorgegebene Genauigkeit des Modells des technischen Systems erreicht ist. Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Modells eines technischen Systems bereitgestellt. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergerichteter Computer mit einer CPU und einem
maschinenlesbaren Speichermedium vorgesehen ist. Bei dem Computer mit einer CPU handelt es sich dabei insbesondere um einen Computer, der Teil einer allgemein bekannten
Prüfstandsautomatisierung ist oder damit verbunden ist. Diese Prüfstandsautomatisierung bzw. das Automatisierungssystem ist wiederum mit dem betrachteten technischen System verbunden. Die Prüfstandsautomatisierung ist ferner derart ausgeführt, dass nicht nur die Einstellung der
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen damit erfolgt, sondern auch Messungen von Ausgangsgrößen am technischen System erfolgen, wobei die gewonnenen Messwerte für eine weitere Bearbeitung bereitgestellt werden. Die Prüfstandsautomatisierung kann somit ein
Computerprogramm sein. Die weitere Verarbeitung der gewonnenen Messwerte, d. h. insbesondere die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene Bestimmung konvexer Hüllen und das Training der Parameter des Modells des technischen Systems erfolgen dabei mittels eines
Computerprogramms zur Lösung mathematischer Probleme bzw. zur grafischen Darstellung der Ergebnisse. Auf dem Speichermedium des Computers ist somit zumindest ein Computerprogramm gespeichert, das Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, wobei das
Computerprogramm bzw. die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zusammenwirkenden Computerprogramme mittels der CPU ausgeführt wird/werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung eines Modells eines technischen Systems, wobei mittels des Modells anhand von Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen Ausgangsgrößen des technischen Systems bestimmt werden, mit folgenden Schritten:
a) Vorgabe von Eingangsgrößengrenzen,
b) Vorgabe von Ausgangsgrößengrenzen,
c) Ermittlung von Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen innerhalb der
Eingangsgrößengrenzen und dazugehörigen Ausgangsgrößen, durch Einstellung von
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System, wobei zumindest eine Eingangsgröße/Eingangsgrößenkombination ermittelt wird, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt,
d) Bestimmung einer ersten konvexen Hülle anhand der ermittelten
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen, wobei einige oder alle
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen Grenzpunkte der ersten konvexen Hülle sind, wobei an den Grenzpunkten Hyperebenen anliegen, wobei die Hyperebenen die Menge der ermittelten Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen einschließen,
e) Einstellung von weiteren Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System, wobei die weiteren
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen innerhalb der Eingangsgrößengrenzen liegen, sowie innerhalb der ersten konvexen Hülle und/oder außerhalb der ersten konvexen Hülle, unter Ausschluss von Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen, die innerhalb zumindest einer weiteren konvexen Hülle liegen, wobei je weiterer konvexen Hülle lediglich ein Grenzpunkt der ersten konvexen Hülle sowie die Schnittpunkte der an diesem lediglich einen Grenzpunkt anliegenden Hyperebenen mit den Eingangsgrößengrenzen und gegebenenfalls vorhandene Schnittpunkte der Eingangsgrößengrenzen Grenzpunkte der zumindest einen weiteren konvexen Hülle sind, wobei der lediglich eine Grenzpunkt der ersten konvexen Hülle einer
Eingangsgröße/Eingangsgrößenkombination entspricht, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt,
f) Training der Parameter des Modells des technischen Systems anhand der ermittelten
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Ausgangsgrößen.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , wobei wenn gemäß Schritt e) eine Einstellung von weiteren Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System erfolgt ist und erneut zumindest eine Eingangsgröße/Eingangsgrößenkombination ermittelt wurde, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt, aufbauend auf der ersten konvexen Hülle eine erweiterte konvexe Hülle bestimmt wird anhand der nunmehr ermittelten Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen, wobei wiederum einige oder alle nunmehr ermittelten Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen Grenzpunkte der erweiterten konvexen Hülle sind, wobei wiederum an den Grenzpunkten Hyperebenen anliegen, wobei die Hyperebenen die Menge der nunmehr ermittelten Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen einschließen, wobei Schritt e) wiederholt wird, so dass eine erneute Einstellung von weiteren Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System erfolgt, wobei die weiteren Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen innerhalb der Eingangsgrößengrenzen liegen, sowie innerhalb der erweiterten konvexen Hülle und/oder außerhalb der erweiterten konvexen Hülle, unter Ausschluss von
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen, die innerhalb zumindest einer weiteren konvexen Hülle liegen, wobei je weiterer konvexen Hülle lediglich ein Grenzpunkt der erweiterten konvexen Hülle sowie die Schnittpunkte der an diesem lediglich einen Grenzpunkt anliegenden Hyperebenen mit den Eingangsgrößengrenzen und gegebenenfalls vorhandene Schnittpunkte der
Eingangsgrößengrenzen Grenzpunkte der zumindest einen weiteren konvexen Hülle sind, wobei der lediglich eine Grenzpunkt der erweiterten konvexen Hülle einer
Eingangsgröße/Eingangsgrößenkombination entspricht, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei das Verfahren nach Patentanspruch 2 wiederholt wird, wobei sich die erste konvexe Hülle mit jeder Wiederholung erweitert, so dass gemäß Schritt f) ein Training der Parameter des Modells des technischen Systems anhand der sich mit jeder
Wiederholung erhöhenden Anzahl von ermittelten Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Ausgangsgrößen erfolgt, wobei das Verfahren solange wiederholt wird, bis ein bestimmtes Kriterium erfüllt ist.
4. Verfahren nach Patentanspruch 3, wobei das Kriterium darin besteht, dass eine vorgegebene Genauigkeit des Modells des technischen Systems erreicht ist.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 4, wobei die Ermittlung von
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen innerhalb der Eingangsgrößengrenzen und die Ermittlung der dazugehörigen Ausgangsgrößen dadurch erfolgt, dass eine Einstellung von
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und Messung von Ausgangsgrößen am technischen System erfolgt, wobei jedoch nicht unmittelbar zumindest eine Ausgangsgröße gemessen wird, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt, sondern zunächst ein Training des Modells des technischen Systems anhand der eingestellten Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen und gemessenen Ausgangsgrößen erfolgt und dann anhand des Modells die Ermittlung zumindest einer
Eingangsgröße/Eingangsgrößenkombination erfolgt, die eine Ausgangsgröße verursacht, die auf einer Ausgangsgrößengrenze liegt.
6. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 5, wobei das technische System eine Kraftmaschine ist.
7. Verfahren nach Patentanspruch 6, wobei die Kraftmaschine eine Brennkraftmaschine ist.
8. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 7, wobei die Einstellung der
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen mittels eines Automatisierungssystems erfolgt.
9. Verfahren nach Patentanspruch 8, wobei bei der Einstellung der
Eingangsgrößen/Eingangsgrößenkombinationen eine kontinuierliche Überwachung erfolgt, ob eine Ausgangsgrößengrenze erreicht ist.
10. Vorrichtung zur Ermittlung eines Modells eines technischen Systems, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergerichteter Computer mit einer CPU und einem maschinenlesbaren Speichermedium vorgesehen ist, wobei auf dem Speichermedium zumindest ein Computerprogramm gespeichert ist, das Schritte des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst, wobei das Computerprogramm mittels der CPU ausgeführt wird.
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