DE102012011421A1

DE102012011421A1 - Verfahren zur Ermittlung der Kennfelddaten von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102012011421A1
Application number: DE201210011421
Authority: DE
Inventors: Wolf Goetze
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2032-06-09
Also published as: DE102012011421B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Kennfelddaten von Verbrennungsmotoren, bei dem mittels kontinuierlich aufsteigenden und absteigenden Parameterwerten wenigstens eines Parameters (x) eine Motorvermessung durchgeführt wird, wobei in Abhängigkeit von den Parameterwerten zugehörige Messwerte (y) zur Bestimmung der Kennfelddaten ausgewertet werden. Die Veränderung der Parameterwerte eines Parameters (x) erfolgt mit unterschiedlichen Veränderungsgeschwindigkeiten (v) und aus den zugehörigen Messwerten (y) werden durch Mittelwertbildung oder eine sonstige mathematische Kombination der Messwerte wenigstens Messfehler erster und zweiter Ordnung eliminiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Kennfelddaten von Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Optimierung der Steuerungsfunktionen von Verbrennungsmotoren können mittels stationärer Messverfahren Motorkenndaten für unterschiedliche Betriebszustände ermittelt und als Kennfelddaten abgespeichert werden. Hierzu kann ein Verbrennungsmotor stationär, beispielsweise bei unterschiedlicher Last und unterschiedlichen Drehzahlen, betrieben werden, um so für unterschiedliche Betriebszustände zugehörige optimierte Motorkenndaten zu ermitteln. Da aber nicht nur eine lastabhängige und drehzahlabhängige Ermittlung von Motorkenndaten durchgeführt werden muss, sondern eine Vielzahl unterschiedlicher Parameter bei der Ermittlung zugehöriger Motorkenndaten zu berücksichtigen ist, erfordert eine stationäre Vermessung eines Verbrennungsmotors einen enormen Zeitaufwand.
Aus der EP 1 452 848 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Prüfstandes für einen Antriebsmotor bekannt, bei dem eine dynamische Erfassung von Motorkenndaten durchgeführt wird. Die Parameterwerte eines Parameters werden hierzu beispielsweise zeitlich ansteigend und abfallend stetig verändert, wobei die zugehörigen Motorkenndaten ermittelt werden. Es wird bei der Vermessung des Verbrennungsmotors somit kein stationärer Betriebszustand abgewartet, sondern vielmehr eine dynamische Vermessung vorgenommen, bei der eine stetige, lineare Veränderung von Parameterwerten durchgeführt wird.
Bei der dynamischen Messung von Motorkenndaten entsteht ein so genannter Schleppfehler, der sich durch die stetige Veränderung eines oder mehrerer Parameter ergibt. Wird die Messung zunächst mit aufsteigenden Parameterwerten und anschließend mit absteigenden Parameterwerten bei gleicher Änderungsgeschwindigkeit durchgeführt, so kann ein Messfehler erster Ordnung durch Mittelwertbildung eliminiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der Kennfelddaten von Verbrennungsmotoren anzugeben, mit dem bei einer dynamischen Motorvermessung eine höhere Messgenauigkeit für die ermittelten Kennfelddaten erzielt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erhält man mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Messverfahrens sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 wird die Veränderung der Parameterwerte eines Parameters mit unterschiedlichen Veränderungsgeschwindigkeiten durchgeführt, so dass aus den zugehörigen Messwerten durch Mittelwertbildung oder durch eine andere mathematische Kombination der Messwerte wenigstens Messfehler erster und zweiter Ordnung eliminiert werden. Die Veränderung der Parameterwerte mit unterschiedlichen Veränderungsgeschwindigkeiten ergibt somit eine höhere Messgenauigkeit als bei einem Messverfahren mit konstanter Veränderungsgeschwindigkeit der Parameterwerte.
Eine erste Veränderungsgeschwindigkeit, mit der die Parameterwerte durchlaufen werden, kann dabei doppelt so groß sein, wie eine zweite Veränderungsgeschwindigkeit, um Messfehler 1. und 2. Ordnung eliminieren zu können.
Besonders vorteilhaft ist es, die Veränderung der Parameterwerte für jeden Parameter in Form von wenigstens drei rampenförmigen Werteverläufen durchzuführen. Als rampenförmiger Werteverlauf ist dabei ein zeitlich ansteigender oder absteigender Werteverlauf zu verstehen. Damit erhält man für jeden Arbeitspunkt wenigstens drei Messwerte, wodurch die zu einem Arbeitspunkt gehörenden Kennfelddaten mit höherer Genauigkeit ermittelt werden können.
Das Verfahren kann in der Weise weitergebildet sein, dass zusätzlich zur linearen Veränderung der Parameterwerte eine nichtlineare Variation der Parameterwerte zur Erfassung von Messdaten durchgeführt wird. Auf diese Weise erhält man zusätzliche Messwerte für unterschiedliche Arbeitspunkte, mit denen auch vom Schleppfehler unabhängige Messfehler eliminiert werden können. Es empfiehlt sich statt einer linearen Kombination der Messwerte eine überbestimmte Regressionskurve zu durchlaufen, z. B. bei vier Messreihen ein Polynom zweiter Ordnung und eine rationale Funktion.
Das Verfahren zur Bestimmung der Kennfelddaten kann mit einer zeitgleichen Variation der Parameterwerte von mehreren Parametern durchgeführt werden, um eine Verkürzung des gesamten Messverfahrens zu erreichen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 den zeitlichen Verlauf der Parameterwerte, die zur Ermittlung von Kennfelddaten eines Verbrennungsmotors verwendet werden, und
2 die zu einem Arbeitspunkt gehörenden Messwerte in Abhängigkeit von der Veränderungsgeschwindigkeit der Parameterwerte.
1 veranschaulicht, wie ein Parameter x bezüglich seiner Parameterwerte in Abhängigkeit von der Zeit t während eines Messdurchlaufs verändert wird. Die Parameterwerte ändern sich zunächst an einer ansteigenden Rampe 1 linear bis zu einem Maximalwert x_max. Dann fallen die Parameterwerte entlang der Rampe 2 mit gleicher Veränderungsgeschwindigkeit, wie bei der Rampe 1, auf den Wert x_min ab. Daraufhin steigen die Parameterwerte wieder linear an, jedoch mit geringerer Veränderungsgeschwindigkeit, bis diese entlang der Rampe 3 wieder den Maximalwert x_max erreicht haben. Von dort fallen die Parameterwerte wieder mit gleicher Veränderungsgeschwindigkeit entlang der Rampe 4 bis zu dem Wert x_min ab.
Für jeden Arbeitspunkt erhält man auf diese Weise insgesamt vier Messwerte, deren Schleppfehler durch lineare Kombination der Messwerte weitgehend aufgehoben werden können.
Für eine Messgröße y, die abhängig ist von einem Parameter x, der mit konstanter Geschwindigkeit v verstellt wird, kann folgende Gleichung in Form einer Taylorreihe angegeben werden: y(x, v) = y(x) + y'(x)·v + ½·y''(x)·v² + ... (1)
Dabei bezeichnet y' die Ableitung nach v. Durch eine zweite Messung in umgekehrter Richtung, beispielsweise mit abnehmenden Werten für x, wenn zuvor ansteigende Werte für x durchlaufen wurden, erhält man die nachfolgende Funktion, bei der der Schleppfehler nun in erster Näherung mit negativem Vorzeichen auftritt: y(x, –v) = y(x) – y'(x)·v + ½·y''(x)·v² + ... (2)
Bildet man den Mittelwert aus den beiden Gleichungen (1) und (2), so heben sich die Fehler erster Ordnung auf.
Entsprechend dem Beispiel von 1 werden die Parameterwerte x mit höherer Geschwindigkeit und mit geringerer Geschwindigkeit durchlaufen. Unter der Voraussetzung, dass die Rampen 1 und 2 mit doppelter Geschwindigkeit durchlaufen werden, wie die Rampen 3 und 4, erhält man für die mit doppelter Geschwindigkeit durchlaufenen Arbeitspunkte Messwerte, die von x und der doppelten Veränderungsgeschwindigkeit 2v abhängen. Man misst somit: y(x, 2v) = y(x) + 2y'(x)·v + 2y''(x)·v² + ... (3)
Bei absteigendem Werteverlauf ergibt sich folgende Gleichung: y(x, –2v) = y(x) – 2y'(x)·v + 2y''(x)·v² + ... (4)
Durch geeignete lineare Kombination der Messwerte heben sich nun auch die Fehler zweiter Ordnung auf. Somit verbleibt nur ein Fehler der dritten Ordnung. Damit kann bei gleicher Messgenauigkeit schneller oder bei gleicher Messdauer genauer gemessen werden.
2 veranschaulicht die Messwerteverteilung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v für einen Arbeitspunkt, dem der rechnerisch zugeordnete Messwert y0 zugeordnet wird. Dabei repräsentiert y0 den Wert für die Geschwindigkeit v = 0, also für den stationären Zustand. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Messverfahrens kann aus den Messwerten y1 bis y4 der Wert y0, der einen zu ermittelnden Kennfeldwert darstellt, mit hoher Genauigkeit im Wege des erfindungsgemäßen dynamischen Messverfahrens ermittelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1452848 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Kennfelddaten von Verbrennungsmotoren, bei dem mittels kontinuierlich aufsteigenden und absteigenden Parameterwerten wenigstens eines Parameters (x) eine Motorvermessung durchgeführt wird, wobei in Abhängigkeit von den Parameterwerten zugehörige Messwerte (y) zur Bestimmung der Kennfelddaten ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Parameterwerte eines Parameters (x) mit unterschiedlichen Veränderungsgeschwindigkeiten (v) erfolgt, und dass aus den zugehörigen Messwerten (y) durch Mittelwertbildung oder eine sonstige mathematische Kombination der Messwerte wenigstens Messfehler erster und zweiter Ordnung eliminiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Parameterwerte für jeden Parameter (x) in Form von aufsteigenden und absteigenden rampenförmigen Werteverläufen (1 bis 4) erfolgt, wobei ein erster Werteverlauf (1, 2) mit einer ersten Veränderungsgeschwindigkeit (v) und ein zweiter Werteverlauf (3, 4) mit einer zweiten Veränderungsgeschwindigkeit (v) durchlaufen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Veränderungsgeschwindigkeit (v) doppelt so groß ist, wie eine zweite Veränderungsgeschwindigkeit (v).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Parameterwerte für jeden Parameter (x) in Form von wenigstens drei aufsteigenden und absteigenden rampenförmigen Werteverläufen (1 bis 4) mit unterschiedlichen Veränderungsgeschwindigkeiten (v) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine nichtlineare Variation der Parameterwerte zur Erfassung von Messdaten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zeitgleich mehrere Parameter (x) bezüglich ihrer Parameterwerte zur Ermittlung von Kennfelddaten variiert werden.