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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Steuergeräten für Kraftfahrzeuge, insbesondere in Steuergeräten realisierte, auf Modellparametern basierende Funktionsmodelle. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der Adaption und Aktualisierung von Modellparametern.
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Stand der Technik
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In Steuergeräten von Kraftfahrzeugen sind in der Regel Funktionsmodelle implementiert, die durch eine Vielzahl von mathematischen Funktionen zur Approximation von relevanten Kenngrößen, wie beispielsweise Kennlinien, Kennfelder und dergleichen, definiert werden. Diese Funktionsmodelle basieren auf Modellparametern, die üblicherweise voreingestellt und die meist nach der Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs nicht mehr verändert werden.
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Einige der Modellparameter können jedoch mithilfe einer im Steuergerät durchgeführten Online-Adaption (d.h. Adaption während des laufenden Betriebs) verändert werden, um ein sich über die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs veränderndes Verhalten des Kraftfahrzeugs, des Motorsystems oder einer sonstigen Komponente in den Modellen zu berücksichtigen. Weiterhin kann die Online-Adaption auch in Fällen verwendet werden, in denen sich aus Fertigungstoleranzen einzelner Komponenten oder unterschiedlicher Kombinationen von Komponenten leichte Abweichungen des Systemverhaltens ergeben, die in den Modellparametern berücksichtigt werden müssen. Zur Durchführung der Online-Adaption ist üblicherweise in den Steuergeräten eine entsprechende Logik vorgesehen, die eine geeignete Anpassung der betreffenden Modellparameter vornehmen kann.
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Ferner wird beispielsweise in der Druckschrift
DE 10 2010 028 266 A1 vorgeschlagen, das Funktionsmodell in Form eines nicht parametrischen, datenbasierten Funktionsmodells zu realisieren. Dabei wird die Berechnung der Ausgangsgröße unter Verwendung eines Bayes-Regressionsverfahrens ermittelt. Insbesondere ist vorgesehen, die Bayes-Regression als Gauß-Prozess oder Sparse-Gauß-Prozess zu realisieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Adaptieren von Modellparametern eines in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs implementierten Funktionsmodells gemäß Anspruch 1 sowie die Vorrichtung, das System und das Computerprogramm gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Adaptieren bzw. Anpassen von Modellparametern eines in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs implementierten Funktionsmodells, mit folgenden Schritten:
- – Bereitstellen mindestens eines Modellparameters in der zentralen Einrichtung; und
- – Übermitteln des mindestens einen adaptierten Modellparameters an das Kraftfahrzeug,
- – Anwenden des mindestens einen adaptierten Modellparameters in dem implementierten Funktionsmodell.
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Weiterhin können die folgenden weiteren Schritte vorgesehen sein:
- – Erfassen von Messdaten in dem Kraftfahrzeug;
- – Übermitteln der Messdaten und zumindest eines Modellparameters eines in einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs implementierten Funktionsmodells an eine zentrale Einrichtung über eine Datenverbindung;
- – Adaptieren des mindestens einen Modellparameters mithilfe der übermittelten Messdaten in der zentralen Einrichtung; und
- – Übermitteln des adaptierten mindestens einen Modellparameters an das Kraftfahrzeug.
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Eine Idee des obigen Verfahrens zur Adaption von Modellparametern eines Funktionsmodells, das Strecken oder Systemfunktionen nachbildet, besteht darin, ein Nachlernen bzw. eine nach einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs stattfindende Adaption oder Aktualisierung von Modellparametern so vorzunehmen, dass diese Modellparameter dem Kraftfahrzeug von extern bereitgestellt werden.
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Insbesondere können Messwerte von dem Kraftfahrzeug über eine Datenverbindung an eine externe zentrale Einrichtung übertragen werden, in dem dann auf Grundlage der neuen Messwerte sowie des zugrunde liegenden Modells ein verbessertes Funktionsmodell basierend auf adaptierten bzw. korrigierten Modellparametern berechnet werden kann. Das verbesserte Modell wird anhand von neuen Modellparametern definiert, die neu vorgegeben sind bzw. hinsichtlich der zuvor zugrunde liegenden Modellparameter basierend auf bereitgestellten Messdaten adaptiert sind.
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Durch dieses Verfahren ist es möglich, Messwerte von einem oder mehreren Kraftfahrzeugen in dem System zu sammeln und diese gemeinsam zur Ermittlung von adaptierten Modellparametern zu verwenden. Dies hat den Vorteil, dass eine Adaption der Modellparameter nicht in einem Steuergerät in dem Kraftfahrzeug vorgenommen werden muss, da eine solche Adaption rechen- und speicherintensiv sein kann und/oder spezialisierte Hardwarelösungen erfordert. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von datenbasierten Funktionsmodellen der Fall.
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Weiterhin besteht bei einer Adaption in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs nur eine eingeschränkte Möglichkeit, ein etwaig dort adaptiertes Funktionsmodell hinsichtlich Sicherheitsanforderungen zu überprüfen, da diese unter Umständen ebenfalls eine ressourcenintensive Berechnung erfordert, die nicht online durchgeführt werden kann. Da die Adaption in der zentralen Einrichtung auch Messwerte, die von anderen Kraftfahrzeugen bereitgestellt wurden, nutzen kann, kann die Datenbasis schnell erhöht werden und insbesondere können alterungsbedingte, durch Fertigungstoleranzen bedingte und nutzungsabhängige (Überwiegen von Kurzstreckenfahrten oder Langstreckenfahrten, Stadtfahrten oder Autobahnfahrten) Parameteränderungen besser berücksichtigt werden. Durch die Verlagerung der Anpassung der Modellparameter in die zentrale Einrichtung können auch sehr rechen- und speicherintensive Anpassungsalgorithmen verwendet werden. Dadurch ist es weiterhin möglich, auf das Vorhalten von Ressourcen für die Adaption der Parameter des Funktionsmodells in dem Steuergerät des Kraftfahrzeugs zu verzichten und somit die Kosten für das Steuergerät des Kraftfahrzeugs zu reduzieren.
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Weiterhin hängen die aufgezeichneten Messwerte in einem Kraftfahrzeug erheblich von dem Fahrverhalten des Fahrers ab, so dass in bestimmten Messbereichen keine Messwerte aufgezeichnet werden. Daher ist das Zusammenführen von Messwerten aus verschiedenen Kraftfahrzeugen hilfreich, um die für eine Adaption zur Verfügung stehenden Messbereiche zu vergrößern und so eine verbesserte bzw. robustere Adaption der Modellparameter zu erreichen.
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Weiterhin können die gesammelten Messwerte zur Verbesserung von zukünftig entwickelten Funktionen, Komponenten oder Kraftfahrzeugen genutzt werden. Auch kann eine aufgrund der Parameteradaption festgestellte erhöhte Belastung einer oder mehrerer Komponenten dazu genutzt werden, diese bei einem nächsten Werkstattbesuch gegen eine robustere Ersatzkomponente auszutauschen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Applikateur, insbesondere bei einer Verwendung eines in dem Steuergerät implementierten datenbasierten Funktionsmodell, wie beispielsweise einem Gauß-Prozessmodell, eine Überprüfung vornehmen kann, um numerische oder methodenbedingte Problemfälle auszuschließen. Eine automatische Überprüfung durch Hard- oder Software ist derzeit nicht möglich, ohne erheblichen zusätzlichen Rechenaufwand bereitzustellen. Durch die Übertragung der Messdaten an die zentrale Einrichtung ist dort eine interaktive Überprüfung durch einen Applikateur möglich, bevor adaptierte Modellparameter an das Kraftfahrzeug übertragen werden. Die Notwendigkeit eines Werkstattbesuchs mit dem Kraftfahrzeug entfällt dadurch.
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Weiterhin kann das Funktionsmodell ein datenbasiertes Modell, insbesondere ein Gaußprozessmodell, sein, wobei die Modellparameter Hyperparametern des datenbasierten Modells und Stützstellendaten entsprechen.
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Insbesondere können die Stützstellendaten als Trainingsdaten von dem Kraftfahrzeug oder von einem vom Kraftfahrzeug separaten Datenspeicher, insbesondere einem über die Datenverbindung erreichbaren Cloud-Speicher, empfangen werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Messdaten zumindest teilweise den Stützstellendaten bzw. den Trainingsdaten des Funktionsmodells hinzugefügt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform können Messdaten und der mindestens eine Modellparameter des Funktionsmodells von mehreren Kraftfahrzeugen über ein Netzwerk an eine zentrale Einrichtung übermittelt werden, wobei der mindestens eine Modellparameter basierend auf den übermittelten Messdaten von mehreren Kraftfahrzeugen adaptiert wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug, zum Adaptieren eines Funktionsmodells eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:
- – Messdaten in dem Kraftfahrzeug zu erfassen;
- – die Messdaten und zumindest einen Modellparameter eines implementierten Funktionsmodells über eine Datenverbindung nach extern zu übermitteln; und
- – mindestens einen adaptierten Modellparameter von extern zu empfangen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine zentrale Einrichtung zum Adaptieren eines Funktionsmodells eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei die zentrale Einrichtung ausgebildet ist, um:
- – den mindestens einen Modellparameter bereitzustellen;
- – den adaptierten mindestens einen Modellparameter über die Datenverbindung an das Kraftfahrzeug zu übermitteln; und
- – den mindestens einen adaptierten Modellparameter in dem implementierten Funktionsmodell anzuwenden.
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Weiterhin kann die zentrale Einrichtung ausgebildet sein, um:
- – Messdaten und zumindest einen Modellparameter eines in einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs implementierten Funktionsmodells von einem oder mehreren Kraftfahrzeugen über eine Datenverbindung von extern zu empfangen; und
- – den mindestens einen Modellparameter mithilfe der übermittelten Messdaten zu adaptieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein System vorgesehen, umfassend die obige Vorrichtung und die obige zentrale Einrichtung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das ausgebildet ist, um alle Schritte des obigen Verfahrens auszuführen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Adaption von Modellparametern; und
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2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Adaption von Modellparametern.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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In 1 ist ein System 1 zum Erfassen, Adaptieren und Nutzen von Modellparametern durch ein Steuergerät 21 eines Kraftfahrzeugs 2 schematisch dargestellt. In dem Steuergerät 21 ist ein Funktionsmodell implementiert, um basierend auf Modellparametern Funktionswerte als Schätzwerte zu ermitteln.
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Das System 1 umfasst weiterhin eine Datenverbindung 5 zwischen einem oder mehreren Kraftfahrzeugen 2 über ein geeignetes Netzwerk 3 mit einer zentralen Einrichtung 4. Die zentrale Einrichtung 4 stellt eine vom Kraftfahrzeug 2 separate Einrichtung zum Durchführen von Rechenfunktionen dar.
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Die Datenverbindung 5 über das Netzwerk 3 umfasst, dass das Steuergerät 21 des Kraftfahrzeugs 2 über eine geeignete Datenübertragungseinrichtung 22 eine Datenverbindung 5 über das Netzwerk 3 mit der zentralen Einrichtung 4 aufbaut und zur Adaption der Modellparameter benötigte Daten übermittelt. Alternativ oder zusätzlich können die Daten auch in einem externen Datenspeicher 6, wie z.B. einem Cloud-Speicher zwischengespeichert werden. Weiterhin kann die zentrale Einrichtung 4 auch Teil eines Cloud-Speichers sein.
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Die zur Adaption von Modellparametern benötigten Daten entsprechen den Modellparametern des in dem betreffenden Steuergerät 21 angewandten Funktionsmodells, neu erfassten Messdaten, die zur Adaption eines oder mehrerer der Modellparameter berücksichtigt werden sollen, sowie unter Umständen Meta-Informationen, die Kraftfahrzeugeigenschaften bzw. das Kraftfahrzeug 2 identifizieren. Desweiteren können die übermittelten Daten auch Kontextinformationen, wie beispielsweise Standortinformationen, Fahrprofile und dergleichen beinhalten.
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In der zentralen Einrichtung 4 werden nun zumindest die neu erfassten Messdaten und die bestehenden Modellparameter des implementierten Funktionsmodells empfangen und dazu verwendet, gegebenenfalls eine Adaption eines oder mehrerer der Modellparameter durchzuführen.
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In der zentralen Einrichtung 4 kann dazu eine Recheneinheit 41vorgesehen sein, mit der, basierend auf den empfangenen Modellparametern und den bereitgestellten Messwerten, die Modellparameter in entsprechender Weise adaptiert werden können. Dies kann automatisch oder mithilfe einer Interaktion mit einem Applikateur erfolgen. Dadurch kann der Applikateur numerische oder methodenbedingte Problemfälle ausschließen und weitere Vorgaben einbringen.
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Handelt es sich bei dem Funktionsmodell um ein datenbasiertes Modell so umfassen die Modellparameter die Hyperparameter und Stützstellendaten (z.B. die Trainingsdaten) des Modells.
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In 2 ist schematisch in Form eines Flussdiagramms das Verfahren zur Adaption von Modellparametern eines Funktionsmodells, das in einem Steuergerät 21 eines Kraftfahrzeugs 2 implementiert ist, beschrieben.
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Der Schritt S1 sieht zunächst die Aufzeichnung und Sammlung von Messwerten durch das Steuergerät 21 des Kraftfahrzeugs 2 vor. Die Messdaten, die erfasst und aufgezeichnet werden, entsprechen in der Regel Messwerten von in dem Kraftfahrzeug 2 verwendeten Sensoren. Um die Datenmenge zu beschränken, können die Messdaten aufbereitet und komprimiert werden, indem die zeitlichen Abstände, in denen bestimmte Messwerte erfasst werden, angepasst werden. Auch können über bestimmte Zeiträume gemittelte Messwerte als komprimierte Messdaten bereitgestellt werden.
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In Schritt S2 wird abgefragt, ob ein geeigneter Zeitpunkt vorliegt, um Messdaten über das Netzwerk 3 an die zentrale Einrichtung 4 zu übertragen. Ein geeigneter Zeitpunkt liegt beispielsweise dann vor, wenn eine ausreichende Menge von Messdaten erfasst wurde, um diese als Datenpaket zu übertragen. Alternativ oder zusätzlich kann als geeigneter Zeitpunkt ermittelt werden, wenn eine Datenverbindung 5 über das Netzwerk 3 aufgebaut werden kann, was im Fall einer nur zeitweilig herstellbaren Datenverbindung 5 angewendet werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch anhand der Messdaten festgestellt werden, ob diese über das Netzwerk 3 an die zentrale Einrichtung 4 übertragen werden sollen. So kann in dem Steuergerät 21 des Kraftfahrzeugs 2 überprüft werden, ob die Messdaten innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegen oder ob eine Abweichung eines oder mehrerer der Messwerte von einem vorgegebenen Erwartungswert vorliegt. So können beispielsweise Messwerte nicht übertragen werden, wenn in der zentralen Einrichtung 4 festgestellt wird, dass diese nicht zu einer (nennenswerten) Adaption von Modellparametern führen würden. Dadurch können die Datenübertragungswege entlastet sowie die Menge an der zentralen Einrichtung 4 zur Verfügung gestellten Messdaten reduziert werden.
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Wird in Schritt S2 erkannt, dass eine Datenübertragung erfolgen soll (Alternative: Ja), so werden die Messdaten in Schritt S3 über das Netzwerk 3 an die zentrale Einrichtung 4 bzw. an den externen Datenspeicher 6, entweder innerhalb des Netzwerks 3 (Cloud-Speicher) oder in der zentralen Einrichtung 4, übertragen und dort gespeichert. Andernfalls (Alternative: Nein) wird zur Fortsetzung der Erfassung und Aufzeichnung von Messwerten zu Schritt S1 zurückgesprungen.
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In Schritt S4 werden weiterhin die bisherigen Modellparameter, d. h. zumindest die zu adaptierenden Modellparameter, an den in dem Netzwerk 3 oder der zentralen Einrichtung 4 vorliegenden Datenspeicher 6 übertragen. Weiterhin können Metainformationen übertragen werden, die Angaben über das Kraftfahrzeug 2 oder Kraftfahrzeugeigenschaften und Kontextinformationen, wie beispielsweise Standortinformationen, Fahrprofile und dergleichen, enthalten. Die Modellparameter können sowohl mathematische Funktionen zum Generieren von Ansteuersignalen für Stellgeber in dem Kraftfahrzeug 2 als auch Korrekturparameter für Sensoren oder Verhalten von Komponenten sein.
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Im Falle eines nicht parametrischen datenbasierten Modells als Funktionsmodell werden zusätzlich zu den neu erfassten Messdaten auch zuvor ermittelte Hyperparameter und die Stützstellendaten bzw. Trainingsdaten des Funktionsmodells, die in dem Steuergerät 21 gespeichert sind, an die zentrale Einrichtung 4 übertragen. Durch Vorsehen einer Kennung des Kraftfahrzeugs 2 bzw. des betreffenden Steuergeräts 21 in den Metainformationen kann die zentrale Einrichtung 4 die Trainingsdaten des Funktionsmodells auch aus dem Datenspeicher der zentralen Einrichtung 4 oder dem externen Datenspeicher 6, z.B. dem Cloud-Speicher, entnehmen, so dass die von dem Steuergerät 21 zu übertragende Datenmenge reduziert werden kann.
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In Schritt S5 werden in der zentralen Einrichtung 4 neue Modellparameter berechnet bzw. in geeigneter Weise ermittelt. Da, wie aus 1 ersichtlich, das System 1 Messdaten und Modellparameter auch von anderen Kraftfahrzeugen 2 erhalten kann, kann die Ermittlung der neuen Modellparameter auch die Messdaten von anderen Kraftfahrzeugen 2 und deren Fahrprofile und dergleichen einbeziehen. Insbesondere können mithilfe der Kennung die Komponenten des Fahrzeugs aus einer entsprechenden Datenbank abgerufen werden, um Fahrzeuge ähnlicher Bauart zu identifizieren und deren Messdaten bei der Parameteradaption zu berücksichtigen. Auf diese Weise können Messdaten „ähnlicher“ Fahrzeuge, d.h. Fahrzeuge mit vergleichbaren Komponenten für die Adaption entsprechender Modellparameter berücksichtigt werden.
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Das Einbeziehen bzw. Berücksichtigen von weiteren Messdaten kann unselektiert erfolgen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass anhand der ebenfalls übertragenen, bisherigen Modellparameter zunächst eine Klassifizierung des die Messdaten übermittelnden Kraftfahrzeugs 2 vorgenommen wird und dass für die Aktualisierung von Modellparametern nur die Messdaten von Kraftfahrzeugen 2 herangezogen werden, bei denen es sich nach Anwendung eines Kategorisierungs- bzw. Clustering-Verfahrens um ähnliche Kraftfahrzeuge 2 handelt.
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Weiterhin ist es möglich, dass die Ermittlung der adaptierten Modellparameter zum Ausschließen von numerischen oder methodenbedingten Problemfällen durch einen Applikateur erfolgt. Dadurch kann die Adaption der Modellparameter im Hinblick auf einzuhaltende Sicherheitsstandards, numerische Effekte und Funktionssicherheit über die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs 2 abgesichert werden.
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Anschließend können in Schritt S6 die adaptierten Modellparameter zurück in das betreffende Kraftfahrzeug 2 übermittelt und dort der Funktion des Steuergeräts 21 zugrunde gelegt werden. Zusätzlich können bei einem datenbasierten Funktionsmodell auch die zugrundeliegenden Stützstellendaten bzw. Trainingsdaten übermittelt werden. Dies ist insbesondere bei einem Sparse-Gaußprozeßmodell sinnvoll, da die Auswahl der dem Modell zugrundeliegenden Stützstellendaten in der zentralen Einrichtung 4 vorgenommen wird.
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Alternativ kann vorgesehen sein, unabhängig von den übermittelten Messdaten Modellparameter in der zentralen Einrichtung bereitzustellen und diese an das betreffende ausgewählte Kraftfahrzeug zu übertragen. Dies kann z.B. bei einer Aktualisierung der Modellparameter in dem Kraftfahrzeug, z.B. zur Behebung eines Modellfehlers vorgenommen werden. Eine Auswertung bzw. Triggerung durch Messdaten wie in den Schritten S1 bis S5 beschrieben, ist in diesem Fall nicht notwendig.
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Die Übertragung der adaptierten Modellparameter kann zu einem geeigneten Zeitpunkt erfolgen, insbesondere getriggert von dem Steuergerät 21 des betreffenden Kraftfahrzeugs 2, das angibt, dass ein geeigneter Zeitpunkt zum Empfang von aktualisierten Modellparametern vorliegt. Ein geeigneter Zeitpunkt kann beispielsweise ein Stillstand oder Ruhezustand des Kraftfahrzeugs 2 sein, so dass eine Gefährdung durch eine etwaig während einer Aktualisierung der Modellparameter auftretende unzuverlässige Funktionsweise des Steuergeräts 21 während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs 2 nicht auftreten kann.
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Gleichzeitig kann im Steuergerät eine Möglichkeit vorgesehen werden, die empfangenen Daten zwischenzuspeichern, bis die Übertragung abgeschlossen ist. Wenn vom Steuergerät 21 erkannt wird, dass die Übertragung der adaptierten Modellparameter beendet ist und alle adaptierten Modellparameter vollständig empfangen wurden (Feststellen durch Überprüfung der Checksumme), kann das Steuergerät 21 entscheiden, wann diese neuen adaptierten Modellparameter aktiviert werden, z.B. nach Abstellen des Motors, in einer Schubphase, per Werkstatt-Trigger, per Smartphone, per Bedienung eines Bedienungselement s im Fahrzeug, etc.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010028266 A1 [0004]
