DE102020006255A1 - METHOD FOR CALIBRATING A SIMULATION MODEL FOR CONTROLLING AN COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Simulationsmodells (100) mit mehreren unabhängigen Kennfeldem, Kennlinien oder Skalaren, mit den Schritten eines Bestimmens (S101) jeweils eines Referenzkennfeldes für die unabhängigen Kennfelder, Kennlinien oder Skalare des Simulationsmodells (100); eines Auswählens (S102)eines funktionalen Zusammenhangs mit mindestens einem Funktionsparameter für die unabhängigen Kennfelder, Kennlinien oder Skalare, basierend auf den bestimmten Referenzkennfeldem; eines Festlegens (S103) zumindest eines initialen Funktionsparameters für den funktionalen Zusammenhang; eines Berechnens (S104) der Funktionswerte des zumindest einen funktionalen Zusammenhangs der unabhängigen Kennfelder, Kennlinien oder Skalare; eines Berechnens (S105) des Ausgangswertes des Simulationsmodells (100) auf Basis des zumindest einen berechneten Funktionswertes; eines Berechnens (S106) eines Abweichungswertes zwischen dem berechneten Ausgangswert des Simulationsmodells (100) und einem gemessenen Zielwert; und eines Minimierens (S107) des Abweichungswertes durch Variieren des zumindest einen Funktionsparameters und Wiederholen der Berechnungsschritte (S104, S105, S106).The present invention relates to a method for calibrating a simulation model (100) with several independent maps, characteristic curves or scalars, with the steps of determining (S101) a reference map for each of the independent maps, characteristic curves or scalars of the simulation model (100); a selection (S102) of a functional relationship with at least one functional parameter for the independent characteristic maps, characteristic curves or scalars, based on the determined reference characteristic fields; defining (S103) at least one initial functional parameter for the functional context; calculating (S104) the function values of the at least one functional relationship of the independent characteristic diagrams, characteristic curves or scalars; calculating (S105) the output value of the simulation model (100) on the basis of the at least one calculated function value; calculating (S106) a deviation value between the calculated output value of the simulation model (100) and a measured target value; and minimizing (S107) the deviation value by varying the at least one functional parameter and repeating the calculation steps (S104, S105, S106).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Simulationsmodells mit mehreren unabhängigen Kennfeldem, Kennlinien oder Skalaren und ein Computerprogramm zum Durchführen des Verfahrens.The present invention relates to a method for calibrating a simulation model with a plurality of independent characteristic diagrams, characteristic curves or scalars and a computer program for performing the method.
Die Druckschrift
Die Kalibrierung von Kennfeldem, Kennlinien und Skalaren eines Modells mittels eines Optimierungsprozesses führt bei Verwendung eines Verfahrens, das lediglich die Genauigkeit des Simulationsmodels berücksichtigt, häufig zu Verläufen der zu optimierenden Kennfelder und Kennlinien, die, innerhalb der gegebenen Modellstruktur, als unplausibel zu bezeichnen sind.The calibration of characteristic diagrams, characteristic curves and scalars of a model by means of an optimization process, when using a method that only takes into account the accuracy of the simulation model, often leads to courses of the characteristic diagrams and characteristic curves to be optimized, which, within the given model structure, can be described as implausible.
Zudem sind Bereiche von Kennfeldern und Kennlinien, für die keine Messdaten vorliegen, bei reiner Betrachtung der Genauigkeit des Simulationsmodells, einer Optimierung nicht zugänglich.In addition, areas of characteristic diagrams and characteristic curves for which no measurement data are available are not accessible for optimization when purely considering the accuracy of the simulation model.
Die Glattheit eines Kennfeldes oder einer Kennlinie spiegelt nicht in jedem Fall die Plausibilität der Bedatung innerhalb einer gegebenen Modellstruktur wieder. Mitunter sind Verläufe mit großen Gradienten sogar explizit erforderlich. Eine Extrapolation des Verlaufs einer Kennlinie oder eines Kennfelds in Bereiche, für die keine Messdaten zur Optimierung hinsichtlich der Genauigkeit des Simulationsmodells vorliegen ist nur bedingt möglich.The smoothness of a map or a characteristic does not always reflect the plausibility of the data within a given model structure. Occasionally, courses with large gradients are even explicitly required. An extrapolation of the course of a characteristic curve or a characteristic field into areas for which no measurement data is available for optimization with regard to the accuracy of the simulation model is only possible to a limited extent.
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.This object is achieved by subject matter according to the independent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims, the description and the figures.
Gemäß einem Aspekt wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Kalibrierung eines Simulationsmodells mit mehreren unabhängigen Kennfeldem, Kennlinien oder Skalaren gelöst, mit den Schritten eines Bestimmens jeweils eines Referenzkennfeldes für die unabhängigen Kennfelder, Kennlinien oder Skalare des Simulationsmodells, wobei für zu optimierende Kennfelder das Referenzkennfeld ebenfalls ein Kennfeld ist, für zu optimierende Kennlinien das Referenzkennfeld eine Kennlinie ist und für zu optimierende Skalare das Referenzkennfeld ebenfalls ein Skalar ist; eines Auswählens eines funktionalen Zusammenhangs mit mindestens einem Funktionsparameter für die unabhängigen Kennfelder, Kennlinien oder Skalare, basierend auf den bestimmten Referenzkennfeldern; eines Festlegens zumindest eines initialen Funktionsparameters für den funktionalen Zusammenhang; eines Berechnens der Funktionswerte des zumindest einen funktionalen Zusammenhangs der unabhängigen Kennfelder, Kennlinien oder Skalare; eines Berechnens des Ausgangswertes des Simulationsmodells auf Basis des zumindest einen berechneten Funktionswertes; eines Berechnens eines Abweichungswertes zwischen dem berechneten Ausgangswert des Simulationsmodells und einem gemessenen Zielwert; und eines Minimierens des Abweichungswertes durch Variieren des zumindest einen Funktionsparameters und Wiederholen der Berechnungsschritte. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass der Ausgangswert des Modells auf schnelle Weise an Messwerte angepasst werden kann und sich gleichzeitig plausible Werte und Verläufe für die unabhängigen Kennfelder, Kennlinie oder Skalare ergeben.According to one aspect, this object is achieved by a method for calibrating a simulation model with several independent maps, characteristic curves or scalars, with the steps of determining a reference map in each case for the independent maps, characteristic lines or scalars of the simulation model, the reference map also for maps to be optimized is a map, for characteristic curves to be optimized the reference map is a characteristic curve and for scalars to be optimized the reference map is also a scalar; a selection of a functional relationship with at least one functional parameter for the independent characteristic maps, characteristic curves or scalars, based on the determined reference characteristic maps; defining at least one initial functional parameter for the functional context; a calculation of the functional values of the at least one functional relationship of the independent characteristic diagrams, characteristic curves or scalars; calculating the output value of the simulation model on the basis of the at least one calculated function value; calculating a deviation value between the calculated output value of the simulation model and a measured target value; and minimizing the deviation value by varying the at least one functional parameter and repeating the calculation steps. This has the technical advantage that the output value of the model can be adapted quickly to measured values and, at the same time, plausible values and curves result for the independent characteristic diagrams, characteristic curves or scalars.
In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden die Stützpunkte der unabhängigen Kennfelder, Kennlinien oder Skalare bestimmt, indem die Stützpunkte eines Referenzkennfeldes durch eine Anwendung des funktionalen Zusammenhanges verschoben werden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine vorhersagbare Änderung der Stützpunkte erzielt wird.In a technically advantageous embodiment of the method, the interpolation points of the independent characteristic maps, characteristic curves or scalars are determined by shifting the interpolation points of a reference characteristic field by applying the functional relationship. This has the technical advantage, for example, that a predictable change in the support points is achieved.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der funktionale Zusammenhang durch eine parametrische Funktion beschrieben, die sowohl die Stützstellen als auch die Stützwerte der unabhängigen Kennfelder, Kennlinien oder Skalare verändert. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Genauigkeit der Anpassung der Kennfelder, Kennlinien oder Skalare erhöht wird.In a further technically advantageous embodiment of the method, the functional relationship is described by a parametric function that changes both the support points and the support values of the independent characteristic diagrams, characteristic curves or scalars. In this way, for example, the technical advantage is achieved that the accuracy of the adaptation of the characteristic maps, characteristic curves or scalars is increased.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der funktionale Zusammenhang durch einen Spline oder eine rationale Bezierkurve dargestellt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass glatte und stetige Kennfelder, Kennlinien oder Skalare erzeugt werden können.In a further technically advantageous embodiment of the method, the functional relationship is represented by a spline or a rational Bezier curve. This has the technical advantage, for example, that smooth and continuous characteristic fields, characteristic curves or scalars can be generated.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der erlaubte Wertebereich für die unabhängigen Kennfelder, Kennlinien oder Skalare durch eine obere und/oder untere Grenze eingeschränkt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass technisch sinnvolle und realisierbare Werte erhalten werden.In a further technically advantageous embodiment of the method, the permitted value range for the independent characteristic diagrams, characteristic curves or scalars is restricted by an upper and / or lower limit. As a result, for example, the technical advantage is achieved that technically meaningful and realizable values are obtained.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden die Funktionsparameter des funktionalen Zusammenhanges nur innerhalb eines vorgegebenen Wertebereiches verändert. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass technisch sinnvolle und realisierbare Werte erhalten werden.In a further technically advantageous embodiment of the method, the functional parameters of the functional relationship are changed only within a predetermined value range. This also has the technical advantage, for example, that technically meaningful and realizable values are obtained.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens hat das Simulationsmodell mehrere Ausgangswerte, die jeweils mit einem gemessenen Zielwert verglichen werden und die jeweiligen Abweichungswerte gewichtet werden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass Quereffekte innerhalb des Simulationsmodells für mehrere Ausgangswerte berücksichtigt werden.In a further technically advantageous embodiment of the method, the simulation model has several output values which are each compared with a measured target value and the respective deviation values are weighted. This has the technical advantage, for example, that cross-effects are taken into account within the simulation model for several output values.
In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist das Simulationsmodel ein Füllungserfassungsmodell, ein Momentenmodell, ein Abgastemperaturmodell, ein Kraftstofftemperaturmodell oder ein Öltemperaturmodell. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Verfahren für die Kalibrierung von besonders geeigneten technischen Modellen verwendet wird.In a further technically advantageous embodiment of the method, the simulation model is a charge detection model, a torque model, an exhaust gas temperature model, a fuel temperature model or an oil temperature model. This has the technical advantage, for example, that the method is used for the calibration of particularly suitable technical models.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe durch ein Computerprogramm mit Befehlen gelöst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach dem ersten Aspekt auszuführen. Dadurch werden die gleichen technischen Vorteile wie durch das Verfahren nach dem ersten Aspekt erreicht.According to a further aspect, this object is achieved by a computer program with instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the method according to the first aspect. As a result, the same technical advantages are achieved as by the method according to the first aspect.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
-
1 ein Blockdiagramm des Verfahrens; und -
2 eine Kennlinie vor und nach der Anpassung durch das Verfahren, sowie ein Referenzkennfeld
-
1 a block diagram of the process; and -
2 a characteristic before and after the adaptation by the method, as well as a reference map
Das Simulationsmodell
Bei dem Verfahren wird neben der Genauigkeit des Simulationsmodells
Im ersten Schritt
Durch das Verfahren lassen sich effizient Kennlinien, Kennfelder oder Skalare zur Steuerung einer Brennkraftmaschine ermitteln. Die gewonnenen Kennfelder, Kennlinien oder Skalare weisen innerhalb der gegebenen Modellstruktur einen plausiblen Wertebereich und einen plausiblen Verlauf auf, da diese unter Berücksichtigung von Referenzkennfeldem gewonnen worden sind.The method can be used to efficiently determine characteristic curves, maps or scalars for controlling an internal combustion engine. The characteristic diagrams, characteristic curves or scalars obtained have a plausible value range and a plausible course within the given model structure, since these have been obtained taking reference characteristic diagrams into account.
Des Weiteren können mit diesem Verfahren Bereiche, für die keine Messdaten zur Minimierung der Abweichung des Simulationsmodells
Zudem kann die Kalibrierung mit deutlich geringerem Zeitaufwand und Ressourcenaufwand erfolgen, da eine manuelle Nachbearbeitung der aus dem Optimierungsprozess entstehenden Bedatung in geringerem Maße notwendig ist. Aufgrund des deutlich verminderten Aufwands sind Kosten- und Zeiteinsparungen möglich.In addition, the calibration can be carried out with significantly less expenditure of time and resources, since manual post-processing of the data resulting from the optimization process is less necessary. Due to the significantly reduced effort, cost and time savings are possible.
Die Kennlinie
Der Verlauf einer veränderten Kennlinie
Funktionswert = f(t, p1, p2, p3). Dabei ist t der Kurvenparameter und die Parameter p1, p2, p3 sind die Funktionsparameter. Die veränderten Stützpunkte
Hierbei sind die Funktionen f1 und f2 jeweils eindimensionale rationale Bezierkurven mit unterschiedlichen Funktionsparametern p1, p2, p3 und p4, p5, p6.The functions f1 and f2 are each one-dimensional, rational Bezier curves with different function parameters p1, p2, p3 and p4, p5, p6.
Durch Festlegen von initialen Werten für die Funktionsparameter p1, p2, p3 und p4, p5, p6 lässt sich anhand der berechneten Stützpunkte eine initiale Form der Kennlinie
Es werden also für verschiedene Werte des Strömungsquerschnittes entsprechende Werte des Massenstromes berechnet. In einem nächsten Schritt werden die Ausgangswerte des Simulationsmodells mit gemessenen Werten verglichen, wie beispielsweise ein Massenstrom als Funktion des Querschnitts, gemessen am realen System, und ein Abweichungswert zwischen den berechneten Ausgangswerten des Simulationsmodells
Durch Variation der Funktionsparameter p1, p2, p3, p4, p5, p6 wird die Form der Kennlinie verändert, um diesen Abweichungswert zu verringern, so dass sich eine angepasste und verbesserte Kennlinie
Das beschriebene Verfahren kann beispielsweise durch dedizierte Hardware oder durch ein Computerprogramm ausgeführt werden, dass auf einem Computer mit einem Prozessor und einem Datenspeicher ausgeführt wird.The method described can be carried out, for example, by dedicated hardware or by a computer program that is carried out on a computer with a processor and a data memory.
Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.All the features explained and shown in connection with individual embodiments of the invention can be provided in different combinations in the subject matter of the invention in order to simultaneously realize their advantageous effects.
Alle Verfahrensschritte können durch Vorrichtungen implementiert werden, die zum Ausführen des jeweiligen Verfahrensschrittes geeignet sind. Alle Funktionen, die von gegenständlichen Merkmalen ausgeführt werden, können ein Verfahrensschritt eines Verfahrens sein.All method steps can be implemented by devices that are suitable for carrying out the respective method step. All functions that are carried out by objective features can be a process step of a process.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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