EP1989431A1 - Verfahren und vorrichtung zur robusten abschätzung für das verhältnis von steuereinspritzparameter zu resultierender eingespritzter kraftstoffmenge - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur robusten abschätzung für das verhältnis von steuereinspritzparameter zu resultierender eingespritzter kraftstoffmenge

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EP1989431A1
EP1989431A1 EP07704637A EP07704637A EP1989431A1 EP 1989431 A1 EP1989431 A1 EP 1989431A1 EP 07704637 A EP07704637 A EP 07704637A EP 07704637 A EP07704637 A EP 07704637A EP 1989431 A1 EP1989431 A1 EP 1989431A1
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EP
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injection
grid
test
points
parameter
Prior art date
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Application number
EP07704637A
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English (en)
French (fr)
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Ralf Böhnig
Michael Hardt
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F02D41/2441—Methods of calibrating or learning characterised by the learning conditions

Definitions

  • the present invention relates to a method and device for estimating a map of an injection system of an internal combustion engine for controlling the injection.
  • the present invention relates to a method for estimating at least one control parameter for a target injection quantity.
  • crankshaft sensor that detects the angular velocity of the crankshaft. This variable provides an excellent source for deriving dynamic magnitudes derived from individual burns in the cylinder.
  • Previous technical arrangements use a high-resolution noise measurement in the engine with the aid of one or more microphones or knock sensors. These are attached to the engine block near the cylinder.
  • cylinder pressure measurements are using a cylinder pressure sensor performed. Cylinder pressure sensors may be located at various positions within the cylinder.
  • both approaches have the disadvantage that they are not installed as standard in motor vehicles and therefore substantially increase the manufacturing cost of the motor vehicle.
  • the method and apparatus for estimating at least one control parameter of an injection system of an internal combustion engine for a target injection quantity comprises the following steps: determining an injection control grid having a plurality of grid points described by at least one grid parameter and one grid injection quantity while the injection control grid describes an operating area of the injection system, Determine at least one
  • Test point based on at least one isolated injection injection injection system, while the at least one test point is described by at least one test parameter and a test injection quantity, and estimating the control parameter of a target injection amount using limited linear regression between grid points and test point within at least a portion of the operating range of the injection system.
  • the present method is initially based on an injection control grid, which is formed for example by an initial calibration of the injection system of the internal combustion engine.
  • This injection control grid covers all or part of the entire operating range of the injection system. It is spanned by individual grid points whose coordinates are defined by at least one parameter of the injection system, the grid parameter, and an injection quantity assigned to the grid parameter, the grid injection quantity, cha be characterized. These grid points give a rough estimate of the operating range of the injection system, ie they supply individual injection parameters in the form of grid parameters with which specific injection quantities in the form of grid injection quantities are achieved.
  • test point or a plurality of test points is generated within the injection control grid.
  • the generation of these test points are characterized in a manner similar to the grid points by a respective test parameter of the injection system and a test injection quantity assigned to the test parameter, are generated with the aid of isolated test injections.
  • isolated test injections in comparison to the normal overrun operation of the internal combustion engine, denote small quantities of fuel which are injected into the individual cylinders of the internal combustion engine in phases of disconnected fuel supply.
  • the combustion of the isolated test injections produce evaluable torque fluctuations, from which the actual injected fuel quantity can be derived.
  • a given test parameter is assigned an actual test injection quantity.
  • a linear regression between the selected test points and grid points is performed, so that with the obtained linear regression in the form of a straight-line equation, the control parameter of a target injection quantity can be estimated.
  • a straight line equation or linear regression is determined for at least a subarea of the operating range of the injection system.
  • the grid points and the at least one test point for the at least one straight line equation are preferably selected such that the two Linear equations or restricted linear regressions from different sides, preferably from approximately opposite sides, approach the desired target injection quantity. The better the test points with the isolated test injections approach the desired target injection quantity, the more accurately the estimation of the target injection quantity and the associated control parameter can take place with the aid of the linear regressions between the grid points and these test points.
  • the above test points are generated until a number of test points are reached within a tolerance range arranged around the target injection quantity or a minimum number of iterations across the test points.
  • control parameter of the target injection quantity is determined on the basis of the boundary condition that the two linear equations or linear regressions meet at the level of the target injection quantity in the operating range of the injection system.
  • Fig. 1 shows an exemplary program for the description of an injection system, which is characterized by a partially linear curve for describing the relationship between actuation time of the injection system and injection quantity.
  • FIG. 2 shows an exemplary piecewise linear regression for estimating the control parameter of a target injection quantity.
  • 3 shows a flow chart of a preferred embodiment of the present invention for determining control parameters of a target injection quantity of an injection system of an internal combustion engine.
  • the present invention discloses an estimate of the control parameters p of an injection system for internal combustion engines. That is, in an open loop, individual estimates are provided for control parameters p and other fuel injection influencing variables u D as a function of injected quantities of fuel m.
  • control parameters in this open loop pay attention to the actuation time, the actuation voltage or energy, as well as all other parameters of the injection system which have an influence on the injected fuel quantity.
  • the function g is usually in automotive applications a calibration defined interpolation table based on a finite grid of fuel quantities and other parameters of the injection.
  • n m grid points for fuel quantities and n D grid points for each further influence variable u D there are n m grid points for fuel quantities and n D grid points for each further influence variable u D.
  • the function g is not constant over the entire life of the injection system due to aging processes of the injection system. Therefore, an adjustment of g in a closed loop is required to ensure accurate injection of fuel quantities.
  • Various measurements are made in which p is repeatedly applied in a particular manner until either the measured fuel quantities m are sufficiently close to the point of interest or a maximum number of iterations has been passed.
  • a feature of the approach described below is that using the adjacent grid points, a test point is sufficient to provide an accurate estimate of the control parameter at the injection set point.
  • the invention is based on the recognition that characteristic lines in the characteristic diagram for controlling the injection are, in an approximation, piece by piece linear. This is exemplified in Fig. 1.
  • the abscissa in FIG. 1 describes the electrical actuation time or injection time in milliseconds (ms), while the ordinate represents the injected fuel quantity in milligrams (mg). From the graph, it can be seen that the relationship between the injection parameter and the injected fuel quantity can be approximated by a piecewise linear course of the curve.
  • injection parameters can be estimated with greater accuracy than in the prior art.
  • injected fuel quantities and corresponding parameters are approximated with the aid of sectionally limited linear models and the method of least squares.
  • Fig. 2 an adjustment problem is exemplified.
  • An update is sought for the parameter p s of the fuel quantity setpoint m s .
  • This is a section through the Injection control map considered by keeping the large u D constant and adjusting each injection set point in the grid individually.
  • the advantage of this adaptation strategy is that adjacent Einspritzmen- gen-grid values RTII, m r and the corresponding stored injection parameter pi and p r are used in order g for estimating the function, such as that of the injection parameter p s, for the desired fuel quantity Contribute setpoints m s .
  • the final new control parameter p new may deviate from the updated or estimated control parameter p est .
  • a control grid having a plurality of grid points in an interesting injection quantity range is determined.
  • the track points are defined by at least one grid parameter, i. a control parameter (see above) of the injection system, and a corresponding grid injection quantity identified.
  • a grid corresponds, for example, to a basic calibration of the injection system, in which different grid injection quantities are assigned corresponding grid parameters.
  • Such grid points are shown in Fig. 2 by triangles.
  • an estimate for the corresponding control parameter of the injection system is sought, for example, for the injection quantity of 1 mg of fuel.
  • This target injection quantity of 1 mg fuel and the corresponding control parameter ter are exemplified in Fig. 2 by the square symbol.
  • test points In order to be able to estimate the control parameter, a plurality of test points is determined in addition to the already existing grid points (triangular symbols in FIG. 2) in the operating region of the injection system.
  • the test points which are illustrated by circles in FIG. 2, should as far as possible be located in the vicinity of the target injection quantity (square symbol in FIG. 2).
  • the test points are generated by means of isolated injections. That is, test pulses are injected into the cylinders of the internal combustion engine and ignited in phases of cut-off fuel supply by the specification of test parameters. The torque generated by the combustion is evaluated by means of the crankshaft sensor, so that the actually injected test injection quantity can be determined. In this way, the test parameters are assigned the actually injected test injection quantities, so that a plurality of test points are generated (compare circular symbols in FIG. The generation of the test points is described in detail in the not yet published patent application DE 10 2006 006 303.1.
  • the test points are generated in a short range ⁇ of the target injection quantity.
  • the near zone ⁇ denotes the region bounded by vertical lines in FIG. 2 by the abovementioned target injection quantity. If the test points lie in the near range ⁇ , a more accurate estimation of the control parameter for the target injection quantity is thereby supported.
  • test point 1 For the given test parameter 1.15, the test injection quantity of 1.3 mg was determined.
  • the test parameters for example, are not gradually reduced by 0.05, starting from test point 1, until the corresponding injection quantities are in the near range ⁇ . Instead, it is immediately attempted to select the subsequent test parameter (cf., for example, test point 3 in FIG. 2) in such a way that the newly generated test point is spaced apart by a larger parameter jump and is immediately in the near range ⁇ of the target injection quantity.
  • This procedure shortens the measuring time for estimating the control parameter and reduces the amount of data to be evaluated at test points.
  • the iterations described below were terminated as soon as the last of the successively generated test points 1, 2, 3, ie test point 3, was in the ⁇ -interval.
  • the control parameter of the target injection quantity is estimated using constrained linear regression between grid points and test points within at least a portion of the operating range of the injector.
  • the coordinates of the grid points shown in FIG. 2 are denoted by (rtii, pi) (left grid point) and (m r , p r ) (right grid point), ai denotes the slope within a straight line equation, whose straight line is a linear regression through the left lattice point (rru, pi) and the test point 2 (see Fig. 2).
  • a r denotes the slope within the line equation whose straight line represents a linear regression through the right lattice point (m r , p r ) and the test points 1 and 2.
  • m s denotes the target injection quantity of, for example, 1 mg fuel, for which an estimate of the corresponding control parameter p s is sought.
  • the control parameter is to be determined by means of limited linear regression by the existing test points Im 1 , P 1 ). On the one hand, the sum of the error squares
  • Measuring point ItI 1 is located on the left or the right side of the target injection amount m s .
  • Each measurement point (Hi 1 , P 1 ) then designates a line Y 1 in the vector Y and a line X 1 in the matrix X, as shown in equations (4).
  • X 1 [(In 1 - Jn 1 ) I ⁇ ⁇ J7I>) (m r - mjl ⁇ ⁇ ,]
  • I ⁇ A ⁇ is 1 if the equation or inequality A is satisfied, and 0 if it is not satisfied.
  • the remaining values are defined as:
  • ⁇ (-) describes a nonlinear function.
  • the adjustment of the fuel injection amount m s to the injection control grid is considered.
  • the iterations may be terminated upon reaching a tolerance level, such as I ⁇ - J ⁇ , or when a certain number of iterations have been performed.
  • a tolerance level such as I ⁇ - J ⁇
  • the above constrained linear regression scheme is applied to the collected statistical values. In this way, one obtains a new estimate of a control parameter for the setpoint of an injection quantity. In the latter case, however, at least two measuring points are required. This process is again summarized schematically in FIG. 4.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Abschätzung mindestens eines Steuerparameters einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine für eine Zieleinspritzmenge. Die Abschätzung des Steuerparameters basiert auf linearen Regressionstechniken, die zwischen vorgegebenen Gitterpunkten und ermittelten Testpunkten in einem Betriebsbereich der Einspritzanlage ermittelt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur robusten Abschätzung für das Verhältnis von Steuereinspritzparameter zu resultierender ein- gespritzter Kraftstoffmenge
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrich- tung zum Abschätzen eines Kennfelds einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine zur Steuerung der Einspritzung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Abschätzung mindestens eines Steuerparameters für eine Zieleinspritzmenge .
2. Hintergrund der Erfindung
Die genaue Abschätzung kleiner eingespritzter Kraftstoffmengen ist erforderlich, um die Einspritzparameter der Einspritzanla- ge genau auf den Bereich kleiner Einspritzmengen abzustimmen. Dies bildet die Grundlage für die Fähigkeit, eine angeforderte Kraftstoffmenge konsistent und verlasslich einzuspritzen, so dass die neuen europaischen Abgasanforderungen für neue Kraftfahrzeuge eingehalten werden können. In diesem Zusammenhang sollte man beachten, dass unerwünschte Emissionen von Brennkraftmaschinen besonders empfindlich auf eine ungenaue Einstellung der Einspritzparameter im Bereich kleiner Einspritzmengen reagieren.
Die meisten Kraftfahrzeuge besitzen einen Kurbelwellensensor, der die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle erfasst. Diese Variable stellt eine ausgezeichnete Quelle für die Herleitung dynamischer Großen bereit, die aus einzelnen Verbrennungen im Zylinder ableitbar sind. Bisherige technische Anordnungen ver- wenden eine hoch auflosende Rauschmessung im Motor mit Hilfe von einem oder mehreren Mikrofonen oder KlopfSensoren . Diese sind am Motorblock nahe der Zylinder befestigt. Gemäß einer weiteren Alternative werden Zylinderdruckmessungen mit Hilfe eines Zylinderdrucksensors durchgeführt. Zylinderdrucksensoren können an verschiedenen Positionen innerhalb des Zylinders angeordnet sein. Beide Ansätze haben jedoch den Nachteil, dass sie nicht standardmäßig in Kraftfahrzeugen installiert sind und daher wesentlich die Herstellungskosten des Kraftfahrzeugs erhohen .
Bekannte Ansätze aus dem Stand der Technik zum Abschätzen der Einspritzsteuerparameter beinhalten das Abschätzen eines iso- lierten Punktes entsprechend einer Betatigungszeit einer e- lektrischen Einspritzanlage, an dem eine Verbrennung erfassbar ist (vgl. DE 198 09 173 Al und DE 199 45 618 Al). Ein anderes Verfahren versucht das von einer isolierten Einspritzung resultierende Drehmoment abzuschätzen. Dieser Ansatz kann eben- falls dazu verwendet werden, in einem offenen Regelkreis die Einspritzparameter den eingespritzten Kraftstoffmengen zuzuordnen. Dieser Ansatz beinhaltet ebenfalls, dass die Zuordnung basierend auf mehreren unterschiedlichen Punkten erfolgt bzw. abgeschätzt wird, um auf diese Weise eine höhere Genauigkeit bereitzustellen. Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die Informationen der abgeschätzten Punkte nicht gemeinsam genutzt werden.
Andere Ansätze wiederum beschreiben die Anpassung der einer Piezoeinspritzanlage zugefuhrten Energie anstelle der Anpassung einer Betatigungszeit der Einspritzanlage, um auf diese Weise die Zuordnung der Einspritzparameter zu einzelnen Einspritzmengen zu identifizieren und zu korrigieren. All diese Ansätze basieren darauf, dass eingespritzte Kraftstoffmengen oder Drehmomente ausgehend von isolierten Einspritzungen bestimmt werden, indem man die Geschwindigkeitssignale der Kurbelwelle bzw. die Signale des Kurbelwellensensors der Brennkraftmaschine auswertet.
Um den immer niedrigeren Grenzwerten moderner Abgasanforderungen genügen zu können, ist es erforderlich, ein im Vergleich zum Stand der Technik genaueres Verfahren zur Abschätzung ei- nes Steuerparameters einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine bereitzustellen.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 bzw. eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelost. Modifikationen, Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des obigen Verfahrens gehen aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den anhangenden Patentansprüchen hervor.
Das erfindungsgemaße Verfahren bzw. Vorrichtung zur Abschätzung mindestens eines Steuerparameters einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine für eine Zieleinspritzmenge umfasst die folgenden Schritte: Bestimmen eines Einspritzsteuergitters mit einer Mehrzahl von Gitterpunkten beschrieben durch jeweils mindestens einen Gitterparameter und eine Gittereinspritzmenge, wahrend das Einspritzsteuergitter einen Betriebsbereich der Einspritzanlage beschreibt, Bestimmen mindestens eines
Testpunkts auf Grundlage mindestens einer isolierten Testeinspritzung der Einspritzanlage, wahrend der mindestens eine Testpunkt durch jeweils mindestens einen Testparameter und eine Testeinspritzmenge beschrieben wird, und Abschätzen des Steuerparameters einer Zieleinspritzmenge mit Hilfe beschrankter linearer Regression zwischen Gitterpunkten und Testpunkt innerhalb mindestens eines Teilbereichs des Betriebsbereichs der Einspritzanlage.
Das vorliegende Verfahren basiert zunächst auf einem Einspritzsteuergitter, das beispielsweise durch eine Anfangskalibrierung der Einspritzanlage der Brennkraftmaschine gebildet wird. Dieses Einspritzsteuergitter deckt den gesamten oder einen Teilbereich des gesamten Betriebsbereichs der Einspritzan- läge ab. Es wird durch einzelne Gitterpunkte aufgespannt, deren Koordinaten durch mindestens einen Parameter der Einspritzanlage, den Gitterparameter, und eine dem Gitterparameter zugeordnete Einspritzmenge, die Gittereinspritzmenge, cha- rakterisiert werden. Diese Gitterpunkte geben eine grobe Abschätzung für den Betriebsbereich der Einspritzanlage, d.h. sie liefern einzelne Einspritzparameter in Form von Gitterparametern, mit denen bestimmte Einspritzmengen in Form der Git- tereinspritzmengen erzielt werden.
Um die Steuerparameter einer Zieleinspritzmenge abschätzen zu können, wird innerhalb des Einspritzsteuergitters mindestens ein Testpunkt oder werden eine Mehrzahl von Testpunkten gene- riert. Die Erzeugung dieser Testpunkte, die in ahnlicher Weise wie die Gitterpunkte durch jeweils einen Testparameter der Einspritzanlage und eine dem Testparameter zugeordnete Testeinspritzmenge charakterisiert sind, werden mit Hilfe isolierter Testeinspritzungen erzeugt. Derartige isolierte Testein- spritzungen bezeichnen im Vergleich zum normalen Schubbetrieb der Brennkraftmaschine kleine Kraftstoffmengen, die in Phasen abgeschalteter Kraftstoffzufuhr in die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Die Verbrennung der isolierten Testeinspritzungen erzeugen auswertbare Drehmoment- Schwankungen, aus denen die tatsachlich eingespritzte Kraft- stoffmenge ableitbar ist. Mit Hilfe dieser Vorgehensweise wird einem vorgegebenen Testparameter eine tatsachliche Testeinspritzmenge zugeordnet. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2006 006 303.1 beschrieben.
Nachdem sowohl eine Mehrzahl von Gitterpunkten als auch mindestens ein oder eine Mehrzahl von Testpunkten vorliegen, wird eine lineare Regression zwischen dem oder den ausgewählten Testpunkten und Gitterpunkten durchgeführt, so dass mit der erzielten linearen Regression in Form einer Geradengleichung der Steuerparameter einer Zieleinspritzmenge abschatzbar ist. Um das Finden des Steuerparameters der Zieleinspritzmenge zu erleichtern, wird eine derartige Geradengleichung bzw. lineare Regression für mindestens einen Teilbereich des Betriebsbereichs der Einspritzanlage ermittelt. Die Gitterpunkte und der mindestens eine Testpunkt für die mindestens eine Geradengleichung werden bevorzugt derart ausgewählt, dass sich die beiden Geradengleichungen bzw. beschrankten linearen Regressionen von unterschiedlichen Seiten, bevorzugt von annähernd gegenüberliegenden Seiten, der angestrebten Zieleinspritzmenge nahern. Je besser somit die Testpunkte mit den isolierten Testein- spritzungen die angestrebte Zieleinspritzmenge annähern, umso genauer kann die Abschätzung der Zieleinspritzmenge und des zugeordneten Steuerparameters mit Hilfe der linearen Regressionen zwischen den Gitterpunkten und diesen Testpunkten erfolgen .
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt ein Erzeugen der obigen Testpunkte, bis eine Anzahl von Testpunkten innerhalb eines Toleranzbereichs, der um die Zieleinspritzmenge angeordnet ist, oder eine Mindestan- zahl von Iterationen über die Testpunkte erreicht ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform erfolgt das Bestimmen des Steuerparameters der Zieleinspritzmenge auf Grundlage der Randbedingung, dass sich die zwei Geradenglei- chungen bzw. linearen Regressionen auf Hohe der Zieleinspritzmenge im Betriebsbereich der Einspritzanlage treffen.
4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnung
Bevorzugte Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Programm zur Beschreibung einer Einspritzanlage, das durch einen teilweise linearen Verlauf zur Beschreibung der Beziehung zwischen Betatigungszeit der Einspritzanlage und Einspritzmenge charakterisiert ist.
Fig. 2 zeigt eine beispielgebende stuckweise lineare Regres- sion zur Abschätzung des Steuerparameters einer Zieleinspritzmenge . Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung zur Ermittlung von Steuerparametern einer Zieleinspritzmenge einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine.
Fig. 4 zeigt eine beispielgebende Iteration der Steuerparameter .
5. Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Abschätzung der Steuerparameter p einer Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen. Das bedeutet, dass in einem offenen Regelkreis individuelle Abschatzungen für Steuerwerte bzw. -parameter p sowie anderer Einflussgroßen uD der Kraftstoffeinspritzung als Funktion eingespritzter Kraftstoffmengen m bereitgestellt werden.
p = g(m, U1, U2, ...)
Zu den Steuerparametern in diesem offenen Regelkreis zahlen beispielsweise die Betatigungszeit, die Betatigungsspannung oder -energie sowie alle anderen Parameter der Einspritzanlage, die einen Einfluss auf die eingespritzte Kraftstoffmenge haben. Die Funktion g ist in Kraftfahrzeuganwendungen gewohn- lieh eine über Kalibrierung definierte Interpolationstabelle basierend auf einem endlichen Gitter aus Kraftstoffmengen und anderen Einflussgroßen der Einspritzung.
Es liegen beispielsweise nm Gitterpunkte für Kraftstoffmengen und nD Gitterpunkte für jede weitere Einflussgroße uD vor. Es ist bekannt, dass die Funktion g aufgrund von Alterungsprozessen der Einspritzanlage nicht konstant über die gesamte Lebensdauer der Einspritzanlage ist. Daher ist eine Anpassung von g in einem geschlossenen Regelkreis erforderlich, um eine genaue Einspritzung der Kraftstoffmengen zu gewahrleisten. Die hier dargestellte Adaptionsstrategie in einem geschlossenen Regelkreis passt jeden einzelnen Punkt im Gitter an, so dass eine Gesamtheit von n = nm x D1 x n2 x ... Gitterpunkten vorliegt. Messpunkte bzw. Testpunkte werden erfasst, in dem bei festgehaltenem p und U-, die resultierenden eingespritzten Kraftstoffmengen m bestimmt werden.
Verschiedene Messungen bzw. Tests werden durchgeführt, in denen p auf bestimmte Weise wiederholt angewandt wird, bis entweder die gemessenen Kraftstoffmengen m ausreichend nahe an dem gesuchten Punkt liegt oder eine maximale Anzahl von Iterationen durchlaufen worden ist. Ein Merkmal des unten beschrie- benen Ansatzes besteht darin, dass unter Verwendung der benachbarten Gitterpunkte ein Mess- bzw. Testpunkt ausreichend ist, um eine genaue Abschätzung des Steuerparameters am Sollwert der Einspritzmenge zu liefern. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass charakteristi- sehe Linien im Kennfeld zur Steuerung der Einspritzung in einer Näherung stuckweise linear verlaufen. Dies ist beispielgebend in Fig. 1 dargestellt. Die Abszisse in Fig. 1 beschreibt die elektrische Betatigungszeit oder Einspritzzeit in Millisekunden (ms), wahrend die Ordinate die eingespritzte Kraft- stoffmenge in Milligramm (mg) darstellt. Anhand des Kurvenverlaufs ist zu erkennen, dass die Beziehung zwischen Einspritzparameter und eingespritzter Kraftstoffmenge durch einen stuckweise linearen Verlauf der Kurve angenähert werden kann.
Wendet man nun gemäß der vorliegenden Erfindung Techniken beschrankter linearer Regression auf mindestens einen ausgesuchten Teilbereich des Betriebsbereichs der Einspritzanlage an, lassen sich Einspritzparameter im Vergleich zum Stand der Technik mit höherer Genauigkeit abschätzen. In mindestens ei- nem ausgesuchten Teilbereich des Betriebsbereichs der Einspritzanlage werden eingespritzte Kraftstoffmengen und entsprechende Parameter mit Hilfe abschnittsweise beschrankter linearer Modelle und der Methode der kleinsten Fehlerquadrate angenähert .
In Fig. 2 ist beispielgebend ein Anpassungsproblem dargestellt. Es ist ein Update für den Parameter ps des Kraftstoffmengen-Sollwerts ms gesucht. Dabei wird ein Schnitt durch das Einspritzsteuerkennfeld betrachtet, indem die Großen uD konstant gehalten werden und jeder Einspritzmengen-Sollwert in dem Gitter einzeln angepasst wird. Der Vorteil dieser Anpassungsstrategie besteht darin, dass benachbarte Einspritzmen- gen-Gitterwerte rtii, mr und die entsprechend gespeicherten Einspritzparameter pi und pr dazu genutzt werden, um zur Abschätzung der Funktion g, d.h. beispielsweise des Einspritzparameters ps, für den gesuchten Kraftstoffmengen-Sollwerte ms beizutragen. Somit berechnet sich eine neue Abschätzung des Ein- spritzparameters ps, est am Sollwert der Einspritzmenge ms unter Verwendung der Messwerte bzw. Testwerte ItI1 für die getesteten Einspritzsteuerparameter P1, i=l, 2, 3.
Der abschließende neue Steuerparameter pnew kann von dem aktua- lisierten bzw. abgeschätzten Steuerparameter pest abweichen.
Dies folgt daraus, dass der aktualisierte Steuerparameter pest nicht einfach den alten Steuerparameter poid dieses Einspritzmengen-Sollwerts ersetzt. Stattdessen berechnet sich der neue Steuerparameter pne„ als gewichteter Mittelwert aus dem alten Steuerparameter poid und dem aktualisierten Steuerparameter Pest- Dieser Zusammenhang ist ebenfalls unten erläutert.
Zunächst wird im Betriebsbereich der Einspritzanlage ein Steuergitter mit einer Mehrzahl von Gitterpunkten in einem inte- ressierenden Einspritzmengenbereich bestimmt. Die Gittepunkte werden durch mindestens einen Gitterparameter, d.h. einen Steuerparameter (siehe oben) der Einspritzanlage, und eine entsprechende Gittereinspritzmenge identifiziert. Ein derartiges Gitter entspricht beispielsweise einer Grundkalibrierung der Einspritzanlage, in der verschiedenen Gittereinspritzmengen entsprechende Gitterparameter zugeordnet sind. Derartige Gitterpunkte sind in Fig. 2 durch Dreiecke dargestellt.
Im Weiteren wird beispielsweise für die Einspritzmenge von 1 mg Kraftstoff eine Abschätzung für den entsprechenden Steuerparameter der Einspritzanlage gesucht. Diese Zieleinspritzmenge von 1 mg Kraftstoff und der entsprechende Steuerparame- ter sind in Fig. 2 beispielgebend durch das quadratische Symbol veranschaulicht.
Um den Steuerparameter abschätzen zu können, wird in Ergänzung zu den bereits existierenden Gitterpunkten (dreieckige Symbole in Fig. 2) im Betriebsbereich der Einspritzanlage eine Mehrzahl von Testpunkten bestimmt. Die Testpunkte, die in Fig. 2 durch Kreise veranschaulicht sind, sollten sich möglichst im Nahbereich der Zieleinspritzmenge (quadratisches Symbol in Fig. 2) befinden. Die Testpunkte werden mit Hilfe von isolierten Einspritzungen erzeugt. D.h., es werden in Phasen abgeschalteter Kraftstoffzufuhr durch das Vorgeben von Testparametern Testeinspritzungen in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt und gezündet. Das durch die Verbrennung erzeugte Moment wird mit Hilfe des Kurbelwellensensors ausgewertet, so dass die tatsachlich eingespritzte Testeinspritzmenge bestimmbar ist. Auf diese Weise werden den Testparametern die tatsachlich eingespritzten Testeinspritzmengen zugeordnet, so dass eine Mehrzahl von Testpunkten generiert wird (vgl. kreis- formige Symbole in Fig. 2) . Das Generieren der Testpunkte ist im Detail in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2006 006 303.1 beschrieben.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Er- findung werden die Testpunkte in einem Nahbereich ε der Zieleinspritzmenge erzeugt. Bei einer beispielgebenden Zieleinspritzmenge von 1 mg Kraftstoff bezeichnet der Nahbereich ε den in Fig. 2 durch senkrechte Linien eingegrenzten Bereich um die oben genannte Zieleinspritzmenge. Liegen die Testpunkte im Nahbereich ε, wird dadurch eine genauere Abschätzung des Steuerparameters für die Zieleinspritzmenge unterstutzt.
Zur Ermittlung der Testpunkte mit Hilfe von isolierten Einspritzungen ist es möglich, gleich beabstandete Testparameter der Reihe nach durch isolierte Einspritzungen abzuarbeiten und die entsprechenden Testeinspritzmengen zu bestimmen. Gemäß einer weiteren Alternative der vorliegenden Erfindung ist folgendes Vorgehen bevorzugt. Gemäß Testpunkt 1 (vgl. Fig. 2) wurde für den vorgegebenen Testparameter 1,15 die Testeinspritzmenge von 1,3 mg bestimmt. Um das Bestimmen der Testpunkte zu optimieren, werden die Testparameter ausgehend von Testpunkt 1 beispielsweise nicht schrittweise um 0,05 verklei- nert, bis die entsprechenden Einspritzmengen im Nahbereich ε liegen. Stattdessen wird gleich versucht, den nachfolgenden Testparameter (vgl. beispielsweise Testpunkt 3 in Fig. 2) derart zu wählen, dass der neu erzeugte Testpunkt um einen größeren Parametersprung beabstandet ist und sofort im Nahbereich ε der Zieleinspritzmenge liegt. Dieses Vorgehen verkürzt die Messzeit zur Abschätzung des Steuerparameters und verkleinert die auszuwertende Datenmenge an Testpunkten. Zudem wurden gemäß einer Ausfuhrungsform die unten beschriebenen Iterationen beendet werden, sobald der letzte der nacheinander erzeugten Testpunkte 1, 2, 3, also Testpunkt 3, im ε-Intervall liegen wurde .
Sobald eine Mehrzahl von Gitterpunkten und mindestens ein oder eine Mehrzahl von Testpunkten vorhanden sind, wird der Steuer- parameter der Zieleinspritzmenge mit Hilfe beschrankter linearer Regression zwischen Gitterpunkten und Testpunkten innerhalb mindestens eines Teilbereichs des Betriebsbereichs der Einspritzanlage abgeschätzt. Zu diesem Zweck werden die Koordinaten der in Fig. 2 dargestellten Gitterpunkte mit (rtii, pi) (linker Gitterpunkt) und (mr, pr) (rechter Gitterpunkt) bezeichnet, ai bezeichnet den Anstieg innerhalb einer Geradengleichung, deren Gerade eine lineare Regression durch den linken Gitterpunkt (rru, pi) und den Testpunkt 2 darstellt (vgl. Fig. 2) . ar bezeichnet den Anstieg innerhalb der Geradenglei- chung, deren Gerade eine lineare Regression durch den rechten Gitterpunkt (mr, pr) und die Testpunkte 1 und 2 darstellt. ms bezeichnet die Zieleinspritzmenge von beispielsweise 1 mg Kraftstoff, für die eine Abschätzung des entsprechenden Steuerparameters ps gesucht ist. Für die beiden oben genannten Ge- raden der Geradengleichungen durch die genannten Gitterpunkte und Testpunkte ergeben sich dann die in Fig. 2 gestrichelt dargestellten Linien. Diese werden mathematisch durch Gleichung (1) beschrieben: p = S1 (Ri - Ki1 ) + pi r m ≤ ms, p = -ar(mr - m) + pr, m ≥ ms,
Die gestrichelten Linien in Fig. 2 erfüllen nicht die unten diskutierten Randbedingungen, dass sich die Geraden im Punkt der Zieleinspritzmenge treffen.
Der Steuerparameter soll mit Hilfe beschrankter linearer Regression durch die vorhandenen Testpunkte Im1, P1) bestimmt wer- den. Dabei wird einerseits die Summe der Fehlerquadrate
∑ (P - PJ2
minimiert. Andererseits sollen die zu findenden Geradenglei- chungen die Randbedingung erfüllen, dass sie sich im Punkt der Zieleinspritzmenge ms und des entsprechenden Steuerparameters Ps treffen. Diese Randbedingung ist in den folgenden Gleichungen (2) dargestellt.
Die Losung zu einem beschrankten linearen Regressionsproblem Y=Xß mit unbekannten Parametern ß und den Randbedingungen r=Rß wird mit Hilfe von Lagrange-Techniken ermittelt. Diese sind beispielgebend in den Gleichungen (3) zusammengefasst .
ß = (X1XY1X1Y
(3) ßr = ß + (X7X)-1R7IR(X7X)-1R7T^r - Rß)
Yr=Xßr liefert die Losung unter Berücksichtigung der Randbedin- gungen. In dieser Anwendung wird differenziert, ob sich ein
Messpunkt ItI1 auf der linken oder der rechten Seite der Zieleinspritzmenge ms befindet. Jeder Messpunkt (Hi1, P1) bezeichnet dann eine Zeile Y1 im Vektor Y und eine Zeile X1 in der Matrix X, wie in den Gleichungen (4) dargestellt ist. X1 = [ (In1 - Jn1 )I^ <J7I> ) (mr - mjl^ ^,]
In den Gleichungen (4) ist I{A} gleich 1, wenn die Gleichung oder Ungleichung A erfüllt ist, und gleich 0, wenn sie nicht erfüllt ist. Die verbleibenden Werte sind definiert als:
ß = Ia1 aj,
R = [ (ms - In1) - (mr - ms) ] , (5) r = P1 ~ P1.
Ist des Weiteren
Ci1 = (ms - Ki1) , dr = -(mr - ms) ,
Sxxl = Σ K " ( 6 )
Sxxr = ∑ K "
ergibt sich für die Abschätzung des Steuerparameters ps
ai = Sκyl I Sxxl ' ar = S Xyr I S XXr ' e2 = r - Rß = pr - P1 - drmr - Ci1Hi1, d2S , ( 7 ) alr = B1 + e2 / (Ci1 + -f-≡±) ,
^1Sx
Die Große air bezeichnet den durch die Randbedingungen eingeschränkten Anstieg, der zur eingeschränkten optimalen Losung ßr = [alr arrf gehört. Wie man aus den obigen Gleichungen erken- nen kann, ist lediglich die Berechnung eines der unbekannten Parameter erforderlich, da das Ergebnis aus der Randbedingung hervorgeht. Die Gerade der Geradengleichung zur Abschätzung des Steuerparameters und unter Berücksichtigung der Randbedingung ist in Fig. 2 durch eine durchgezogene Linie veranschau- licht.
Nach erfolgreicher Abschätzung eines Steuerparameters ps, oid für eine Zieleinspritzmenge ms ist es denkbar, dass nach einer gewissen Betriebszeit der Einspritzanlage der Brennkraftmaschine eine erneute Abschätzung des Steuerparameters für die gleiche Zieleinspritzmenge ms angefordert wird. Eine derartige neue Abschätzung liefert den Steuerparameter ps, new für die Zieleinspritzmenge ms, die der vorherigen Einspritzmenge ms, old entspricht. Um eine geringere Anfälligkeit der vorliegenden Abschätzung zu gewahrleisten, werden die alten Werte (ms, old, Ps, oid) nicht einfach durch die neuen Werte (ms, nβvI, ps, new) aus¬ getauscht. Stattdessen erfolgt eine gewichtete Kombination der alten Werte (ms, ps, old) mit den neuen Werten (ms, ps, new) . Die Streuung oder Varianz der Messwerte s2 (y) berechnet sich dann gemäß der folgenden Gleichung
Ps,nsw = α(s2(y) )PS + (1 - a(s2(y) ) )pstold, (8) .
Innerhalb der Gleichung (8) beschreibt α(-) eine nichtlineare Funktion .
Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in Fig. 3 wird die An- passung der Kraftstoff-Einspritzmenge ms an das Einspritzsteuergitter betrachtet. Die Anpassung beginnt mit dem Überprüfen der kalibrierten im Kennfeld oder in der Kennlinie gespeicherten Werte. Daher ist der erste zu prüfende Steuerwert Po=Ps, oid- Eine Reihe von Testeinspritzungen wird durchgeführt und man erhalt eine Abschätzung für die Testeinspritzmenge m0.
m0 weicht gewohnlich von ms ab. Wenn m0 im ε-Intervall um ms liegt (vgl. Fig. 4), dann wird die Anpassung beendet und die beschrankte lineare Regression angewandt. Wenn m0 jedoch weiter von ms entfernt liegt, dann wird der Anstieg im kalibrierten Kennfeld genutzt, um den nächsten zu testenden Einspritzsteuerparameter zu bestimmen. Es wird angenommen, dass die tatsachliche Kennlinie bzw. das tatsachliche Kennfeld einen identischen Anstieg im Vergleich zur kalibrierten Kennlinie bzw. zum kalibrierten Kennfeld aufweist, jedoch durch eine Parallelverschiebung versetzt zur kalibrierten Kennlinie angeordnet ist. Des Weiteren wird angenommen, dass die erhaltene Abschätzung der Testeinspritzmenge auf der tatsachlichen Kennlinie liegt. In diesem Fall ist der ideal zu prüfende Steuerparameter pi=po+δp. δp=po-pref, i und Pref, i bezeichnet den Wert auf der kalibrierten Kennlinie, der m0 entspricht. Dieser Zusammenhang ist grafisch in Fig. 4 dargestellt.
Wenn die die beiden vorhergehenden Annahmen richtig sind und die neue Einspritzmengenabschatzung auf der tatsachlichen Kennlinie liegt, dann ist rtii=ms . Im Allgemeinen verhindern Rauschen und numerische Fehler diese Übereinstimmung. Der Ansatz garantiert jedoch eine schnelle Konvergenz zum Sollwert, wobei in vielen Fallen nur eine Iteration erforderlich ist, um sich dem Sollwert anzunähern.
Die Iterationen können mit dem Erreichen eines Toleranzniveaus beendet werden, wie beispielsweise I^ -^J < ε , oder wenn eine bestimmte Anzahl an Iterationen durchgeführt worden ist. Sobald das Ende des Iterationsvorgangs erreicht ist, wird auf die gesammelten statistischen Werte das obige beschrankte lineare Regressionsschema angewandt. Auf diese Weise erhalt man eine neue Abschätzung eines Steuerparameters für den Sollwert einer Einspritzmenge. In letzterem Fall sind aber minimal zwei Messpunkte erforderlich. Dieser Vorgang ist noch einmal schematisch in Fig. 4 zusammengefasst .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Abschätzung mindestens eines Steuerparameters einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine für eine Zieleinspritzmenge, dass die folgenden Schritte aufweist:
a. Bestimmen mindestens eines Einspritzsteuergitters mit einer Mehrzahl von Gitterpunkten beschrieben durch jeweils mindestens einen Gitterparameter und eine Git- tereinspritzmenge, wahrend das Einspritzsteuergitter einen Betriebsbereich der Einspritzanlage beschreibt,
b. Bestimmen mindestens eines oder einer Mehrzahl von Testpunkten auf Grundlage mindestens einer oder einer Mehrzahl isolierter Testeinspritzungen der Einspritzanlage, wahrend die Testpunkte durch jeweils mindestens einen Testparameter und eine Testeinspritzmenge beschrieben werden, und
c. Abschätzen des Steuerparameters einer Zieleinspritzmenge mit Hilfe beschrankter linearer Regression zwischen Gitterpunkten und Testpunkten innerhalb mindestens eines Teilbereichs des Betriebsbereichs der Einspritzanlage .
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt:
Erzeugen der Testpunkte, bis eine Anzahl von Testpunkten innerhalb eines Toleranzbereichs um die Zielein- spritzmenge angeordnet ist oder eine Anzahl von Iterationen über die Testpunkte erreicht ist.
3. Verfahren gemäß mindestens einem der obigen Ansprüche, mit dem weiteren Schritt:
Erzeugen von zwei Geradengleichungen aus Gitterpunkten und Testpunkten, die sich von unterschiedlichen Seiten einem Intervall um die Zieleinspritzmenge annähern.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, mit dem weiteren Schritt:
Bestimmen des Steuerparameters der Zieleinspritzmenge auf Grundlage der Randbedingung, dass sich die zwei
Geradengleichungen auf Hohe der Zieleinspritzmenge im Betriebsbereich der Einspritzanlage treffen.
5. Vorrichtung zur Abschätzung mindestens eines Steuerparame- ters einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine für eine Zieleinspritzmenge mit:
a. Einer Einheit zum Bestimmen mindestens eines Einspritzsteuergitters mit einer Mehrzahl von Gitterpunk- ten, die durch jeweils mindestens einen Gitterparameter und eine Gittereinspritzmenge beschrieben sind, wahrend das Einspritzsteuergitter einen Betriebsbereich der Einspritzanlage beschreibt,
b. einer Einheit zum Bestimmen von mindestens einem oder mehreren Testpunkten auf Grundlage mindestens einer oder einer Mehrzahl isolierter Testeinspritzungen der Einspritzanlage, wahrend die Testpunkte durch jeweils mindestens einen Testparameter und eine Testeinspritz- menge beschrieben werden, und
c. eine Einheit zum Abschätzen des Steuerparameters einer Zieleinspritzmenge mit Hilfe beschrankter linearer Regression zwischen Gitterpunkten und Testpunkten in- nerhalb mindestens eines Teilbereichs des Betriebsbereichs der Einspritzanlage.
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