DE102022108459B3 - Computer-implemented method for creating a mathematical formula for calculating emissions measurements from an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein vomputerimplementiertes Verfahren zur Erstellung einer mathematischen Formel zur Berechnung von Emissionsmesswerten einer Brennkraftmaschine, umfassend die folgenden Schritte:- Betrieb der Brennkraftmaschine;- Erfassung von Betriebsparametern, die die Brennkraftmaschine betreffen, während des Betriebs der Brennkraftmaschine;- Erstellung der mathematischen Formel unter Verwendung der Betriebsparameter;- Berechnung berechneter Emissionswerte aus den Betriebsparametern unter Verwendung der mathematischen Formel;- Messung gemessener Emissionswerte, die von der Brennkraftmaschine während des Betriebs erzeugt werden;- Ermittlung eines Unterschieds zwischen den berechneten Emissionswerten und den gemessenen Emissionswerten;- Anpassung der Formel mittels symbolischer Regression (2) zur Verringerung des Unterschieds.The invention relates to a computer-implemented method for creating a mathematical formula for calculating measured emission values of an internal combustion engine, comprising the following steps: - operation of the internal combustion engine; - detection of operating parameters relating to the internal combustion engine during operation of the internal combustion engine; - creation of the mathematical formula below Using the operating parameters;- Calculating calculated emission values from the operating parameters using the mathematical formula;- Measuring measured emission values generated by the internal combustion engine during operation;- Determining a difference between the calculated emission values and the measured emission values;- Adjusting the formula using symbolic regression (2) to reduce the difference.
Description
Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Erstellung einer mathematischen Formel zur Berechnung von Emissionswerten einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1. Unter einer Brennkraftmaschine wird im Rahmen dieser Beschreibung beispielsweise ein Verbrennungsmotor verstanden. Die Brennkraftmaschine kann beispielsweise mit Kraftstoff, insbesondere mit Diesel oder Benzin, betrieben werden. Der Kraftstoff wird während des Betriebs in einer Brennkammer verbrannt. Die Emissionswerte der Brennkraftmaschine können Abgase und/oder Partikel betreffen, die nach Verbrennung des Kraftstoffs aus der Brennkraftmaschine emittiert werden. Bei einem Kraftfahrzeug erfolgt dies häufig über eine Abgasanlage. Beispielsweise geben die Emissionswerte Zahlenwerte für die emittierten Abgase und/oder Partikel.The invention relates to a computer-implemented method for creating a mathematical formula for calculating emission values of an internal combustion engine. In the context of this description, an internal combustion engine is understood to mean, for example, an internal combustion engine. The internal combustion engine can, for example, be operated with fuel, in particular with diesel or gasoline. The fuel is burned in a combustion chamber during operation. The emission values of the internal combustion engine can relate to exhaust gases and/or particles that are emitted from the internal combustion engine after combustion of the fuel. In a motor vehicle, this is often done via an exhaust system. For example, the emission values give numerical values for the exhaust gases and/or particles emitted.
Im Stand der Technik werden Modelle, die auf einer künstlichen Intelligenz basieren, verwendet, um die Emissionswerte einer Brennkraftmaschine zu berechnen. Solche Modelle benötigen eine relativ hohe Rechenkraft und sind ungeeignet, um sie in der Massenherstellung von Kraftfahrzeugen einzusetzen. Sie sind für einen Benutzer schwierig zu kalibrieren, da es für ihn schwer oder nicht zu verstehen ist, wie sich das Modell verhält.In the prior art, models based on artificial intelligence are used to calculate the emission values of an internal combustion engine. Such models require relatively high computational power and are unsuitable for use in mass production of automobiles. They are difficult for a user to calibrate because it is difficult or impossible for them to understand how the model is behaving.
Aus
Die
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfacher zu verstehende Methode zur Berechnung von Emissionswerten zu schaffen.In contrast, the invention is based on the object of creating a method for calculating emission values that is easier to understand.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Steuereinheit gemäß Anspruch 9 und ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method according to
Die mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 angepasste Formel ist dazu geeignet, Emissionswerte einer Brennkraftmaschine zu berechnen. Dabei ist zu beachten, dass unter Verwendung des Verfahrens auch in gleicher Art und Weise mehrere Formeln zur Berechnung von Emissionsmesswerten angepasst werden können. Beispielsweise kann für jeden Emissionswert eine Formel vorgesehen sein und angepasst werden. Nachfolgend wird lediglich eine einzige Formel erwähnt. Gleichwohl ist es möglich, dass alle diesbezüglichen Merkmale und Verfahrensschritte mehrere Formeln betreffen.The formula adapted using the method according to
Zunächst wird die Brennkraftmaschine betrieben. Während des Betriebs werden Betriebsparameter, die die Brennkraftmaschine betreffen, erfasst. Dies kann beispielsweise mittels Sensoren erfolgen. Die mathematische Formel wird unter Verwendung der Betriebsparameter erstellt. Dies kann beispielsweise mittels symbolischer Regression erfolgen. Berechnete Emissionswerte werden aus den Betriebsparametern unter Verwendung der mathematischen Formel berechnet. Gemessene Emissionswerte, die von der Brennkraftmaschine während des Betriebs erzeugt werden, werden gemessen. Es wird ein Unterschied zwischen den berechneten und den gemessenen Emissionswerten ermittelt. Bei dem Unterschied kann es sich beispielsweise um eine Summe aller Unterschiede der einzelnen Emissionswerte handeln.First, the internal combustion engine is operated. Operating parameters relating to the internal combustion engine are recorded during operation. This can be done using sensors, for example. The mathematical formula is created using the operating parameters. This can be done, for example, by means of symbolic regression. Calculated emission values are calculated from the operating parameters using the mathematical formula. Measured emission values generated by the internal combustion engine during operation are measured. A difference between the calculated and the measured emission values is determined. The difference can be, for example, a sum of all differences in the individual emission values.
Die Formel wird mittels symbolischer Regression zur Verringerung des Unterschieds angepasst. Auf diese Weise wird eine besonders genaue Formel erreicht, bei deren Verwendung die berechneten Emissionswerte einen geringeren Unterschied zu den gemessenen Emissionswerten aufweisen. Außerdem kann ein Benutzer relativ einfach verstehen, welche Betriebsparameter zu welchen Emissionswerten führen und gegebenenfalls Veränderungen der Formel vornehmen, um sie zu kalibrieren. The formula is adjusted using symbolic regression to reduce the difference. In this way, a particularly accurate formula is achieved, when used, the calculated emission values have a smaller difference from the measured emission values. In addition, a user can relatively easily understand which operating parameters lead to which emission values and make changes to the formula if necessary in order to calibrate it.
Es kommt hinzu, dass vergleichsweise wenig Rechenkraft benötigt wird, um unter Verwendung der Formel die Emissionswerte zu berechnen. Daher kann die Formel auch bei in Massenproduktion hergestellten Kraftfahrzeugen in den jeweiligen Steuereinheiten implementiert werden. Häufig ist die Formel auch anderen Modellen zur Berechnung von Emissionswerten überlegen, vor allem in Bezug auf die Möglichkeit zur Extrapolation von Emissionswerten.In addition, comparatively little computing power is required to calculate the emission values using the formula. The formula can therefore also be implemented in the respective control units in mass-produced motor vehicles. The formula is often superior to other models for calculating emission values, especially with regard to the possibility of extrapolating emission values.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die mathematische Formel mathematische Operatoren und/oder mathematische Funktionen und/oder Variablen zur Darstellung der Betriebsparameter, der Emissionen, etc., enthalten.According to an embodiment of the invention, the mathematical formula can contain mathematical operators and/or mathematical functions and/or variables representing the operating parameters, the emissions, etc.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Betriebsparameter eine Drehzahl der Brennkraftmaschine, ein von der Brennkraftmaschine bereitgestelltes Drehmoment, eine Temperatur von der Brennkraftmaschine emittierter Emissionen und/oder einen von einer Lambdasonde gemessenen Lambdawert umfassen. Dabei wird im Rahmen dieser Beschreibung unter dem Lambdawert ein Verhältnis zwischen Verbrennungsluft und Kraftstoff in der Brennkammer der Brennkraftmaschine verstanden.According to one embodiment of the invention, the operating parameters can include a speed of the internal combustion engine, a torque provided by the internal combustion engine, a temperature of emissions emitted by the internal combustion engine and/or a lambda value measured by a lambda probe. In the context of this description, the lambda value is understood as meaning a ratio between combustion air and fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können sowohl die berechneten Emissionswerte als auch die gemessenen Emissionswerte jeweils einen Wert für Stickoxide, Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid umfassen.According to one embodiment of the invention, both the calculated emission values and the measured emission values can each include a value for nitrogen oxides, carbon monoxide and/or carbon dioxide.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die symbolische Regression unter Verwendung einer künstlichen Intelligenz durchgeführt werden. Besonders eignet sich hierfür der sogenannte „AI Fenyman Algorithmus“ (Science Advances 15.04.2020, Vol. 6, Issue 16, Udrescu und Tegmark).According to an embodiment of the invention, the symbolic regression can be performed using an artificial intelligence. The so-called "AI Fenyman Algorithm" (Science Advances April 15, 2020, Vol. 6, Issue 16, Udrescu and Tegmark) is particularly suitable for this purpose.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren so lange iterativ durchgeführt werden, bis der Unterschied kleiner als ein Unterschiedsschwellwert ist.According to one embodiment of the invention, the method can be carried out iteratively until the difference is less than a difference threshold value.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die angepasste Formel in eine Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs implementiert werden. Das Kraftfahrzeug kann dabei die Brennkraftmaschine oder eine baugleiche Brennkraftmaschine umfassen. Beispielsweise kann die Formel als zweidimensionales oder als dreidimensionales Kennfeld implementiert werden. Auf diese Weise ist die Formel für einen Benutzer besonders leicht verständlich, sodass er Korrekturen vornehmen oder Kalibrierungen durchführen kann.According to an embodiment of the invention, the adapted formula can be implemented in a control unit of a motor vehicle. The motor vehicle can include the internal combustion engine or an identical internal combustion engine. For example, the formula can be implemented as a two-dimensional or as a three-dimensional map. In this way, the formula is particularly easy for a user to understand so that he can make corrections or perform calibrations.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können im Betrieb des Kraftfahrzeugs Betriebsemissionswerte der Brennkraftmaschine unter Verwendung der Formel berechnet werden. Beispielsweise können hierfür Betriebsparameter der Brennkraftmaschine verwendet werden. Eine Fehlermeldung wird ausgegeben, wenn einer der Betriebsemissionswerte einen jeweiligen Emissionsschwellwert über- oder unterschreiet. Die Fehlermeldung kann beispielsweise visuell und/oder auditiv ausgegeben werden. Für jeden der Betriebsemissionswerte kann es einen oder mehrere Emissionsschwellwerte geben. Beispielsweise kann für jeden Betriebsemissionswert ein oberer und ein unterer Emissionsschwellwert vorgesehen sein. Die Fehlermeldung kann dann ausgegeben werden, wenn einer der oberen Emissionsschwellwerte überschritten wird und/oder wenn einer der unteren Emissionsschwellwerte unterschritten wird.According to one embodiment of the invention, operating emission values of the internal combustion engine can be calculated using the formula when the motor vehicle is in operation. For example, operating parameters of the internal combustion engine can be used for this. An error message is issued if one of the operational emission values exceeds or falls below a respective emission threshold. The error message can be output visually and/or audibly, for example. There may be one or more emission thresholds for each of the operational emission values. For example, an upper and a lower emission threshold value can be provided for each operational emission value. The error message can then be output if one of the upper emission threshold values is exceeded and/or if one of the lower emission threshold values is not reached.
Die zuvor beschriebene Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, um einen Benutzer auf möglicherweise unzulässige oder unerwünschte Emissionswerte hinzuweisen. Wenn die Fehlermeldung ausgegeben wird, kann der Benutzer beispielsweise die Emissionswerte nachmessen. Falls die gemessenen Emissionswerte dann auch im unzulässigen oder unerwünschten Bereich liegen, können Veränderungen an der Brennkraftmaschine oder an einer Steuereinheit vorgenommen werden. Falls die gemessenen Emissionswerte nicht im unzulässigen oder unerwünschten Bereich liegen, kann die Formel kalibriert werden, da sie zu einem falschen Ergebnis geführt hat.The embodiment described above is particularly advantageous for alerting a user to possibly impermissible or undesirable emission values. If the error message is issued, the user can measure the emission values, for example. If the measured emission values are then also in the impermissible or undesirable range, changes can be made to the internal combustion engine or to a control unit. If the measured emission values are not in the permissible or undesired range, the formula can be calibrated since it gave an incorrect result.
Die Steuereinheit gemäß Anspruch 9 umfasst einen digitalen Datenspeicher und eine Signalverarbeitungseinheit. Die Signalverarbeitungseinheit kann beispielsweise ein digitaler Prozessor sein. Im digitalen Datenspeicher sind Instruktionen gespeichert, die durch die Signalverarbeitungseinheit auslesbar und ausführbar sind. Die Signalverarbeitungseinheit ist dazu ausgebildet, bei Ausführung der Instruktionen im Betrieb des Kraftfahrzeugs Betriebsemissionswerte einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs unter Verwendung einer Formel zu berechnen, die mit einem Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung angepasst wurde.The control unit according to claim 9 comprises a digital data memory and a signal processing unit. The signal processing unit can be a digital processor, for example. Instructions are stored in the digital data memory and can be read out and executed by the signal processing unit. The signal processing unit is designed to calculate operating emission values of an internal combustion engine of the motor vehicle when executing the instructions during operation of the motor vehicle using a formula that has been adapted using a method according to an embodiment of the invention.
Das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 umfasst eine Steuereinheit nach einer Ausführungsform der Erfindung und die Brennkraftmaschine.The motor vehicle according to claim 10 comprises a control unit according to an embodiment of the invention and the internal combustion engine.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Abbildung. Dabei zeigt
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1 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens nach einer Ausführungsform der Erfindung.
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1 Figure 12 is a schematic diagram illustrating a method according to an embodiment of the invention.
Als Eingangsdaten 1 für eine symbolische Regression 2 werden Betriebsparameter und gemessene Emissionswerte verwendet. Zusätzlich können auch Einheiten und Symbole Bestandteile der Eingangs- und/oder Ausgangsdaten sein. Mit der symbolischen Regression wird eine Formel zur Berechnung von Emissionswerten einer Brennkraftmaschine erstellt und iterativ angepasst. Das Ziel der symbolischen Regression ist dabei, einen Unterschied zwischen den gemessenen Emissionswerten und den berechneten Emissionswerten zu verringern. Beispielsweise kann dies mit dem AI-Feynman-Algorithmus durchgeführt werden.Operating parameters and measured emission values are used as
Wenn die Formel so angepasst ist, dass ein Unterschied zwischen den berechneten und den gemessenen Emissionswerten geringer als ein Schwellwert ist, wird die Formel in einer Steuereinheit 3 eines Kraftfahrzeugs 4 implementiert und dort verwendet, um während des Betriebs des Kraftfahrzeugs 4 unter Verwendung der während des Betriebs des Kraftfahrzeugs gemessenen Betriebsparameter Betriebsemissionswerte zu berechnen. Dies kann mit vergleichsweise wenig Rechenkraft durchgeführt werden.If the formula is adjusted in such a way that a difference between the calculated and the measured emission values is less than a threshold value, the formula is implemented in a
In einem Vergleichsmodul 5 werden die berechneten Betriebsemissionswerte mit Emissionsschwellwerten verglichen. Falls die berechneten Betriebsemissionswerte oberhalb eines oberen Emissionsschwellwerts und/oder unterhalb eines unteren Emissionsschwellwerts liegen, wird eine Fehlermeldung 6 ausgegeben, sodass ein Benutzer die auftretenden Emissionswerte messen kann. Wenn auch die gemessenen Emissionswerte zu hoch oder zu niedrig sind, können Anpassungen an der Brennkraftmaschine vorgenommen werden. Wenn die gemessenen Emissionswerte hingegen keiner Korrektur bedürfen, kann die in der Steuereinheit 3 gespeicherte Formel kalibriert werden.The calculated operational emission values are compared with emission threshold values in a comparison module 5 . If the calculated operational emission values are above an upper emission threshold value and/or below a lower emission threshold value, an
Die Kalibrierung der Formel ist besonders einfach, wenn sie beispielsweise als zweidimensionales oder dreidimensionales Kennfeld ausgebildet ist. Dies ist üblicherweise von einem Benutzer relativ einfach zu verstehen, sodass er gezielt Anpassungen vornehmen kann.The calibration of the formula is particularly simple if it is in the form of a two-dimensional or three-dimensional characteristic diagram, for example. This is usually relatively easy for a user to understand, so they can make targeted adjustments.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final |