Realitätsnahe Modellierung

Im Sinne einer sauberen Umwelt hat die On Board Diagnose (OBD) die Aufgabe, erhöhte Schadstoffemissionen, die durch fehlerhafte Bauteile hervorgerufen werden, zu detektieren und anzuzeigen. Dies gilt auch für den Diesel-Partikelfilter (DPF). Heute wird zur Rußsteuerung hauptsächlich die DPF-Gegendruck-Information herangezogen. Die OBD nutzt diese Information zusätzlich, um den DPF-Zustand zu überwachen, indem sie die Abweichung des aktuellen Werts gegenüber eines Modellwerts bewertet. Die stetigen Verschärfungen der gesetzlichen Grenzwerte erfordern jedoch eine verbesserte Trennschärfe der Diagnosen, sodass falsche Fehlermeldungen unter allen Randbedingungen ausgeschlossen werden können. Daher muss untersucht werden, ob die Gegendruckstrategie auch mit Blick auf die kommenden, deutlich verschärften OBD-Partikelgrenzwerte weiterhin robust implementiert werden kann.

Ziel ist es, einen zusätzlichen Partikelsensor zu vermeiden, da dieser Mehrkosten verursachen würde. Umfangreiche Messreihen bei der FEV haben sich mit dieser Fragestellung befasst und sehen weiterhin Potenzial für die Gegendruckstrategie – wobei einige Randbedingungen eingehalten werden müssen:

Modellierter Vergleichswert

„Unter der Annahme, dass ein Fehler erkannt werden muss, wenn die Emissionen im Testzyklus 12 mg/km überschreiten, bedeutet dies bei einer Partikelrohemission von 40 mg/km, dass eine Reduktion der Effizienz unter 70 Prozent erkannt werden muss“ erklärt Markus Netterscheid, Entwicklungsingenieur bei FEV. Diesen modellierten Vergleichswert haben die Experten aus den charakteristischen Eigenschaften eines DPF bei verschiedenen Volumenströmen berechnet, die sich aus Massenstrom, Druck und Temperatur ergeben. Da alle beteiligten Sensoren und Modelle in der Realität fehlerbehaftet sein können, können reale Messwerte von den korrekten Werten abweichen. In ungünstiger Kombination können diese Abweichungen eine ungewollte Fehldiagnose auslösen.

Robuste Diagnose

Monte-Carlo-Methoden ermöglichen es, den Einfluss dieser Abweichungen auf die Diagnose zu bestimmen. Dazu hat FEV ein Bewertungsverfahren entwickelt, das ein vereinfachtes Diagnosemodell auf reale Fahrzeugdaten oder generierte Daten anwendet, die mit zufällig gewählten Abweichungen versehen wurden. Hierbei werden Abweichungen von Gegen- und Umgebungsdruck, Massenstrom, Temperatur sowie Unzulänglichkeiten der Modelle berücksichtigt. Die notwendige Robustheit wird über den Abstand zwischen Mittelwert und Fehlergrenze definiert, der in Standardabweichungen (σ) beziffert werden kann. Der für eine robuste Diagnose nötige Abstand ergibt sich aus den Anforderungen und den Randbedingungen der Diagnose. Hier ist eine Falschfehlerrate von einem Fehler pro 10.000 Fahrzeuge akzeptabel.

Die Ergebnisse der Untersuchungen sind vielversprechend: Demnach ist eine robuste Überwachung des DPF ohne zusätzlichen Partikelsensor möglich, wenn die Abweichungen die definierten Grenzwerte einhalten. Wichtig dabei ist, dass die definierten Fahrbedingungen ausreichend häufig auftreten.