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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und
5.
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Fremdgezündete Brennkraftmaschinen,
insbesondere direkteinspritzende Brennkraftmaschinen, werden in
unterschiedlichen Betriebsarten betrieben. Diese Betriebsarten unterscheiden
sich beispielsweise in der Gemischbildung und damit in der Applikationsstrategie
und in Softwarefunktionen für das
Einspritzsystem, das Luftsystem und/oder das Zündsystem. Die Applikationsdaten
für die
betriebsartspezifischen Funktionen werden dabei in unterschiedlichen
Sollwertkennfeldstrukturen abgelegt. Der Wechsel in eine bestimmte
Betriebsart hängt vom
Motorbetriebspunkt und/oder dem aktuellen Zustand des Triebstranges
und/oder des Fahrzeuges und/oder von Umweltbedingungen ab. Bei modernen direkteinspritzenden
Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen,
werden Abgasnachbehandlungssysteme eingesetzt. Darüber hinaus
sind neue Brennverfahren zur Senkung der Emissionen vorgesehen.
Der Betriebsartenkoordinator ist hierbei speziell an die Abgasnachbehandlung angepaßt, wobei
unterschiedliche Applikationsstrategien und betriebsartenspezifische
Softwarefunktionen verwendet werden, die in Abhängigkeit vom Betriebszustand
der Brennkraftmaschine und/oder in Abhängigkeit von den Umweltbedingungen
umgeschaltet werden.
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Bei
fremdgezündeten
Brennkraftmaschinen ist der Betriebsartenkoordinator darauf angepaßt, verbrauchsgünstige Betriebsarten
auszuwählen
und – im
Falle von direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen, die einen Partikelfilter
aufweisen – auch
zur Erzielung einer optimalen Regeneration des Partikelfilters.
Diese Betriebsart „Regeneration
des Partikelfilters" besitzt
beispielsweise gegenüber
einer Betriebsart „geringer
Kraftstoffverbrauch" in
vielen Fällen
eine wesentlich höhere
Priorität.
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Die
Koordination dieser Betriebsarten und der damit verbundenen Betriebsartenumschaltung erfolgt
dabei über
einen Zustandsautomaten, der nachfolgend als Betriebsartenkoordinator
bezeichnet wird. Ein solcher Betriebsartenkoordinator geht beispielsweise
aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2004 041 217 hervor. Dort verarbeitet der Betriebsartenkoordinator
neben der Anforderung der Betriebsart zusätzlich eine Prioritätsinformation.
Die Abarbeitungsreihenfolge der Anforderung ist dabei nicht festgelegt,
sondern durch die zusätzliche
Prioritätsinformation
variabel. Bevor eine Bearbeitung der Anforderung innerhalb des Betriebsartenkoordinators
vorgenommen wird, ordnet dieser die Anforderung gemäß ihrer
Priorität,
die vorgegeben werden kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Erfindungsgemäß soll nun
ein gattungsgemäßes Verfahren
und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine so verbessert
werden, daß der
Betriebsartenkoordinator auch im Hinblick auf zukünftige neue
Betriebsarten, wie beispielsweise teilhomogene oder homogene Brennverfahren,
sowie bei neuen Abgasnachbehandlungssystemen einsetzbar ist. Eine
Auswahl lediglich auf Basis der Priorität würde hier eine sehr komplexe
Logik erfordern, die je nach Konfiguration der Abgasnachbehandlung
und der eingesetzten Brennverfahren an die jeweiligen Gegebenheiten
angepaßt
werden müßte.
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Der
Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden,
daß ein
einheitliches und skalierbares Verfahren zur Betriebsartenkoordination
vermittelt wird, das unabhängig
von der jeweiligen Konfiguration des Fahrzeugs und der Abgasnachbehandlung
eingesetzt werden kann.
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Die
Auswahl der Betriebsart durch den Betriebsartenkoordinator, der
mittels negativer Ausschlußlogik
aus Betriebsartenanforderungen die Anforderungen mit der höchsten Priorität auswählt, die nicht
durch andere Betriebsartenanforderungen verboten ist, weist den
großen
Vorteil auf, daß die
Betriebsartenkoordination unabhängig
von der jeweiligen Konfiguration des Fahrzeugs und der Abgasnachbehandlung
eingesetzt werden kann. Sehr vorteilhaft ist auch, daß die Anzahl
der Betriebsartenanforderungen bei diesem Verfahren keine Rolle
spielt. Durch das Auswahlverfahren mit der negativen Ausschlußlogik können je
nach Konfiguration Betriebsartenanforderungen hinzugefügt oder
entfernt werden, ohne die Auswahllogik ändern zu müssen. Der große Vorteil
dieser Betriebsartenkoordination mit Hilfe der negativen Ausschlußlogik liegt
in der Flexibilität
und der leichten Konfigurierbarkeit.
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Vorteilhafterweise
bestimmt der Betriebsartenkoordinator die Betriebsarten gemäß den folgenden
Schritten:
- – Sammeln aller Betriebsartenanforderungen
und Speichern in einem ersten Zwischen speicher;
- – Sortieren
der Betriebsartenanforderungen nach ihren Prioritäten und
Speichern in einem zweiten Zwischenspeicher;
- – Auswahl
der Betriebsartenanforderungen durch negative Ausschlußlogik.
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Die
Betriebsartenkoordination erfolgt demnach mittels einer negativen
Ausschlußlogik
auf der Basis von priorisierten Betriebsartenanforderungen aus den
Komponenten, die Einfluß auf
die aktuelle Betriebsart haben.
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Die
Betriebsartenanforderungen bestehen dabei bevorzugt aus mindestens
zwei Teilinformationen, der angeforderten Betriebsart sowie der
Priorität der
Anforderungen. Darüber
hinaus können
bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform auch noch weitere
Informationen, die Einfluß auf
das Systemverhalten zeigen, vorgesehen sein, wenn z.B. unterschiedliche
Ausprägungen
einer Betriebsart existieren, die nachfolgend als Stufe der Betriebsart
bezeichnet werden. Sowohl die Betriebsart-Maske als auch die Stufe
der Betriebsart sind dabei Bit-kodiert und Teil einer vorzugsweise
Mehr-Bit-Variablen, bei spielsweise einer 32-Bit-Variablen oder einer
64-Bit-Variablen. Prinzipiell ist hier auch die Verwendung von Strukturen
denkbar (Verbindung von mehreren Variablen).
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Die
einer Betriebsartenanforderung zugewiesene Priorität ist bevorzugt
dynamisch an aktuelle Betriebszustände der Brennkraftmaschine
und/oder an aktuelle Umweltbedingungen angepaßt. Hierzu kann beispielsweise
die Komponente, die eine bestimmte Betriebsart anfordert, die Priorität bei hoher Dringlichkeit
vergrößern oder
bei einer geringeren Dringlichkeit der Anforderung auf ein niedrigeres
Prioritätsniveau
setzen. Dies hat gegenüber
dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren den Vorteil, daß die Priorität nicht
fest vorgegeben ist, sondern durch Anpassung der Prioritäten das
Systemverhalten geändert
werden kann.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand der
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch
eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung;
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2 schematisch
die Struktur einer Betriebsartenanforderung;
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3 schematisch
das von der Erfindung Gebrauch machende Verfahren zur Betriebsartenkoordination;
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4 ein
Ablaufdiagramm der Betriebsartenauswahl mit negativer Ausschlußlogik gemäß der Erfindung;
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5 schematisch
eine Folge von Betriebsartenanforderungen zur Erläuterung
der negativen Ausschlußlogik
anhand eines ersten Beispiels und
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6 eine
Folge von Betriebsartenanforderungen zur Erläuterung der negativen Ausschlußlogik anhand
eines zweiten Beispiels.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Eine
in 1 dargestellte Vorrichtung zur Steuerung einer
Brennkraftmaschine umfaßt
einen Luftsteller 110 sowie einen Kraftstoffsteller 120.
Der Luftsteller 110 und der Kraft stoffsteller 120 sowie
gegebenenfalls weitere (nicht dargestellte) Systeme werden abhängig von
einer ausgewählten
Betriebsart von einem Betriebsartenkoordinator 100 angesteuert.
Dem Betriebsartenkoordinator 100 werden Signale verschiedener
Subsysteme beispielsweise der NOx-Nachbehandlung 130, der
Partikelfilternachbehandlung 140, eines bestimmten Brennverfahrens 150 und
weitere Signale, beispielsweise eines Luftsystems 160 oder
des Einspritzsystems 170 zugeführt. Der Betriebsartenkoordinator 100 koordiniert
die Betriebsart und er schaltet zwischen der ausgewählten Betriebsart
um, um so den Luftsteller 110 und/oder den Kraftstoffsteller 120 mit
Signalen zu beaufschlagen. Der Luftsteller 110 und/oder
der Kraftstoffsteller 120 kann darüber hinaus mit weiteren (nicht
dargestellten) Signalen, wie dem Momentenwunsch, beaufschlagt werden.
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Die
Betriebsartenkoordination erfolgt durch Auswahl einer Betriebsartenanforderung
in Abhängigkeit
von einer Priorität,
wobei aus mehreren Betriebsartenanforderungen die Betriebsartenanforderung
mit der höchsten
Priorität
ausgewählt
wird, die nicht durch andere Betriebsartenanforderungen verboten
ist. Hierzu ist jede Betriebsartenanforderung, beispielsweise – wie in 2 dargestellt – als 32 Bit-Variable
dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung hierauf nicht
beschränkt
ist, sondern daß beispielsweise
auch 64 Bit-Variablen eingesetzt werden können oder Größen einer
anderen geeigneten Form, z.B. Strukturen (Verbindungen von mehreren
Variablen). Jede Betriebsartenanforderung 200 in Form der
32 Bit-Variable weist eine Bit-koordinierte Betriebsartmaske 210 auf,
welche beispielsweise die 0. bis 15. Stelle der 32 Bit-Variable
belegt, eine Priorität 220,
welche beispielsweise die 16. bis 19. Stelle der 32 Bit-Variable
belegt, sowie eine Bitkoordinierte Stufe 230 der Betriebsart,
welche beispielsweise die 20. bis 30. Stelle belegt. Darüber hinaus
kann ein weiteres Bit, im vorliegenden Falle die 31. Stelle der 32
Bit-Variable als
Auswahlgröße für einen
direkten Betriebsartenwechsel vorgesehen sein. Es sind prinzipiell
drei Typen von Betriebsartenanforderungen denkbar:
- 1. ein konkreter Wunsch nach einer bestimmten Betriebsart;
- 2. Verbote von bestimmten Betriebsarten;
- 3. keine Anforderung einer Betriebsart.
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Die
Logik der einzelnen Betriebsartenanforderungen 200 ist
dabei komplett in der Betriebsartenanforderung 200, d.h.
der 32 Bit-Variablen „gekapselt". Es bestehen keinerlei Querkopplungen
zwischen den Betriebsartenanforderungen 200, so daß sich diese
leicht austauschen bzw. entfernen lassen. Die Priorität jeder
Betriebsartenanforderung 200 kann dynamisch an die aktuellen
Gegebenheiten angepaßt
werden. Hierzu kann die Komponente, die eine bestimmte Betriebsart
anfordert, die Priorität
bei hoher Dringlichkeit erhöhen
oder bei geringerer Dringlichkeit der Anforderung auf ein niedrigeres
Prioritätsniveau
setzen. Im Gegensatz zu fest vorgegebenen Prioritäten läßt sich
so alleine durch die Anpassung der Prioritäten das Systemverhalten ändern.
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Die
Anzahl der Betriebsartenanforderungen 200 spielt für das nachfolgend
in Verbindung mit 3 bis 6 zu beschreibende
Auswahlverfahren mittels der negativen Ausschlußlogik keine Rolle. Je nach
Konfiguration können
Betriebsartenanforderungen 200 hinzugefügt oder entfernt werden, ohne
daß die
Auswahllogik geändert
werden muß.
Der Vorteil eines derartigen Betriebsartenkoordinators 100 mit Hilfe
der negativen Ausschlußlogik
liegt in der Flexibilität
und der leichten Konfigurierbarkeit. Die vorgenannten drei Typen
der Betriebsartenanforderungen 200 lassen sich wie folgt
darstellen.
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Ein
konkreter Wunsch nach einer bestimmten Betriebsart kann auf der
Betriebsartenmaske 210 realisiert werden, die für die gewünschte Betriebsart steht.
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An
den der Priorität 220 zugewiesenen
Stellen wird die Dringlichkeit der Anforderungen festgelegt. An
den die Information der Stufe der Betriebsart 230 charakterisierenden
Stellen wird die gewünschte Stufe
der Betriebsart gesetzt.
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Um
ein Verbot von Betriebsarten zu realisieren, werden in der Betriebsartenmaske 210 nur
die Bits der Betriebsarten gesetzt, die diesen Betriebsarten entsprechen,
die noch erlaubt/möglich
sein sollen. Hierbei muß die
Priorität 220 auf
die höchste
Priorität
gesetzt werden. Eine Stufeninformation, d.h. eine Information der
Stufe der Betriebsarten 230 ist dabei nicht notwendig und
kann in diesem Falle auf Null gesetzt werden.
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Wenn überhaupt
keine Anforderung einer Betriebsart realisiert werden soll, so werden
in der Betriebsartenmaske 210 alle Bits gesetzt. Die Priorität sollte
in diesem Falle wie beim Verbot von Betriebsarten ebenfalls auf
die höchste
Priorität
gesetzt werden.
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Der
Ablauf der Betriebsartenkoordination wird nachfolgend in Verbindung
mit 3 und 4 sowie an zwei Beispielen,
dargestellt in 5 und 6, erläutert.
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In
einem ersten Schritt, in 3 mit 310 bezeichnet,
werden alle Betriebsartenwünsche
gesammelt. Hierzu werden alle im System vorhandenen Betriebsartenanforderungen 200 durch
den Betriebsartenkoordinator 100 gesammelt und in einem
ersten Zwischenspeicher 320 gespeichert. Sodann erfolgt eine
Sortierung der Betriebsartenwünsche
gemäß ihrer
Priorität
in einem Schaltungsteil oder Schritt 330. Dabei werden
die in dem Zwischenspeicher 320 gespeicherten Betriebsartenanforderungen 200 mit
einem geeigneten Sortierverfahren gemäß ihrer Priorität sortiert
und in einem zweiten Zwischenspeicher 340 gespeichert.
In einem weiteren Schritt erfolgt nun die Auswahl der nächsten Betriebsart
durch die negative Auswahllogik.
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Dieser
letzte Schritt wird in Verbindung mit 4 zunächst an
einem ersten, in 5 dargestellten Beispiel erläutert.
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Nach
dem Start 410 der Prozedur erfolgt in Schritt 420 die
Bestimmung einer Puffervariable 700. Hierbei werden alle
Bits der Puffervariablen, beispielsweise einer 4 Bit-Variablen 700,
auf 1 gesetzt (siehe 5). Darüber hinaus wird ein Index auf
die Anforderung mit der höchsten
Priorität
gesetzt. In Schritt 425 erfolgt nun eine Sicherung der
Puffervariable 700 durch eine Puffervariable Alt. Es erfolgt
nun in Schritt 430 eine Verrechnung der Betriebsartenmaske,
konkret der Stellen 0 bis 3 der 32 Bit-Variable mit der Puffervariablen 700.
Diese Verrechnung erfolgt jeweils durch Verknüpfung der Stelle 0 bis 3 der 32
Bit-Variable mit der Puffervariablen 700 durch die logische
Verknüpfung „UND". So führt beispielsweise eine
Verknüpfung
mit der Betriebsartenanforderung 200 „Diagnosemodul", bei der die Stellen
0 bis 3 der Betriebsartenanforderung 200 auf 1 gesetzt
sind mit der Puffervariablen, bei der ebenfalls alle vier Bits auf 1
gesetzt sind, zu einer Puffervariablen 1111. In 5 weist
nun beispielsweise die Betriebsartenanforderung 200 des
Einspritzsystems-Kraftstoff beispielsweise an den Stellen 0 bis
3 der Betriebsartenanforderung das Bitmuster „1101" auf. Eine Verknüpfung mit der Puffervariablen „1111" führt in diesem Fall
zu einer Puffervariablen „1101". Eine anschließende Verknüpfung mit
den Stellen 0 bis 3 der Betriebsartenanforderung „NOx-Nachbehandlung" „0100" führt
durch eine „UND"-Verknüpfung zu
der Puffervariablen „0100". In diesem Fall
ist nur noch ein Bit in der Puffervariablen gesetzt, was in Schritt 450 überprüft wird.
Darüber
hinaus wurde die Puffervariable in diesem Ablauf nie „0000" Dies wird in Schritt 440 geprüft. Wenn
in Schritt 440 dagegen festgestellt wird, daß die Puffervariable
gleich 0 ist, wird die Puffervariable in Schritte 445 auf
Puffervariable Alt gesetzt und es wird Schritt 450 übersprungen.
Wenn ferner auch die Stufeninformation 230 ungleich 0 ist, was
in Schritt 460 geprüft
wird, wird in Schritt 490 ein eindeutiges Ergebnis festgestellt,
nämlich
der OpMode: NOx-Regeneration der Stufe 2. Das Verfahren wird
in diesem Fall in Schritt 495 beendet.
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Bei
einem weiteren, zweiten Beispiel, dargestellt in 6,
wird beispielsweise nur noch ein Bit in der Puffervariablen bei
der Betriebsartenanforderung „Abgasnachbehandlung
Partikelfilter" (fünfte Zeile
in 6) in Schritt 450 festgestellt. Die Stufeninformation 230 ist
hier jedoch nicht ungleich 0, was in Schritt 460 festgestellt
wird. Es wird daher in Schritt 470 geprüft, ob bereits alle Betriebsartenanforderungen 200 berücksichtigt
wurden. Wenn dies nicht der Fall ist, wird ein Index auf eine Betriebsartenanforderung
mit nächst
niedriger Priorität
in Schritt 475 gesetzt und vor Schritt 425 zurückgesprungen.
Die UND-Verknüpfung
der Stellen 0 bis 3 der Betriebsartenmaske mit der Puffervariablen
erfolgt dabei so lange in den Schritten 425 bis 475,
bis alle Anforderungen berücksichtigt
sind. Dies ist in 6 in der siebten Zeile erfüllt. Hier
ist in der Puffervariablen nur noch ein Bit gesetzt. Es wurden in
diesem Fall alle Anforderungen berücksichtigt und die Stufe der
Betriebsart ist ungleich 0, so daß in Schritt 490 die
neue Betriebsart, in diesem Falle die Betriebsart (OpMode) „Normalbetrieb" von dem Betriebsartenkoordinator 100 ausgewählt und
das Verfahren beendet (Schritt 495) wird. Wenn die Stufeninformation
in diesem Schritt gleich 0 wäre,
würde in
Schritt 480 ein Default-Wert der Betriebsart gesetzt und
das Verfahren in Schritt 495 beendet.
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Kommt
es bei dem oben genannten Verfahren zu einem Zwischenergebnis, bei
dem keine Bits mehr auf der Bitmaske gesetzt sind, so wird dieses Zwischenergebnis
verworfen und das vorherige Zwischenergebnis verwendet.