DE102005062550A1

DE102005062550A1 - Verfahren zur Steuerung eines Ventils mit variablen Ventilhub

Info

Publication number: DE102005062550A1
Application number: DE102005062550A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schiemann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-05

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Stellers (200), insbesondere zur Betätigung eines Ventils (250) mit variablem Hub in einem Ventilstellsystem einer Brennkraftmaschine oder eines Kompressors, bei dem ein Ansteuerungsereignis eine Schließphase des Ventils einleitet und hiernach das Ventil zu einem Schließzeitpunkt (tse, wse) schließt, wobei der Zeitpunkt des Ansteuerungsereignisses als Schließbeginn (wem2, tem2) betrachtet wird und wobei die Differenz zwischen Schließbeginn (wem2, tem2) und Schließzeitpunkt (tse, wse) eine Schließdauer charakterisiert. DOLLAR A Ausgehend von dem mindestens mittelbar erfassten Schließzeitpunkt (tse, wse) wird eine Ist-Schließdauer (tsd_ist) ermittelt und mit einer berechneten Schließdauer (tsd_ber) verglichen, die von der Steuerungsfunktion des Schließwinkels in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters bestimmt wird. DOLLAR A Es wird geprüft, ob Bedarf besteht, festgestellte Abweichungen zwischen Ist-Werten (tsd_ist) und zugehörigen berechneten Werten (tsd_ber) zu verringern. Bei festgestelltem Bedarf wird mindestens ein Adaptionswert, der bei der Bestimmung einer Schließdauer (tsd_ber) zur Ansteuerung des Gaswechselventils berücksichtigt wird und der die Genauigkeit der Schließwinkelsteuerung mindestens für einen Teilbereich von möglichen Werten des mindestens einen Betriebsparameters beeinflusst, so angepasst, dass die genannten Abweichungen mindestens im Mittel verringert werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Stellers, insbesondere eines hydraulischen Stellers zur Betätigung eines Ventils, nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs, sowie eine Vorrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Stellers gemäß dem letzten der nebengeordneten Ansprüche.
Anwendungshintergrund solcher hydraulischer Steller und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind elektrohydraulische Verstellsysteme, die beispielsweise zur Betätigung von Ventilen, wie der Gaswechselventile eines Brennkraftmaschine oder eines Kompressors, oder zur Betätigung von Klappen, wie beispielsweise schneller Schaltklappen im Ansaugrohr eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, oder zur Betätigung anderer Mechanismen verwendet werden. Von besonderem Interesse sind dabei hydraulische Verstellsysteme beziehungsweise Steller, die einen variablen Stellhub, beziehungsweise eine variable Endposition eines Verstellvorgangs ermöglichen.
In der Regel ist bei solchen Verstellsystemen eine feste Ausgangsposition vorhanden, von der ausgehend ein Verstellvorgang durchgeführt wird. Im Beispielfall der elektrohydraulischen Verstellung eines Gaswechselventils ist eine solche Ausgangsposition durch das Anliegen des Gaswechselventils in einem Ventilsitz definiert. Beim Öffnen wird das Gaswechselventil von der Ausgangsposition in eine – gegebenenfalls variable – Endposition bewegt. Beim Schließen wird das Gaswechselventil von einer Endposition in die Ausgangsposition zurückgeführt, wobei dieser Vorgang auch gestuft über Zwischenpositionen verlaufen kann. Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung des Schließvorgangs ist dies jedoch nicht wesentlich; es können Stellvorgänge zwischen beliebigen stationären Positionen betrachtet werden.
Gegenstand oder Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist allgemein die Verstellung des Kolbens eines hydraulischen Stellers von einer ersten Position in eine zweite Position, wobei diese Verstellung als Schließvorgang – oder zumindest Teil eines Schließvorgangs – des Stellers betrachtet wird. Dabei kommt es darauf an, den Zeitpunkt des Erreichens der zweiten Position, das heißt den Schließzeitpunkt, hinreichend genau einzustellen.
Nachfolgend wird dieses Verfahren am Beispiel einer elektrohydraulischen Verstellung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine oder eines Kompressors dargestellt und formuliert. Mit einer direkten Übertragung der Begriffe, beispielsweise der Ersetzung von Ventilhub durch Stellweg oder Stellhub, Ventilhubsensor durch Stellwegsensor oder Positionssensor, Drehzahl durch Wiederholfrequenz der Betätigung eines Stellers, sowie Gaswechselventil durch Kolben eines Stellers, beschreibt diese Darstellung auch die allgemeineren Anwendungsfälle.

Bei elektrohydraulischen nockenwellenlosen Ventilsteuerungen (EHVS), wie sie zum Beispiel aus der DE 101 27 205 und der DE 101 34 644 bekannt sind, können Hub und Steuerzeiten (Öffnungs- und Schließzeitpunkt) der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine prinzipiell frei programmiert werden. Dadurch können das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine sowie deren spezifischer Kraftstoffverbrauch und deren Emissionsverhalten verbessert werden. Allerdings weisen elektrohydraulische nockenwellenlose Ventilsteuerungen noch ein Optimierungspotential in Bezug auf die Steuerung des Schließens auf. Die möglichen Verbesserungen liegen dabei in der Stellgenauigkeit des Schließzeitpunkts beziehungsweise Schließwinkels (Kurbelwellenwinkel zum Schließzeitpunkt) und in dem zur Darstellung der Schließwinkelsteuerung benötigten technischen Aufwand. Dies gilt analog auch für die Steuerung von Verstell- oder Positioniervorgängen in den weiteren, eingangs genannten Systemen, für die die Erfindung verwendet werden kann.

Der Verstellvorgang eines beispielhaften EHVS-Ventilstellers wird mittels hydraulischer Druckkraft bewirkt; die Steuerung erfolgt mittels eines ersten Steuerventils (MV1) für den hochdruckseitigen Ölzufluss beim Öffnen und eines zweiten Steuerventils (MV2) für den Druckabbau beim Schließen des Stellers. Dieses Prinzip ermöglicht es, die Parameter "Öffnen", "Schließen" und "Hub" der Ventilbewegung beliebig und individuell für die so betätigten Gaswechselventile einzustellen.

Darüber hinaus ist die Stellgeschwindigkeit global für alle an einem gemeinsamen Hochdruckspeicher (Rail) angeschlossenen Steller durch Verändern des Öldrucks im Rail verstellbar. Des weiteren kann eine beispielsweise hydraulisch wirkende Ventilbremse vorgesehen sein, wie sie in der zitierten DE 101 34 644 A1 in einer beispielhaften Ausführung beschrieben ist. Damit kann auch die Geschwindigkeit verändert beziehungsweise eingestellt werden, mit der ein Gaswechselventil am Ende eines Schließvorgangs auf einen Ventilsitz auftrifft.

Das EHVS-System umfasst ein elektronisches Steuergerät, das für die Steuerung der stellbaren Parameter Öffnen, Schließen und Hub einzelner Gaswechselventile und gegebenenfalls des Raildrucks und der Aufsetzgeschwindigkeit beim Schließen zuständig ist. Im elektronischen Steuergerät sind zu diesem Zweck entsprechende Steuerungsfunktionen in Hardware und Software realisiert, welche schritthaltend mit der Abfolge der Arbeitsspiele der einzelnen Zylinder die Ansteuersignale der Ventilsteller berechnen und ausgeben, die zur Einstellung gewünschter Werte der stellbaren Parameter benötigt werden. Die gewünschten Werte oder Vorgabewerte ändern sich dabei typischerweise in Abhängigkeit des Betriebspunkts und der angeforderten Leistung der Verbrennungskraftmaschine.

Aus der weiteren DE 100 64 650 A1 ist bereits ein Verfahren zur Steuerung von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors mit variabler Öffnungsfunktion bekannt, bei dem die Steuerung des Gaswechselventils in Abhängigkeit einer Auswertung eines Drucks im Brennraum erfolgt. So ist es vorgesehen, dass ein Ventilhubsensor ein die Stellung des Ventils anzeigendes Hubsignal bereitstellt. Der Ventilhubsensors kann nun auf korrekte Funktion überprüft werden, in dem der für die Ventilstellung erwartete Druckverlauf beziehungsweise Brennraumdruck mit dem gemessenen Brennraum verglichen wird. Bei bestimmten Abweichungen wird der Ventilhubsensor in Abhängigkeit dieser Auswertung automatisch kalibriert.

In einer parallelen Anmeldung (gleicher Anmeldetag, gleiche Anmelderin, gleicher Erfinder, unser Zeichen R. 311982), deren Inhalt hier mit umfasst sein soll, wird ein Verfahren zur Steuerung eines Gaswechselventils mit variablen Ventilhub beschrieben, bei dem eine geeignete mathematische Beschreibung des betriebspunktabhängigen Zusammenhangs zwischen einer technischen Stellgröße (wem2), die den Endewinkel der Ansteuerung eines Steuerventils (MV2) charakterisiert, dem Schließwinkel (wse) und dem Hub (h) des Gaswechselventils zugrunde gelegt wird. Dieser Zusammenhang wird in einer beispielhaften Ausführung durch eine so genannte Schließdauertransferfunktion (tsd(h)) dargestellt, die als einfache parametrische Funktion modelliert wird. Die Abhängigkeit vom Betriebspunkt spiegelt sich dabei in den Parametern wider, die als Funktionen der für den Schließvorgang maßgeblichen Einflußgrößen berechnet werden. Die Einflußgrößen, beispielsweise Druck und Temperatur des Hydrauliköls, Gaskräfte und der Einstellpunkt einer variablen Ventilbremse, werden dabei erfindungsgemäß durch geeignet definierte Einzelwerte beschrieben, beispielsweise Anfangswerte, Mittelwerte und/oder Gradienten. Diese Werte werden für den jeweiligen Stellvorgang auf der Basis von Erfassungswerten und/oder anderweitig vorhandener Information (zum Beispiel Werte von Stellgrößen) bestimmt.

Soweit es die Abhängigkeit von den Zustandsgrößen des Hydrauliköls betrifft, werden die Parameter der Schließdauertransferfunktion beispielhaft als Kennfelder in Abhängigkeit eines Öldrucks (pöl) und einer Öltemperatur (Töl) beschrieben. Diese Kennfelder können beispielsweise durch Messungen anhand einzelner EHVS-Steller bestimmt und individuell für einzelne Ventilsteller oder auch einheitlich – in jeweils nur einem Exemplar – für Gruppen baugleicher beziehungsweise sich gleichartig verhaltender Steller im Datenspeicher des Steuergeräts abgelegt werden.

Dabei stellt die stellerindividuelle Berechnung der Parameter beziehungsweise die Verwendung stellerindividueller Kennfelder eine mögliche Lösung für das in der Praxis relevante Problem dar, daß auch baugleiche Steller sich aufgrund unvermeidlicher Toleranzen in der Fertigung untereinander nicht völlig identisch verhalten, das heißt mehr oder weniger deutliche – und im Hinblick auf die zulässigen Fehler der Schließwinkelsteuerung gegebenenfalls zu große – Exemplarstreuungen aufweisen können.

In der Praxis stellt sich ebenfalls das Problem einer Stellerdrift, das heißt von Veränderungen des Stellerverhaltens – hier speziell des Verhaltens in Bezug auf den Schließvorgang und die Einstellung des Schließwinkels – während des Betriebs beziehungsweise im Laufe der Zeit.

In einer weiteren parallelen Anmeldung (gleicher Anmeldetag, gleiche Anmelderin, gleicher Erfinder, unser Zeichen R. 311983), deren Inhalt hier mit umfasst sein soll, wird ein Adaptionsverfahren beschrieben, das das Problem einer Stellerdrift löst.

Zentrales Merkmal dieses Adaptionsverfahrens ist die Verwendung ventilindividueller und allgemein betriebspunktabhängiger Adaptionsparameter, deren Abhängigkeit von den Betriebsgrößen wie Druck und Temperatur des Öls durch Datensätze respektive tabellarische Darstellungen (wie Kennlinien, Kennfelder) beschrieben wird. Diese Parameter kommen zu den aus der parallelen Anmeldung (R. 311982) bereits bekannten Algorithmen der Schließwinkelsteuerung ergänzend hinzu. Zum Zwecke der Kompensation einer Stellerdrift in der Schließwinkelsteuerung werden auf Basis erkannter Abweichungen an einzelnen Betriebspunkten die jeweils betroffenen Werte der tabellarischen Darstellungen der Adaptionsparameter in geeigneter Weise verändert beziehungsweise nachgeführt. Diese Adaption erfolgt individuell für die einzelnen Ventilsteller. In vorteilhaften Ausführungen können auch fertigungsbedingte Exemplarstreuungen mittels der Adaption ausgeglichen werden, so dass für baugleiche Steller außer den Werten der Adaptionsparameter keine ventilindividuellen Daten benötigt werden.

Dieses im Hinblick auf die Adaptionsgüte vorteilhafte Verfahren weist jedoch einen hohen Speicherbedarf für die Speicherung der ventilindividuellen Daten der Adaptionsparameter auf. Dies betrifft zum einen den dauerhaften beschreibbaren Datenspeicher (EEPROM), insbesondere aber auch den dynamischem respektive flüchtigen Schreib-Lese-Speicher (RAM-Speicher), der eine teure und in typischen Ausführungen elektronischer Steuergeräte für solche Systeme sehr knappe Ressource darstellt.

Weiterhin benötigt das beschriebene lokale Adaptionsverfahren für einen Adaptionsschritt (das heißt Messen, Bewerten und Verstellen) eine im Allgemeinen größere Zahl von Einzelmessungen bei jeweils praktisch gleich bleibenden Betriebsbedingungen. Zudem müssen solche betriebspunktsbezogenen Adaptionsschritte jeweils für eine hinreichend große Zahl von Betriebspunkten durchlaufen werden, damit eine vorhandene Stellerdrift über den ganzen Betriebsbereich hinweg adaptiert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das in der parallelen Anmeldung (R. 311982) dargestellte Verfahren einer Schließwinkelsteuerung vorteilhaft fortzubilden in der Weise, dass wie im Falle einer in der weiteren parallelen Anmeldung (R. 311983) dargestellten Kennfeldadaption die möglichen Auswirkungen einer Stellerdrift auf die Schließwinkelsteuerung entsprechend der geforderten Qualität beziehungsweise Genauigkeit der Steuerung kompensiert, zugleich aber die genannten Nachteile der Kennfeldadaption vermieden werden.

Vorteile der Erfindung

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, dass bei einer erkannten Stellerdrift die daraus resultierenden Fehler einer Schließwinkelsteuerung in mindestens einem Teil des Betriebsbereichs des Stellers verringert werden, indem mindestens ein Adaptionswert angepaßt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Stellers, insbesondere eines Stellers zur Betätigung eines Gaswechselventils mit variablem Hub in einem Ventilstellsystem einer Brennkraftmaschine oder eines Kompressors, wird durch ein Ansteuerungsereignis eine Schließphase des Ventils eingeleitet, wobei hiernach das Ventil zu einen Schließzeitpunkt schließt. Der Zeitpunkt des Ansteuerungsereignisses wird als Schließbeginn betrachtet. Die Differenz zwischen Schließbeginn und Schließzeitpunkt charakterisiert eine Schließdauer. Zur Steuerung einer Schließphase wird eine Schließdauer in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters des Ventilstellsystems berechnet. Für die Schließphase wird eine Ist-Schließdauer ermittelt, insbesondere gemessen, und mit der berechneten Schließdauer verglichen. Auf Basis eines oder mehrerer solcher Vergleiche wird bewertet, ob festgestellte Abweichungen der Ist-Schließdauern von den zugehörigen berechneten Schließdauern verringert werden sollen. Im Falle eines festgestellten Bedarfs wird mindestens ein Adaptionswert, der bei der Bestimmung einer Schließdauer zur Ansteuerung des Gaswechselventils berücksichtigt wird und der die Genauigkeit der Schließwinkelsteuerung mindestens für einen Teilbereich von möglichen Werten des mindestens einen Betriebsparameters beeinflusst, so angepasst, dass die genannten Abweichungen mindestens im Mittel verringert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführen Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.

So wird in einer besonders bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Adaption einer Schließwinkelsteuerung ein betriebspunktabhängiger Adaptionsparameter mittels einer so genannten Driftfunktionen-Entwicklung dargestellt, bei der eine gewissen Zahl fest bestimmter, so genannter Driftfunktionen auftreten, die allgemein von den Einflussgrößen der Schließwinkelsteuerung abhängen, und denen jeweils ein multiplikativer Koeffizient zugeordnet ist. Die Koeffizienten, die so genannten Driftfaktoren, sind als veränderliche, für einen Steller individuell anpassbare Adaptionswerte ausgeführt.

Als vorteilhafte Ausgestaltungen einer solchen Driftfunktionen-Entwicklung werden additive Reihen sowie Produktreihen, das heißt multiplikative Driftfunktionen-Entwicklungen vorgeschlagen. Letztere sind vorzugsweise zur Darstellung multiplikativer Adaptionsparameter geeignet. Jeder Term einer solchen Produktreihe wird durch Addition einer mit dem zugehörigen Driftfaktor multiplizierten Driftfunktion zum Neutralwert 1 gebildet.

Weiterhin ist es in einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schließwinkelsteuerung vorgesehen, dass die Schließdauer (tsd) durch Modellierung einer Schließdauer-Transferfunktion (tsd(h)) in Abhängigkeit eines Ventilhubs (h) gewonnen wird und dass diese Schließdauer-Transferfunktion (tsd(h)) mittels mindestens einer Kennlinie, eines Kennfeldes oder einer parameterischen Funktion, beispielsweise einer stückweise polynomialen Approximation, dargestellt wird.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens einer der Parameter einer verwendeten parametrischen Darstellung der Schließdauertransferfunktion direkt angepasst werden kann oder in Abhängigkeit eines Adaptionswerts ermittelt wird.

Vorteilhaft ist auch, dass mit Hilfe von Rechenverfahren die Adaptionswerte der Schließdauertransferfunktion derart verändert werden, dass für ein gegebenes Ensemble von Schließvorgängen die Abweichung der tatsächlichen Schließdauer von der berechneten Schließdauer minimal wird.

Besonders vorteilhaft ist es, dass unter Berücksichtigung der ermittelten Schließdauer der Schließbeginn so festgelegt wird, dass der Schließzeitpunkt des Gaswechselventils zu einem vorbestimmten Soll-Schließzeitpunkt erfolgt. Dies erlaubt es, ohne zusätzlichen Regelungsaufwand den Schließzeitpunkt allein anhand einer vor dem Schließbeginn ermittelten Schließdauer so einzustellen, dass das Ventil zu einem gewünschten Sollzeitpunkt schließt.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass zur Ermittlung eines Winkels des Schließbeginns (wem2) eine mittlere Winkelgeschwindigkeit (nmot) einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, während der betreffenden Schließphase, die ermittelte Schließdauer und der Soll-Schließzeitpunkt berücksichtigt werden. Aus der mittleren Drehzahl und der Schließdauer lässt sich in bekannter Weise berechnen, welche Winkeländerung die Kurbelwelle während der Schließdauer erfährt.

Ferner ist es vorteilhaft vorgesehen, dass zum Zeitpunkt der Berechnung des Schließbeginns (wem2) ein vorhandener oder aktuell bestimmter Wert der Wellendrehzahl (nmot_1) verwendet wird, um die mittlere Winkelgeschwindigkeit während der Schließphase (nmot) zu bestimmen, wobei die Drehzahl vorzugsweise aus dem Signal eines Drehzahl- oder Winkelsensors ermittelt wird.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass für die Berechnung des Schließbeginns eine mittlere Winkelbeschleunigung als ein Maß für die Veränderung der Wellendrehzahl in einem Intervall zwischen Berechnung und Ausführung des Schließbeginns bestimmt wird, und zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit während des Schließbeginns berücksichtigt wird. Dies hat den Vorteil, dass auch dynamische Änderungen der Drehzahl anhand einer Winkelbeschleunigung berücksichtigt werden und so eine präzisere Bestimmung der Drehzahl zum Zeitpunkt des Schließbeginns beziehungsweise während der Schließphase ermöglicht wird.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die mittlere Winkelbeschleunigung aus dem zeitlichen Verlauf des Signals eines Drehzahl- oder Winkelsensors und/oder mittels eines physikalischen Modells und/oder mittels eines regelungstechnischen Beobachters gewonnen wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Schließzeitpunkt mit Hilfe eines Klopfsensors und/oder eines Brennraumdrucksensors ermittelt wird.

Dies hat den Vorteil, dass standardmäßig vorhandene beziehungsweise zusätzlich auch für weitere Teilaufgaben einer Motorsteuerung einsetzbare Sensoren verwendet werden, um eine Veränderung des Verhaltens eines Ventilstellers in Bezug den Schließvorgang zu erkennen beziehungsweise zu identifizieren.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vorteilhaft vor, dass Betriebspunkte festgelegt werden, an denen mindestens ein Stellvorgang des Ventils (250) eingeleitet wird, und dass ausgehend von diesem mindestens einen Stellvorgang eine Abweichung der Ist-Schließdauer (tsd_ist) von der berechneten Schließdauer (tsd_ber) ermittelt wird. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass entsprechende Stellvorgänge vorzugsweise an solchen Betriebspunkten – beispielsweise auch testweise – eingeleitet werden können, an denen sich eine Schließdauer mit hoher Genauigkeit berechnen lässt, oder beispielsweise an solchen Betriebspunkten, die ein besonderes Stellerverhalten erkennen lassen.

Zeichnungen

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Es zeigen schematisch:

1 ein elektrohydraulisches Ventil-Stellsystem,

2 den Schließvorgang eines elektrohydraulisch gesteuerten Gaswechselventils,

3 eine gedriftete Schließdauer-Transferfunktion und die Wirkung der Adaption,

4 eine Signalverarbeitung zu Gewinnung der adaptionsrelevanten Information,

5 Signalverläufe, die die Gewinnung adaptionsrelevanter Merkmale des Schließvorgangs aus einem Brennraumdrucksignal veranschaulichen,

6 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schließwinkelsteuerung mit Parameteradaption,

7 ein Blockschaltbild für die Berechnung der Steuergröße wem2 aus der Schließdauer tsd,

8 eine beispielhafte Realisierung der Funktion ber_tsd mit erfindungsgemäßen ventilindividuellen Adaptionen,

9 eine beispielhafte Ausführung des Funktionsmoduls ber_tsd_u aus 8,

10 eine beispielhafte Ausführung des Berechnungsmoduls ber_tsd_mit,

11 eine beispielhafte Ausführung des Berechnungsmodul ber_tsd_asy,

12 die beispielhafte Ausführung eines Berechnungsmoduls der Adaptionsgröße tsd_skal mit ventilindividuellen adaptiven Driftfaktoren d1 und d2,

13 ein beispielhaftes Berechnungsmodul der Adaptionsgröße dhd0 mit ventilindividuellen adaptiven Driftfaktoren h1 und h2,

14 ein beispielhaftes Berechnungsmodul der Adaptionsgröße dtvsb mit ventilindividuellen adaptiven Driftfaktoren t1 und t2,

15 ein beispielhaftes Berechnungsmodul ber_avb zur Berechnung des Bremsdrosselquerschnitts avb für eine hydraulisch verstellbare Bremse mit druckgesteuertem Schieber und stellwegabhängigem Drosselquerschnitt, mit einer Adaption der Stellwegverschiebung s_dvb(pvb) auf Basis fester Driftfunktionen DS_DVB_1, DS_DVB_2 und ventilindividueller adaptiver Driftfaktoren s1, s2,

16 eine beispielhafte Wahl der Driftfunktionen DS_DVB_1, DS_DVB_2 einer erfindungsgemäßen ventilindividuellen Parameteradaption,

17 ein Beispiel einer Einteilung des Betriebsbereichs (pöl, Töl) mit lokal zugeordneten Driftfuntkonen (Kennfeldern) und ventilindividuellen skalaren Adaptionsgrößen (Driftparametern).

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Kern der vorliegenden Erfindung ist die Idee, mindestens einen geeigneten Adaptionsparameter in eine gemäß der genannten parallelen Anmeldungen gestaltete Steuerungsfunktion des Schließzeitpunkts, beispielsweise in eine in dieser Steuerungsfunktion verwendete Berechnung einer Schließdauertransferfunktion tsd(h) einzuführen, beziehungsweise einen bereits vorhandenen Parameter dieser Berechnung als Adaptionsparameter geeignet zu gestalten, wobei dieser mindestens eine Adaptionsparameter allgemein in Abhängigkeit betriebspunktspezifischer Einflussgrößen, speziell Öldruck pöl und Öltemperatur Töl, definiert ist. Erfindungsgemäß ist dieser mindestens eine Adaptionsparameter zusätzlich abhängig von mindestens einem adaptierbaren Einzelwert, der auch als Adaptionswert oder Driftparameter bezeichnet wird. Bei einer Mehrzahl von Ventilstellern ist ein solcher Adaptionswert als individuelle Kopie eines jeweiligen Steller vorhanden.
Kennzeichnend für das erfindungsgemäße Adaptionsverfahren ist, dass sich die Veränderung eines solchen erfindungsgemäßen Driftparameters nicht nur an einem einzigen Betriebspunkt auswirkt, sondern mindestens in einem ganzen Betriebsbereich, in dem das Verfahren angewendet wird. Dies ist der zentrale Unterschied des erfindungsgemäßen Verfahrens einer Parameteradaption gegenüber dem alternativen Verfahren einer Kennfeldadaption, wie es in der parallelen Anmeldung (R. 311983) dargestellt ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der mindestens eine erfindungsgemäße Adaptionsparameter unter Verwendung mindestens eines Produktterms ermittelt, der durch Multiplikation einer – allgemein von mindestens einem Teil der betriebspunktspezifischen Einflußgrößen abhängigen – so genannten Driftfunktion mit einem ihr zugeordneten Adaptionswert (Driftparameter) gebildet wird. Der Driftparameter wird in diesem Falle auch als Driftfaktor bezeichnet. Wie bereits gesagt, handelt es sich dabei um einen Einzelwert, der also nicht betriebspunktspezifisch bestimmt wird. Im Falle einer Mehrzahl von Ventilstellern ist es vorteilhaft, wenn ein erfindungsgemäßer Driftfaktor als individuelle Kopie für jeden einzelnen Steller vorhanden ist, wohingegen die Driftfunktion für baugleiche Steller identisch ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren prüft respektive identifiziert Änderungen des Verhaltens eines Stellers in Bezug auf die Einstellung des Schließzeitpunkts oder Schließwinkels und paßt bei Bedarf den Wert des mindestens einen individuell für diesen Steller abgespeicherten beziehungsweise berechneten Driftfaktors in der Weise an, dass Schließwinkelfehler infolge einer Drift des Stellers gering bleiben beziehungsweise minimiert werden.
Die Erkennung respektive Identifikation einer Stellerdrift in Bezug auf den Schließvorgang geht dabei beispielhaft aus von einer Erfassung des Schließzeitpunkts und gegebenenfalls des Auftreffimpulses des Gaswechselventils beim Auftreffen im Ventilsitz, wobei diese Information aus dem Signal eines standardmäßig vorhandenen oder zusätzlich verbauten Klopfsensors und/oder aus dem Signal eines Brennraumdrucksensors gewonnen wird.
Alternativ oder zusätzlich können die adaptionsrelevanten Merkmale des Schließvorgangs auch auf der Basis eines Hubsensorsignals, eines Differenzdrucksignals (zum Beispiel Differenzdruck zwischen oberem und unterem Druckraum des Stellers) und/oder aus diversen anderen Drucksignalen (zum Beispiel Druck im oberen Druckraum oder im Rücklaufkreis) gewonnen werden, wobei sich dies anbietet, wenn entsprechende Sensorik bereits aus anderen Gründen (zum Beispiel für eine Überwachung, Hubregelung oder Ähnliches) im System verbaut ist.
Eine Driftfunktion kann hinsichtlich ihrer Abhängigkeit von den Betriebsparametern, das heißt den Einflussgrößen der Schließwinkelsteuerung, ganz oder teilweise in tabellarischer Form, das heißt mittels Kennlinien und Kennfeldern, dargestellt werden. In vorteilhaften Ausführungen der Erfindung sind diese Datensätze, wie bereits gesagt, für gleichartige (baugleiche) Steller nur einmal vorhanden. Alternativ sind für die Darstellung der Driftfunktionen auch andere mathematische Beschreibungen, zum Beispiel parametrische Funktionen, verwendbar, wobei in vorteilhaften Ausführungen der Erfindung die betreffenden Parameter nicht ventilindividuell vorhanden sind.
Die veränderbaren Werte von erfindungsgemäßen Driftfaktoren werden individuell für die einzelnen Ventilsteller abgelegt, um einer im allgemeinen individuell ausgeprägten Stellerdrift Rechnung zu tragen.
Der primäre Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass die Auswirkungen von Veränderungen des Stellerverhaltens beziehungsweise einer Stellerdrift auf den Schließvorgang und den resultierenden Schließwinkel eines Gaswechselventils in der Ansteuerfunktion des Schließwinkels so effektiv kompensiert werden können, dass diese Lösung auch bei hohen Anforderungen an die Stellgenauigkeit und großen Veränderungen des Stellerverhaltens während des Betriebs beziehungsweise im Laufe der Zeit anwendbar ist.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass auch bei produktionsbedingt vorhandenen Exemplarstreuungen baugleicher Steller eine volle stellerindividuelle Gestaltung der in der Schließwinkelsteuerung verwendeten betriebspunktabhängigen Parameter entfallen und ein im wesentlichen einheitlicher Satz von Parametern verwendet werden kann. Die Stellerunterschiede werden in diesem Fall bereits zu Beginn – in der Produktion zum Beispiel am "Bandende" – mittels Adaption der stellerindividuellen Driftparameter beziehungsweise Driftfaktoren kompensiert.
Zudem zeigt das hier vorgeschlagene Verfahren der Parameteradaption spezifische Vorteile gegenüber einer Kennfeldadaption. Zum einen ist der Speicherbedarf für Adaptionswerte deutlich geringer als im Falle der Kennfeldadaption. Zum anderen entfallen die für eine Kennfeldadaption typischen Restriktionen für die im Adaptionsverfahren jeweils zu bewertenden Messpunkte-Ensembles. Bei der hier dargestellten Parameteradaption ist eine Mischung verschiedener Betriebspunkte in diesen Ensembles problemlos möglich und sogar vorteilhaft. Dabei ist das neue Verfahren zugleich ökonomischer, da die an verschiedenen Betriebspunkten gewonnene Einzelinformation in Bezug auf eine Stellerdrift zur gleichzeitigen adaptiven Verbesserung der Steuerung im ganzen Betriebsbereich führt.
Als weiterer Vorteile sind Einfachheit, Verständlichkeit und Modularität der Lösung zu nennen. Diese Qualitätsfaktoren resultieren maßgeblich aus dem Umstand, dass die vorgeschlagene Ausführung einer Adaption der Schließwinkelsteuerung als modulare Erweiterung zu einer Steuerungsfunktion hinzutritt, die für sich allein nur in Fällen vernachlässigbarer Stellerdrift anwendbar ist.
Eine Realisierung der erfindungsgemäßen Steuerungsfunktion als Rechnerprogramm im Steuergerät zeigt in Folge der genannten Merkmale auch Vorteile im Hinblick auf den Bedarf an Speicher und Rechnerleistung sowie den Aufwand, der für die Bestimmung von systemabhängig zu kalibrierenden Parametern (Applikationsdaten) benötigt wird.
Zudem ist es vorteilhaft, dass bezüglich der Gewinnung der adaptionsrelevanten Merkmale im allgemeinen auf ohnehin beziehungsweise standardmäßig vorhandene Sensorik wie Klopfsensoren und/oder Brennraumdrucksensoren zurückgegriffen werden kann, so dass der im allgemeinen erhebliche Kostenfaktor einer zusätzlichen Sensorik entfällt.
Der adaptiven Steuerung des Schließzeitpunktes kann bei Bedarf auch eine Regelung überlagert werden. In diesem Falle profitiert die Regelung von der hohen Qualität einer erfindungsgemäßen adaptiven Vorsteuerung. Umgekehrt kann die bei einer Regelung gewonnene Information zu betriebspunktspezifischen Stationärabweichungen der Vorsteuerung, die sich zum Beispiel aus dem Regelfehler und/oder aus dem vom Regler bestimmten Korrekturwert der Stellgröße mittels einer Tiefpassfilterung gewinnen lässt, in vorteilhafter Weise in das erfindungsgemäße Adaptionsverfahren eingebracht und zur Verbesserung der Vorsteuerung bei Vorliegen einer Stellerdrift genutzt werden.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung die wesentlichen Komponenten und den prinzipiellen Aufbau eines beispielhaft betrachteten EHVS-Systems, wobei nur einer von gegebenenfalls mehreren vorhandenen Ventilstellern gezeigt ist.
Als zentrales Element zeigt die 1 einen Steller 200 in Verbindung mit einem Gaswechselventil 250, das in einen nicht weiter dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine ragt und einen Öffnungsquerschnitt zu einem Einlass- oder Auslasskanal öffnet oder schließt. In bekannter Weise unterteilt ein Differenzialkolben 220 den Steller 200 in einen oberen und unteren Druckraum 210, 230. Aufgrund der unterschiedlich großen Flächen des Differenzialkolbens im oberen und unteren Druckraum 210, 230 wird durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung ein Öffnen beziehungsweise Schließen des Gaswechselventils 250 ermöglicht.
Über eine Hochdruckpumpe 60 wird in einem Hochdruckspeicher (Hochdruckrail) 50 ein Hochdruck p_rail aufgebaut, mit dem der untere Druckraum 210 des Stellers 200 beaufschlagt wird. Über ein erstes Steuerventil MV1 kann der Hochdruck p_rail auch auf den oberen Druckraum 230 geschaltet werden.
Der obere Druckraum 210 steht ferner über ein zweites Steuerventil MV2 mit einem vorzugsweise drucklosen oder mit niedrigem Standdruck beaufschlagten Rücklauf 270 in Verbindung, wobei eine zweite Leitung diese Verbindung über eine verstellbare Drossel (Ventilbremsdrossel) 145 einer Ventilbremse 140 lenkt, die erst gegen Ende einer Schließbewegung voll wirksam wird, wenn die erste direkte Verbindung zum Rücklauf durch den Differenzialkolben 220 verschlossen wird. Die Drossel 145 wird über eine hydraulische Verstelleinrichtung (Bremsschieber) 140 verstellt, wobei eine Hydraulikpumpe 40 in einem Niederdruckspeicher 120 den notwendigen Verstelldruck pvb zur Verfügung stellt.
Über ein Steuergerät 100 werden die Hydraulikpumpe 40, die Hochdruckpumpe 60 sowie das erste und zweite Steuerventil MV1, MV2 angesteuert. Ferner werden vom Steuergerät Signale erfasst, die den Druck p_rail und die Temperatur T_rail des Öls im Hochdruckrail 50 sowie den Verstelldruck pvb repräsentieren.
Der Steller 200 ist nach dem Differenzialkolbenprinzip gestaltet – mit einer größeren oberen Wirkfläche A_ob im oberen Druckraum 220 und einer kleineren unteren Wirkfläche A_unt im unteren Druckraum 210 – und ist hochdruckseitig an einem Druckspeicher (Hochdruckrail) 50 angeschlossen, der ein hoch komprimiertes Druckmedium, beispielsweise Öl, als Hilfsenergie des elektrohydraulischen Stellsystems bereitstellt. Auf die obere Wirkfläche A_ob wirkt dabei der Druck podr im oberen Druckraum 210, auf die untere Wirkfläche A_unt der Druck pudr im unteren Druckraum 230, wobei pudr aufgrund der permanent offenen Verbindung mit dem Hochdruckrail 50 stets in der Nähe des Raildrucks p_rail liegt.
Mit der Kolbenstange des hydraulischen Stellers 200 ist ein Gaswechselventil 250 verbunden, das durch geeignete Steuerung der hydraulischen Volumenströme mithilfe eines ersten und zweiten Steuerventils, beispielsweise elektromagnetischen 2-Wege-Ventils, MV1 und MV2 in gewünschter Weise auf und zu gefahren werden kann.
Gemäß der in 1 gezeigten beispielhaften Systemauslegung ist das hochdruckseitige erste Steuerventil MV1 als stromlos geschlossenes elektromagnetisches 2/2-Wege-Ventil gestaltet. Das niederdruckseitige zweite Steuerventil MV2 ist ebenfalls als elektromagnetisches 2/2-Wegeventil ausgeführt. Im stromlosen Zustand öffnet es beziehungsweise ist geöffnet und gibt damit die hydraulische Verbindung zwischen dem oberem Druckraum 210 und dem Rücklauf 270 frei, wobei der Rücklaufdruck prl sehr viel kleiner ist als der Druck p_rail im Hochdruckrail 50. Im typischen Falle liegt prl bei wenigen bar. Die elektrischen Ansteuersignale der beiden Steuerventile MV1, MV2 werden vom elektronischen Steuergerät 100 ausgegeben.
Ausgehend von der Position des geschlossenen Gaswechselventils, bei der die beiden Steuerventile MV1, MV2 stromlos sind, wird der Hubvorgang des Stellers 200 mit der Bestromung des zweiten Steuerventils MV2 eingeleitet. Durch das Umschalten des zweiten Steuerventils MV2 wird zunächst der obere Druckraum 210 gegenüber dem Rücklauf 270 abgeschlossen. Nach einer geeignet gewählten kurzen Zeitspanne wird auch das erste Steuerventil MV1 bestromt und damit ein Zufluss von Öl aus dem Hochdruckspeicher 50 herbeigeführt, der den Hubvorgang bewirkt. Die Dauer der Ansteuerung des ersten Steuerventils dosiert den Zufluss in den oberen Druckraum 210 und damit den Hub h.
2 zeigt beispielhaft in einem Diagramm den prinzipiellen Verlauf eines Schließvorgangs, der mit dem Ende der Ansteuerung des zweiten Steuerventils MV2 zum Zeitpunkt tem2 respektive Kurbelwinkel wem2 eingeleitet wird. Nach einer Verzugszeit TVSB öffnet das MV2 und die Schließbewegung beginnt. Nach der Beschleunigungsphase nähert sich die Schließgeschwindigkeit einer stationären Endgeschwindigkeit, bis sie nach Erreichen eines Resthubes H0, der den Einsatzpunkt der Ventilbremse 140 kennzeichnet, auf die durch die Ventilbremse 140 eingestellte Brems- oder Aufsetzgeschwindigkeit reduziert wird. Zum Zeitpunkt tse respektive Kurbelwinkel (Schließwinkel) wse schließt das Gaswechselventil.
Eine schematische Ausführung der Ventilbremse 140 ist in 1 dargestellt. Der Ventilweg h = H0 (2) entspricht der Position, bei der der Stellerkolben beim Schließen die Anschlussbohrung einer in 1 gezeigten ersten Verbindung des oberen Druckraums 210 mit dem zweiten Steuerventil MV2 erreicht und diese so genannte Hauptabströmbohrung verschließt. Der große Leitungsquerschnitt der Hauptabströmbohrung steht danach nicht mehr zur Verfügung; das restliche Öl wird somit über die parallele Leitung mit der Ventilbremsdrossel 145 verdrängt, wobei diese Leitung beispielsweise bei einem verringerten Querschnitt der Drossel 145 einen erhöhten hydraulischen Widerstand aufweist. Die Drossel 145 ist als verstellbar angenommen. Dazu ist in 1 ein hydraulischer Verstellmechanismus 140 skizziert, auf den ein variabler Verstelldruck pvb des Niederdruckspeichers 120 wirkt.
Das Steuergerät 100 steuert in diesem Systembeispiel eine verstellbare Niederdruckpumpe 40 für die Niederdruckversorgung beziehungsweise die Steuerung des Bremsdrucks pvb. Des weiteren steuert sie eine Hochdruckpumpe 60, die Öl ins Hochdruckrail 50 fördert und den Systemdruck p_rail aufbaut. Die Hochdruckpumpe 60 ist als verstellbar angenommen, ebenso das Druckniveau p_rail im Rail. Bei höherem Druck entwickelt der hydraulische Steller 200 mehr Kraft beim Öffnen und Schließen; die Bewegungsvorgänge des Gaswechselventils sind dann entsprechend schneller.
Der Druck p_rail und die Temperatur T_rail des Öls im Hochdruckrail 50 sowie der Steuerdruck pvb der Ventilbremse 140 werden mittels Sensoren erfasst und als Gebersignale p_rail und T_rail sowie pvb in das Steuergerät 100 hineingeführt.
Der für die Darstellung der erfindungsgemäßen Steuerungsfunktion betrachtete elektrohydraulische Steller ist nicht auf die in 1 beispielhaft gezeigte Ausführungsform beschränkt.
Beispielsweise kann eine Schließfeder vorhanden sein, die in schließender Richtung auf die Kolbenstange wirkt. Insbesondere kann – im Fall eines so genannten einfach wirkenden Hydraulikzylinders – die schließende Kraft auch allein durch eine solche Feder bereitgestellt werden, so dass die Funktion des unteren Druckraums 230 beziehungsweise der untere Druckraum 230 selbst und/oder dessen Verbindung zum Hochdruckrail 50 entfallen.
Für die Steuerventile MV1, MV2 sind ebenfalls andere Ausgestaltungen als die beispielhaft gewählte Ausführungsform möglich. So können insbesondere Piezoventile anstelle von Magnetventilen und/oder Proportional- statt Schaltventile verwendet werden. Auch sind Mehrwegeventile anstelle von 2/2-Wegeventilen möglich. Des Weiteren können die Funktionen der Steuerventile MV1, MV2 in einem komplexeren Steuerventil integriert sein.
Die Hochdruckversorgung kann auch fest anstatt verstellbar sein. Im hydraulischen Schaltkreis können auch weitere hier nicht gezeigte Komponenten vorhanden sein, zum Beispiel ein Rückschlagventil, das in der Leitungsverbindung zwischen dem unteren Druckraum 230 des Stellers 200 und dem Hochdruckrail 50 stromauf des ersten Steuerventils MV1 eingebaut ist, oder eine Leitungsverbindung des oberen Druckraums 210 mit dem Hochdruckrail 50 über ein weiteres Rückschlagventil. Des weiteren kann eine niederdruckseitig zuschaltbare Vorspanneinrichtung vorhanden sein.
Die Sensorik kann gegenüber dem Beispiel eingeschränkt oder auch erweitert sein. So kann es zum Beispiel gar keinen Drucksensor geben oder aber mehrere Drucksensoren, die zum Beispiel verteilt an verschiedenen Stellen des Hockdruckrails 50, beispielsweise auch direkt eingangs der einzelnen Steller 200 angebracht sein können. Eine Öltemperaturerfassung kann auch – alternativ oder zusätzlich zum hier angezeigten Ort – für die Öltemperatur am hochdruckseitigen Eingang oder in den Kammern einzelner Steller 200 vorgesehen werden.
Des weiteren kann zusätzliche Sensorik beispielsweise für die Temperatur von Strukturmaterialien, beispielsweise am Zylinderkopf, Steller- oder Steuerventilgehäuse, oder für die Spulentemperatur von Magnetventilen und/oder für die Ölviskosität vorhanden sein.
Für jedes solche System stellt sich die prinzipiell gleichartige Aufgabe einer geeigneten Berechnung der schließwinkelbestimmenden Ansteuergröße, im betrachteten Beispielsystem des Ansteuerendes wem2 des Steuerventils MV2, bei jeweils vorgegebenem Sollwert wem2 soll und bei jeweils aktuell vorliegenden Werten der wesentlichen Einflussgrößen des Schließvorgangs.
Diese Aufgabe wird vorteilhaft und allgemeingültig für jedes solche System in der nachfolgend angegebenen Weise gelöst, wobei dies bezüglich der wesentlichen Einflussgrößen mindestens die Einbeziehung des Ventilhubs und der für den Schließvorgang relevanten Werte eines Öldrucks und einer Öltemperatur bedeutet.
Unter Nutzung der allgemeinen Merkmale der Erfindung können konkrete Ausführungen der Erfindung abhängig von einem gegebenen Systemaufbau beziehungsweise Ausrüstungsgrad, zum Beispiel mit Sen-soren, möglicherweise eine unterschiedliche Qualität der Steuerung des Schließwinkels erzielen.
Die erfindungsgemäße Steuerung sieht vor, dass bei der Steuerung des Schließwinkels eines mittels EHVS-Stellers betätigten Gaswechselventils für eine geeignete Steuergröße – hier beispielhaft für den tatsächlichen Schließzeitpunkt beziehungsweise dessen zugehörigen Schließwinkel wse – ein gewünschter Wert oder Sollschließwinkel wse_soll bestmöglich eingestellt wird, wobei der Sollschließwinkel wse_soll zum Beispiel in Abhängigkeit der vom Fahrer gewünschten Leistung und der aktuell vorliegenden Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine vorgegeben wird.
Die entscheidende Information zur Steuerung des Schließvorgangs ist die für den Schließvorgang benötigte Schließzeit tsd, die sich in Abhängigkeit des Ausgangshubs h sowie der aktuellen Betriebsbedingungen ergibt, wobei die Schließzeit tsd die zeitliche Differenz zwischen dem Ansteuerungsende tem2 des zweiten Steuerventils MV2 und dem Schließzeitpunkt tse des Gaswechselventils angibt. tsd = tse – tem2 (1a)
Die für den Stellvorgang beziehungsweise den zu stellenden Schließwinkel wse_soll benötigte Ansteuergröße wem2 (Kurbelwinkel Ende MV2-Ansteuerung) ergibt sich daraus unmittelbar als wem2 = wse_soll – tsd·nmot (1b)
Darin ist nmot die Kurbelwellengeschwindigkeit respektive Motordrehzahl in °KW/s. Sie wird fortlaufend im Steuergerät 100 auf der Basis einer Sensorinformation, beispielsweise durch Pulse eines Inkrementgeberrades an der Kurbelwelle, berechnet.
Die vorliegende Erfindung geht davon aus, daß die Berechnung der Steuergröße wem2 nach den allgemeinen Merkmalen der parallelen Anmeldung (R. 311982) erfolgt. Dies bedeutet, daß die Winkeldifferenz wem2 – wse_soll beziehungsweise die Schließdauer tsd in Abhängigkeit eines Maßes für den beim Stellvorgang vorliegenden Ventilhub h sowie geeignet definierter betriebspunktspezifischer skalarer Einflußgrößen, beispielhaft Öldruck pöl, Öltemperatur Töl, effektive Gaskraft fgas und effektiver Drosselquerschnitt der Ventilbremse avb, berechnet wird. Für eine Definition und weitere Erläuterungen zu diesen Größen siehe die zitierte parallele Anmeldung R. 311982).
Für die beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Schließwinkelsteuerung mit Parameteradaption wird auf einen besonders bevorzugten Lösungsansatz der Schließwinkelsteuerung zurückgegriffen, der in der parallelen Anmeldung (R.311982) beispielhaft ausgeführt ist und der von einer geeigneten Darstellung der Betriebspunktabhängigkeit der so genannten Schließdauertransferfunktion tsd(h) ausgeht. Die Abhängigkeit der Schließdauer tsd vom Ventilhub h wird dabei also besonders hervorgehoben beziehungsweise separiert und in einer geeigneten Weise beschrieben, und zwar mittels einer parametrischen Funktion, deren Parameter in Abhängigkeit der Einflußgrößen pöl, Töl etc. berechnet werden.
3 zeigt beispielhaft an einem fest gewählten Betriebspunkt den Verlauf der Transferfunktion tsd(h) eines Stellers im Neuzustand und nach einer bestimmten (längeren) Betriebszeit. Die Schließdauer zeigt in beiden Fällen zwar einen phänomenologisch gleichartigen Verlauf über dem Hub; die deutlichen Unterschiede in den Werten weisen jedoch auf eine merkliche Drift der für den Schließvorgang relevanten Eigenschaften des Stellers hin. Als solche sind zum Beispiel (in nicht vollständiger Aufzählung) zu nennen:

– die Reibung zwischen Stellerkolben und seiner Führung (Gehäuse) sowie zwischen Ventilschaft und Ventilschaftführung (metallische Reibpaarungen)
– die Dichtungsreibung (zum Beispiel elastomere Dichtungsringe an der Durchführung der Ventilstange in das Stellergehäuse)
– die Schalt- und Durchflusseigenschaften des Steuerventils MV2
– der Einsatzpunkt der Ventilbremse (Drift zum Beispiel durch temperaturabhängige Längenveränderung des Ventilschafts; relevant auch bei automatischem Längenausgleich, das heißt selbsteinstellender Ventilbremse)
– die Einstellung einer variablen Ventilbremse (zum Beispiel einer hydraulisch verstellbaren Drossel)

Unterschiede in der Verzugszeit des Steuerventils MV2 (Verzugszeit Öffnen) sind unmittelbar als additiver Offset, das heißt als konstante Verschiebung in der Schließzeit tsd erkennbar. Dieser Drifteffekt kann in der Steuerung des Schließwinkels zum Beispiel mittels eines additiven Adaptionsparameters (dtvsb) der Schließzeit kompensiert werden.
Veränderungen bei der Ventilbremse sind unmittelbar als unterschiedliche Steigungen des ungefähr linearen Verlaufs im Bereich kleiner Hübe erkennbar. Bei einer hydraulisch verstellbaren Ventilbremse kann hier zum Beispiel eine Veränderung des Stellwegs einer verstellbaren Bremsdrossel bei gegebenem Steuerdruck ursächlich sein. Mit einer adaptiven Differenzgröße (ds_dvb), die bei der Berechnung des Stellwegs der Drossel in Abhängigkeit des Steuerdrucks pvb additiv hinzutritt, kann dieser Effekt beschrieben respektive seine Auswirkung auf die Schließdauertransferfunktion kompensiert werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung kann eine entsprechende Adaption – alternativ oder zusätzlich – auch in der Steuerung der einstellbaren Ventilbremse vorgenommen werden, um die durch eine Drift des Stellsystems anderenfalls bedingten Fehler bei der Einstellung einer gewünschte Brems- respektive Auftreffgeschwindigkeit des Ventils zu vermeiden. Voraussetzung dafür ist jedoch die individuelle Einstellbarkeit der Ventilbremsen einzelner Steller. Im Beispielfall eines einheitlichen Steuerdrucks für die Ventilbremsen mehrerer Steller kann lediglich ein mittlerer Stellfehler in dieser Weise adaptiv verringert werden, so dass die zuvor genannte adaptive Berechnung des Drosselquerschnitts beziehungsweise der resultierenden Bremsgeschwindigkeit zur Kompensation der Auswirkungen in der Schließwinkelsteuerung in jedem Falle zu verwenden ist.
Eine Veränderung des Einsatzpunkts der Ventilbremse wird im Verlauf der Transferfunktion tsd(h) als Verschiebung des Übergangspunkts vom (linearen) Ventilbremsbereich in den (nichtlinearen) mittleren Kurvenbereich sichtbar. In 3 ist dies als Verschiebung des Punkts hd0 angezeigt, wobei eine naheliegende Adaption mittels einer additiven Korrekturgröße (dhd0) angedeutet ist, die in gleicher Weise auch den Übergangspunkt zum Asymptotenbereich (hd1) verschiebt, wenn eine stückweise Kurvenbeschreibung verwendet wird. Allgemein wird die Funktion tsd(h) für Argumente (Hübe) h oberhalb des Einsatzpunkts hd0 der Ventilbremse um den Betrag dhd0 der Drift dieses Einsatzpunktes verschoben.
Veränderungen der Reibverhältnisse sowie der Durchflußeigenschaften des Steuerventils MV2 werden phänomenologisch als Skalierung des Verlaufs tsd(h) sichtbar. Dies kann, wie im 3 angedeutet, durch eine multiplikative Adaptionsgröße (tsd_skal), die auf den ganzen Ast rechts des Übergangspunkts hd0 wirkt, und/oder durch eine Offsetverschiebung poffs der Einflußgröße pöl adaptiv kompensiert werden.
Die Hinzunahme solcher hier beispielhaft genannter Adaptionsparameter in der Berechnung der Schließdauer tsd beziehungsweise der Steuergröße wem2 der Schließwinkelsteuerung und die bei Vorliegen einer Stellerdrift erfolgende Veränderung dieser Parameter zur Vermeidung dadurch bedingter Stellfehler bilden den Kern der vorliegenden Erfindung. Es sei angemerkt, dass eine parametrische Beschreibung der Transferfunktion tsd(h) nicht vorausgesetzt werden muß. So kann zum Beispiel auch eine meßdatengestützte Beschreibung der Funktion tsd(h) mittels einer Kennlinie als Basis für das hier beschriebene erfindungsgemäße Adaptionsverfahren dienen.
Die vorliegende Erfindung geht allgemein davon aus, dass mindestens eine, gegebenenfalls auch mehrere Parameter, die im allgemeinen von mindestens einer Einflußgröße abhängen, in einer für die Adaption geeigneten Ausprägung im Berechnungsalgorithmus der Schließwinkelsteuerung vorhanden sind beziehungsweise zu diesem hinzugefügt werden, wobei eine solche Ausprägung auf der Berechnung mindestens eines Produktterms aus dem betriebspunktspezifischen Wert einer so genannten Driftfunktion und dem Wert eines zugehörigen Ventilsteller-spezifischen Driftfaktors beruht.
Es ist möglich und im allgemeinen vorteilhaft, einzelne Adaptionsparameter auf der Basis mehrerer (zum Beispiel 2 bis 3) solcher Produktterme aus Driftfunktion und Driftfaktor zu berechnen, wobei diese Terme im typischen Anwendungsfall in vorteilhafter Weise zu einem Summenterm zusammengesetzt werden, welcher den Wert des betreffenden Adaptionsparameters ergibt.
Es ist des weiteren möglich und fallweise vorteilhaft, einzelne Driftfaktoren voneinander abhängig zu machen, beispielsweise im speziellen Fall auch gleichzusetzen, was auf einen reduzierten Satz unabhängiger Driftfaktoren führt.
Es ist insbesondere auch möglich, die Driftfaktoren aus einem Satz unabhängiger skalarer Adaptionswerte zu berechnen. In vorteilhafter Weise werden dabei die Driftfaktoren zum Beispiel als Linearkombinationen der primären unabhängigen Adaptionswerte dargestellt.
Für die unabhängigen Driftfaktoren respektive primären skalaren Adaptionswerte sind individuellen Kopien für die einzelnen Ventilsteller vorhanden. Im Falle einer Stellerdrift werden die Werte dieser Driftfaktoren des betreffenden Stellers von der erfindungsgemäß vorhandenen Adaptionsfunktion in geeigneter Weise verändert beziehungsweise nachgeführt.
Die Driftfunktionen können hinsichtlich ihrer Betriebspunktabhängigkeit in tabellarischer Form mittels Kennlinien und Kennfeldern und/oder mittels parametrischer Funktionen dargestellt werden. In vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Adaption sind sie nicht stellerindividuell ausgeprägt.
In einer vorteilhaften Ausprägung werden beispielsweise Kennfelder über pöl und Töl zur Darstellung der Driftfunktionen verwendet, die in einer erfindungsgemäßen Darstellung und Berechnung von Adaptionsgrößen wie dtvsb, dhd0 und poffs und/oder tsd_skal gemäß 3 auftreten.
Analog können Kennlinien über pvb zur Darstellung erfindungsgemäßer Driftfunktionen dienen, mittels derer eine beispielhafte Adaptionsgröße ds_dvb (siehe 3) – unter Verwendung der zugehörigen ventilindividuellen Driftfaktoren – berechnet wird. Durch das Nachführen entsprechender Driftfaktoren werden Veränderungen der Ventilbremse eines Stellers im Betrieb adaptiert.
Die für die Adaption verwendeten Parameter können unter Umständen – ganz oder teilweise – unter den bereits vorhandenen Parametern eines Basisansatzes der Schließwinkelsteuerung, zum Beispiel den Parametern einer parametrischen Darstellung der Transferfunktion tsd(h), gefunden und in für die Adaptionszwecke geeigneter Weise – wie oben beschrieben – ausgebildet werden.
Alternativ oder zusätzlich können Parameter für die Zwecke der Adaption zu einem gegebenen Basisansatz hinzugefügt werden. Ein Beispiel ist der oben genannte Offsetparameter poffs der Einflußgröße pöl. Weitere Beispiele sind die Parameter dhd0 und dtvsb. Sie stellen spezielle Fälle der allgemeinen Möglichkeit dar, einzelne Adaptionsparameter zu bereits vorhandenen Parametern des Basisansatzes der Steuerung additiv oder multiplikativ hinzuzufügen. In solchen Fällen kann auch entschieden werden, den entsprechenden Basisparameter direkt (wie bereits beschrieben) als adaptiven Parameter auszuführen und zu verwenden.
Im Falle eines multiplikativen Adaptionsparameters, zum Beispiel des genannten Parameters tsd_skal, ist vielfach auch eine störungstheoretische Darstellung in der folgenden Weise vorteilhaft: tsd_skal = 1 + d_tsd_skal (2)wobei in diesem Fall delta_tsd_skal als Adaptionsparameter dient und in der genannten Weise allgemein als Funktion von Einflußgrößen, speziell pöl und Töl, dargestellt wird.
In der Praxis erweist sich die Verwendung der Größe d_tsd_skal, des tsd-Offsets dtvsb und der Verschiebung dhd0 des Einsatzpunkts der Ventilbremse als sehr gute Wahl, wobei allein durch die geeignete Nachführung dieser Adaptionsgrößen bereits typische, auch deutlich ausgeprägte Veränderungen des Schließvorgangs in dem erforderlichen Maße kompensiert werden können. Bei einer einstellbaren Ventilbremse ist des weiteren die adaptive Berechnung des effektiven Drosselquerschnitts avb sinnvoll. Dies kann wie bereits gesagt mittels einer additiven Adaption ds_dvb in der Berechnung der steuerdruckabhängigen Stellwegverschiebung s_dvb(pvb) der Bremsdrossel geschehen.
Die genannten Möglichkeiten der Adaption in der Schließwinkelsteuerung können in der Regel auch vorteilhaft zu dem Zweck verwendet beziehungsweise ausgeführt werden, aus der Produktion resultierende Exemplarstreuungen auch baugleicher Steller bereits von Anfang an durch eine Adaption, das heißt durch Anpassen der stellerindividuellen Adaptionswerte beziehungsweise Driftfaktoren auszugleichen. Dies erbringt den großen Vorteil, dass in diesem Fall die übrigen Parameter des Basisansatzes der Schließwinkelsteuerung nicht stellerindividuell ausgebildet werden müssen (das heißt die Verwendung eines einzigen Datensatzes für alle baugleichen Steller reicht aus), was vor allem Speicherplatz sowie gegebenenfalls auch Rechenzeit spart.
Wie bereits ausgeführt besteht das Ziel der erfindungsgemäßen Adaption darin, die infolge einer Stellerdrift entstehenden Fehler der Schließwinkelsteuerung durch die gezielte Veränderung erfindungsgemäß vorhandener Adaptionsgrößen (Driftfaktoren) gering zu halten und auf diese Weise das Entstehen allzu großer beziehungsweise unzulässiger Schließwinkelfehler zu verhindern. Die Erfindung geht zu diesem Zwecke davon aus, dass eine Rückmeldung über das Stellerverhalten vorliegt, die es ermöglicht, individuell für einen einzelnen Steller dessen Stellgenauigkeit beziehungsweise die Fehler der Einstellung des Schließwinkels respektive die Veränderung dieser Stellgenauigkeit beziehungsweise der Stellfehler im Laufe der Zeit zu verfolgen und zu bewerten.
Diese Messungen und Bewertungen können je nach Voraussetzungen im regulären Betrieb eines Ventilstellers oder in speziellen Meßzyklen – beispielsweise unter Herbeiführung oder Ausnutzung spezieller Betriebszustände wie des Schubbetriebs, in denen zum Beispiel ein einzelner Steller ungestört von anderen, sonst im Regelfall überlagerten Stellvorgängen anderer Steller untersucht wird – erfolgen.
Als geeignete Möglichkeiten einer Bestimmung des Schließzeitpunkts/Schließwinkels beziehungsweise des Schließwinkelfehlers seien hier beispielhaft genannt:

– die Erfassung des Schließzeitpunktes durch Detektion des beim Auftreffen in den Sitz ausgelösten Schalls mittels eines Klopfsensors und/oder eines Brennraumdrucksensors
– die schnelle Erfassung des Signals eines Differenzdrucksensors, welches auch für den Schließvorgang relevante Merkmale enthält
– die Auswertung des Signals eines Wegsensors, der die Verstellung (das heißt den Ventilweg) eines Gaswechselventils mißt

Weitere Beispiele sind denkbar. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung reicht es aus, wenn ein gegebenenfalls nicht-lineares, monotones Maß M(wse) (3) des tatsächlichen Schließwinkels wse = wse_ist aus geeigneten Meßsignalen bestimmt wird. Dabei muß auch das zur Bewertung des Schließwinkelfehlers benötigte Vergleichsmaß M(wse_soll) berechenbar sein. Bei einer besonders bevorzugten, direkten Bestimmung von wse ist die Funktion M die Identität.
Das Ziel der Adaption besteht darin, im Mittel auftretende Abweichungen zwischen Soll- und Istwert, das heißt Fehler F = M(wse_ist) – M(wse_soll) (4)des Schließwinkels wse beziehungsweise des gemäß (3) betrachteten Maßes M(wse) durch das Verstellen entsprechender Adaptionsparameter gering zu halten beziehungsweise zu minimieren. Die technische Ausgestaltung des Adaptionsverfahrens im Steuergerät 100 kann zum Beispiel von einem nach dem Stand der Technik bekannten Optimierungsverfahren zum Auffinden "optimaler" Werte der zu verstellenden Adaptionsparameter ausgehen.
Bei einer solchen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nicht ein einzelner Stellvorgang, sondern ein ganzes Ensemble von zum Beispiel 10 oder 100 oder mehr Stellvorgängen beziehungsweise ein entsprechendes Ensemble gemessener Stellfehler gemäß Gleichung (4) zur Charakterisierung der möglichen Stellerdrift herangezogen. Wie oben erwähnt können diese Meßergebnisse zum Beispiel im normalen Betrieb oder auch in von Fall zu Fall (zum Beispiel innerhalb von Schubphasen) durchlaufenen Meßzyklen gesammelt werden. Ausgehend von den für ein jeweils betrachtetes Ensemble gebildeten Einzelfehlern gemäß Gleichung (4) wird in einem zweiten Schritt ein Gütemaß, beispielsweise ein mittlerer quadratischer Fehler wmgf = Wurzel (Ensemble-Mittelwert von F2) (5)gebildet und gegebenenfalls mittels Verstellen der Adaptionsgrößen verringert beziehungsweise minimiert (Optimierung).
Für die beispielhafte Ausführung der Erfindung wird davon ausgegangen, dass mindestens ein Brennraumdrucksensor zur Erfassung des Brennraumdrucks in einem Zylinder vorhanden ist, dessen Signal vom elektronischen Steuergerät 100 ausgewertet wird.
4 zeigt beispielhaft die Signalverarbeitung zur Gewinnung der adaptionsrelevanten Information. Zunächst wird das Ausgangssignal des Sensors in einer Signalanpassung – beispielsweise einer analogen Anpassungsschaltung – konditioniert. Eine nachgeschaltete, vorzugsweise Signalverarbeitungseinheit gewinnt die Merkmale Auftreffzeitpunkt tse_mess, wse_mess und gegebenenfalls Auftreffimpuls beziehungsweise Auftreffgeschwindigkeit vse_mess durch eine entsprechende Signalanalyse im Zeit- und/oder Frequenzbereich. Die Geschwindigkeit kann beispielweise aus einer Auswertung der Schallintensität gewonnen werden. Gegebenenfalls werden weitere Merkmale ermittelt, beispielsweise eine Hintergrundintensität.
In 5 ist für einen Beispielfall gezeigt, wie sich der durch das Auftreffen von Gaswechselventilen im Ventilsitz ausgelöste Schall in einem entsprechend aufbereiteten Brennraumdrucksignal p_zyl zeigt. Der untere Teil des Diagramms zeigt gemessene Ventilerhebungskurven s_GWV je zweier Auslassventile AV1, AV2 und Einlassventile EV1, EV2 eines Zylinders, wobei die Auslassventile im Bereich des Ladungswechsel-OT (oberer Totpunkt des Hubkolbens) und die Einlassventile ca. 100°KW später schließen. Die Ventilbremsen sind in diesem Fall auf geringe Bremswirkung respektive hohe Auftreffgeschwindigkeit eingestellt, um den Effekt zu verdeutlichen. Zu den Auftreffzeitpunkten zeigen sich deutliche Ausschläge im Brennraumdrucksignal, die sich in einem Winkelfenster von jeweils ca. 10 bis 20 °KW abklingend wiederholen. Der (erste) Auftreffzeitpunkt ist dabei unmittelbar mit hoher Genauigkeit auswertbar. Die Höhe der Ausschläge liefert ein Maß für die Auftreffgeschwindigkeit. Die Zeitdauer (Abklingzeit) des Effekts ist im gezeigten Beispielfall teilweise auch bedingt durch ein "Prellen" einzelner Gaswechselventile beim Auftreffen im Ventilsitz, was bei den Einlassventilen auch in den Wegsignalen deutlich erkennbar ist. Auch dieser Sachverhalt ist somit aus dem Drucksignal auswertbar.
In einer besonders vorteilhaften Lösung wird diese Analyse und Merkmalsextraktion zusätzlich zu einer Auswertung des Signals hinsichtlich weiterer Merkmale wie zum Beispiel der Lage und Breite der Energieumsetzung durch Verbrennung und dem damit einhergehenden Druckanstieg und gegebenenfalls Verbrennungsklopfen durchgeführt.
Dabei ist es vorteilhaft, für die Erfassung des Schließens einzelner Gaswechselventile ein jeweils passendes Auswerte-Zeitfenster zu erzeugen, beispielsweise in der Form eines Digitalpulses, der in die in 4 gezeigte Auswerteschaltung eingespeist wird. Lage und Dauer eines solchen "Schließfensters" werden dabei in Relation zum entsprechenden Ansteuersignal eines beispielhaften elektrohydraulischen Ventilstellers, konkret in Relation zum Ansteuerende wem2 des zugehörigen Steuerventils MV2 festgelegt. Überlagerungen verschiedener Vorgänge – zum Beispiel mehrerer Schließfenster – führen zur Unterdrückung entsprechender Auswertungen, falls eine Separierung der Merkmale mittels Signalanalyse nicht möglich oder zu aufwändig ist.
Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Auswertung hinsichtlich der Schließereignisse der Gaswechselventile, wenn zum Beispiel in einer Schubphase des Motors, in der keine Verbrennungen stattfinden, die betreffenden Gaswechselventile gezielt und einzeln zur Vermessung der Schließwinkelsteuerung respektive Untersuchung einer Stellerdrift angesteuert werden.
Dabei liegt ein erster Vorteil darin, dass störende Überlagerungen verschiedener Vorgänge im Brennraumdrucksignal vermieden werden können. So kann zum Beispiel die Lage der Schließereignisse in Bezug auf die Bewegung des Hubkolbens günstig gewählt werden, beispielsweise in der Nähe eines Totpunkts, wo gasdynamische Strömungsvorgänge am Gaswechselventil beziehungsweise gasdynamisch bedingte Druckschwingungen im Brennraumdrucksignal vernachlässigbar sind, die anderenfalls bei der Gewinnung der schließrelevanten Merkmale aufwändig herausgefiltert werden müssten. Zudem ist es vorteilhaft, dass in diesen Fällen – bei gegebenenfalls geeignet gewählter Lage der Schließereignisse – auch die Wirkung von Gaskräften vernachlässigbar ist, das heißt der Fall "fgas = 0" angenommen werden kann.
Als weiterer Vorteil ist zu nennen, dass auf einfache Weise ein gewünschter Betriebspunkt pöl, Töl, fgas, pvb eingestellt und während eines Meßzyklus konstant gehalten werden kann.
Erfindungsgemäß ist im Steuergerät 100 ein Funktionsmodul vorhanden, das die genannten Vermessungszyklen und die Auswertung des Brennraumdrucksignals hinsichtlich der Schließereignisse gemäß 3 steuert, entsprechende Schließwinkelfehler gemäß Gleichung (4) und Gütemaße gemäß Gleichung (5) auswertet und schließlich die zugehörigen Adaptionsparameter – speziell die erfindungsgemäß eingeführten beziehungsweise vorhandenen, nicht betriebspunktabhängigen Adaptionswerte (Driftfaktoren) – verstellt.
In 6 ist dieses Funktionsmodul als Modul "Parameteradaption" 500 bezeichnet. In diesem Blockschaltbild ist die erfindungsgemäße Adaption als modulare Erweiterung einer Schließwinkelsteuerung dargestellt. An den Schnittstellen zwischen den Steuerungsmodulen und dem Adaptionsmodul 500 sind die beispielhaft verwendeten Adaptionsparameter angeschrieben. Ebenfalls beispielhaft werden diese Adaptionsparameter jeweils in Abhängigkeit zweier zugehöriger Driftfaktoren berechnet, die bei der Parameteradaption verstellt werden. Es sind dies die Größen
die jeweils ventilindividuell berechnet respektive verstellt werden. Entsprechende Verstelleingriffe seitens des Moduls "Parameteradaption" 500 zur Verstellung der ventilindividuellen Driftfaktoren sind in 6 durch Doppelpfeile angezeigt, die zu den Funktionsmodulen ber_avb beziehungsweise ber_wem2 hinführen.
Die Adaptionsparameter aus (6) sind bereits weiter oben bei der Diskussion der Auswirkungen einer Stellerdrift auf die Schließdauer-Transferfunktion tsd(h) anhand von 3 eingeführt und phänomenologisch begründet worden. Der Parameter tsd_skal wird dabei gemäß Gleichung (2) störungstheoretisch mittels d_tsd_skal berechnet. Für eine beispielhafte und praxisgerechte Ausführung der Erfindung werden diese Parameter durch Linearkombinationen mit je zwei betriebspunktabhängigen Driftfunktionen und zugehörigen Driftfaktoren dargestellt, wobei die Driftfunktionen als Kennlinien respektive Kennfelder realisiert werden und in nur einer Kopie für alle baugleichen Gaswechselventile vorhanden sind. Die Driftfaktoren werden hingegen ventilindividuell, das heißt in jeweils einer Kopie für jedes einzelne Gaswechselventil 250 abgelegt. Zur Identifikation eines Gaswechselventils wird ein Ventilindex v verwendet.
Die beispielhaft verwendete Driftfunktionenentwicklung der Parameter aus (6) gestaltet sich damit wie folgt: ds_dvb(pvb) = s1·ds_dvb_1(pvb) + s2·ds_dvb_2(pvb) dhd0(pöl, Töl) = h1·dhd0_1(pöl, Töl) + h2·dhd0_2(pöl, Töl) dtvsb(pöl, Töl) = t1·dtvsb_1(pöl, Töl) + t2·dtvsb_2(pöl, Töl) d_tsd_skal(pöl, Töl) = d1·dtsdskal_1(pöl, Töl) + d2·dtsdskal_2(pöl, Töl) (7)
Diese Darstellung gilt individuell für jedes Ventil v. Zur Vereinfachung ist der Ventilindex v in den Gleichungen (7) – auf der linken Seite wie bei den Driftfaktoren – jedoch unterdrückt. In den weiter unten angegebenen programmtechnischen Realisierungen (Blockdiagrammen) werden die ventilindividuellen Driftfaktoren durch einen Postfix gekennzeichnet. Beispiel: Ein Driftfaktor s1 für ein Ventil v = v3 wird als Speichergröße s1_v3 abgelegt. Driftfunktionen werden in den Blockdiagrammen als Kennlinien respektive Kennfelder dargestellt und mit Großbuchstaben bezeichnet. Beispiel: Die Driftfunktion dhd0_1 wird als Kennfeld DHD0_1 realisiert, das im Datenspeicher des Steuergeräts abgelegt ist.
Zur Durchführung des Adaptionsverfahrens fährt das beispielhafte Funktionsmodul "Parameteradaption" 500 in einem ersten Schritt eine Serie von Stellvorgängen eines Gaswechselventils 250 an einer gewissen Zahl verschiedener, über den Betriebsbereich verteilter Betriebspunkte pvb, pöl, Töl durch. Es ist dabei vorteilhaft, wenn in einem solchen "Ensemble" von Stellvorgängen (respektive Messungen) auch eine Anzahl verschiedener Ventilhübe h auftreten.
Bei jedem solchen Stellvorgang wertet das Modul "Parameteradaption" jeweils, wie bereits beschrieben, aus dem Brennraumdrucksignal den Ist-Wert wse_ist des Schließwinkels wse aus und berechnet daraus wiederum die Schließdauer tsd = tsd_ist gemäß tsd_ist = (wse_ist – wem2)/nmot_ist (8a)
Darin ist der Wert wem2 der tatsächliche Endewinkel der Ansteuerung des Steuerventils MV2 des betrachteten Schließvorgangs; der Wert nmot_ist die tatsächliche mittlere Drehzahl während des Vorgangs. Für die Berechnung nach Gleichung (8a) wird somit zusätzlich zum Schließwinkel wse_ist auch die zugehörige Drehzahl nmot_ist mit hinreichender Genauigkeit bestimmt.
Alternativ können anstelle der Winkel auch die Zeitpunkte tse_ist und tem2 beziehungsweise deren Differenz gemessen werden, beispielsweise mittels eines im Steuergerät 100 vorhandenen Timers. Dies führt ebenfalls auf die Größe tsd_ist: tsd_ist = tse_ist – tem2 (8b)
Je nach Ausführung werden somit vom Funktionsmodul „Parameteradaption" 500 (6) unterschiedliche Eingangsgrößen verwendet, beziehungsweise es werden weitere, in 6 nicht explizit angezeigte Größen in das Modul 500 hineingeführt. Diese werden summarisch durch einen Eingang E_x repräsentiert. Bei weiteren Modulen in 6 gilt dies analog.
Für die Adaption der Schließwinkelsteuerung, konkret des darin enthaltenen Berechnungsalgorithmus der Schließdauer tsd, wird in einem nächsten Schritt festgestellt, wie groß die Abweichung des tatsächlichen Werts tsd_ist eines Schließvorgangs von dem für die Steuerung dieses Vorgangs verwendeten „berechneten" Wert tsd der Schließdauer ist. Dieser Wert sei zur Verdeutlichung mit tsd_ber bezeichnet. Er wird vom Berechnungsmodul ber_tsd ermittelt. Siehe dazu 8 sowie die Ausführungen in der parallelen Anmeldung (R. 311982).
Für den Wert tsd_ber der Schließdauer gilt übrigens gemäß Gleichung (1a) die zu Gleichung (8a) analoge Beziehung: tsd_ber = (wse_soll – wem2)/nmot (9)
Darin ist nmot der vom Berechnungsmodul ber_wem2 (7) verwendete, für den Ausführungszeitpunkt des Schließvorgangs prädizierte Wert der Drehzahl.
Es ist für die hier betrachtete Adaption des Berechnungsalgorithmus der Schließdauer tsd ohne Belang, wenn der von der Schließwinkelsteuerung verwendete, gegebenfalls prädizierte Wert nmot ungenau ist, das heißt, von dem in Gleichung (8a) verwendeten Ist-Wert nmot_ist abweicht. Ein ungenauer Wert von nmot wirkt sich zwar auf der "Winkelebene" als Fehler des Schließwinkels wse aus, wird jedoch auf der "Zeitebene", das heißt beim Vergleich der Schließdauer tsd_ist und tsd_ber eliminiert. Aus demselben Grund ist es für die betrachtete Adaption ohne Belang, wenn nmot zwischen einzelnen von der Adaptionsfunktion in der genannten Weise durchgeführten respektive verwendeten Messungen variiert.
Bei dem beschriebenen Verfahren werden vorzugsweise alle Einzelmessungen mehrfach durchgeführt und entsprechend erhaltene Werte der Schließdauer tsd – gegebenenfalls nach vorheriger Elimination von Ausreißern – gemittelt. Dies dient der Unterdrückung von statistischen Signal- beziehungsweise Meßfehlern sowie von quasi-statistischen (zyklischen) Schwankungen des Schließvorgangs beziehungsweise Schließwinkels. Zusätzlich oder alternativ zu den genannten, speziell für die Adaptionszwecke durchgeführten Meßzyklen können übrigens auch Meßergebnisse im normalen Betrieb eines Gaswechselventils gesammelt und in der beschriebenen Weise verwendet werden.
Anhand des genannten Ensembles von Messungen und der daraus für verschiedene Ventilhübe h ermittelten Werte tsd_ist wird der Ist-Verlauf der Schließdauertransferfunktion tsd(h) punktweise bestimmt. Infolge einer Stellerdrift auftretende Unterschiede zwischen den Soll- und Istwerten des Schließwinkels respektive den berechneten und tatsächlichen Werten der Schließdauer zeigen sich dabei in einer Abweichung der Ist-Kurve tsd_ist(h) von dem vom Modul ber_tsd berechneten Verlauf tsd_ber(h), wie dies beispielhaft mit den beiden Kurven in 3 dargestellt ist.
Das Funktionsmodul "Parameteradaption" 500 bewertet diese Abweichungen tsd_ber – tsd_ist (10)auf der Basis eines aktuell vorliegenden Meßensembles. Als integrales Maß für den Fehler der Steuerung wird zum Beispiel das Gütemaß wmqf entsprechend Gleichung (5) als wmgf = Wurzel (Ensemble-Mittelwert von (tsd_ber – tsd_ist)2) (11)berechnet.
Sofern das Funktionsmodul "Parameteradaption" 500 auf der Basis dieser Bewertung für ein Gaswechselventil (mit Index v) zu dem Ergebnis kommt, dass festgestellte Abweichungen verringert werden sollen, versucht es in einem weiteren Schritt neue Werte der erfindungsgemäß vorhandenen Driftfaktoren dieses Gaswechselventils, das heißt neue Werte für s1_v, s2_v, h1_v, h2_v, t1_v, t2_v, d1_v und d2_v zu finden in der Weise, dass der Fehler der Schließwinkelsteuerung verringert wird.
Beispielhaft wird diese Berechnung neuer Werte der Adaptionsparameter in der Weise durchgeführt, dass das Maß wmqf gemäß Formel (11) zumindest näherungsweise minimiert wird: wmgf → Min. (12)
Bei einer rechnerischen Optimierung gemäß (12) werden dabei die neuen Werte von tsd_ber, die sich in Abhängigkeit veränderter Driftfaktoren ergeben, stets nach dem Berechnungsalgorithmus des in der Schließwinkelsteuerung verwendeten Moduls ber_tsd ermittelt respektive durch Ausführen dieses Moduls bestimmt. Dieses Modul, das den Kern der Berechnungsfunktion ber_wem2 aus 7 ausmacht, wird weiter unten noch genauer beschrieben.
Zur näherungsweisen Lösung der Aufgabe (12) kann in günstigen Fällen ein äquivalentes Gleichungssystem für die "Unbekannten" s1_v, s2_v, h1_v, h2_v, t1_v, t2_v, d1_v und d2_v hergeleitet und mit nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren approximativ gelöst werden.
Ein solches Gleichungssystem ergibt sich aus den zur Bedingung (12) äquivalenten Stationaritätsbedingungen d(wmgf)/d(s1_v) = 0 d(wmgf)/d(s2_v) = 0 d(wmgf)/d(h1_v) = 0 d(wmgf)/d(h2_v) = 0 d(wmgf)/d(t1_v) = 0 d(wmgf)/d(t2_v) = 0 d(wmgf)/d(d1_v) = 0 d(wmgf)/d(d2_v) = 0 (13)
Vorteilhaft ist eine solche Formulierung zum Beispiel in den speziellen Fällen, in denen das Gleichungssystem (13) für s1_v, s2_v, h1_v, h2_v, t1_v, t2_v, d1_v und d2_v linear ist oder in geeigneter Weise linearisiert werden kann. Dann kann mit bekannten, insbesondere auch nichtiterativen Methoden eine Lösung bestimmt werden. Solche Lösungsverfahren liefern schnelle (rechenzeiteffiziente) Algorithmen, die beispielsweise bei der Zielsetzung einer potentiell sehr schnellen Adaption für die Realisierung des Moduls "Parameteradaption" im elektronischen Steuergerät 100 ausgewählt werden können. Nachteilig ist der hohe Aufwand zur Implementierung solcher Verfahren.
Beispielhaft soll hier ein anderes nach dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zur iterativen Lösung der Optimierungsaufgabe (12) verwendet werden, und zwar eine zyklische Koordinatensuche. Andere Möglichkeiten sind die Methode des steilsten Abstiegs sowie Verfahren mit konjugierten Gradienten. Das Verfahren der zyklischen Koordinatensuche ist konzeptionell einfach und mit geringem technischem Aufwand als Rechenmodul respektive Programmstück im Steuergerät 100 realisierbar. Der vergleichsweise höhere Rechenzeitbedarf eines entsprechenden Programmstücks wirkt sich bei der Adaption allmählicher Veränderungen, wie sie im Regelfall hier zu betrachten sind, nicht nachteilig aus. Das Programmstück kann in einer praxistypischen Realisierung, bei der verschiedene Berechnungsmodule im Rahmen eines Multitasking-Programms auf Basis einer einzigen Rechnereinheit abgearbeitet werden, zum Beispiel in einem durch schnelle respektive hochpriore Vorgänge unterbrechbaren langsamen Zeitraster beziehungsweise in einem so genannten Hintergrundprogramm ausgeführt werden.
Bei der zyklischen Koordinatensuche werden hier beispielhaft die Adaptionswere s1_v, s2_v, h1_v, h2_v, t1_v, t2_v, d1_v und d2_v des jeweils betrachteten Ventilstellers in einer zyklischen Reihenfolge so verstellt, dass der Zielwert wmgf gemäß (11) jeweils verringert oder mindestens nicht vergrößert wird.
Nach einem geeigneten Kriterium, zum Beispiel einer festen Zahl von Schritten und/oder dem Unterschreiten einer vorgegebenen, von Fall zu Fall auch veränderbaren Schwelle für den Wert und/oder die Veränderung von wmgf wird die Suche abgebrochen. Die dabei vorliegenden Adaptionswerte s1_v, s2_v, h1_v, h2_v, t1_v, t2_v, d1_v und d2_v sind die aktuellen neuen Zielwerte der Driftfaktoren des betrachteten Stellers beziehungsweise Gaswechselventils v.
Die so gewonnenen neuen Zielwerte können wie bereits angegeben direkt in die Speicherorte der Driftfaktoren eingetragen werden.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführung kann die Verstellung der Adaptionswerte (Driftfaktoren) auch über ein Filter geführt werden, das die Änderungen der Adaptionswerte über die zeitliche Abfolge von Neubewertungen und Neuberechnungen hinweg tiefpaß-filtert. Dadurch werden Auswirkungen von Meßfehlern und Näherungsfehlern des Adaptionsverfahrens auf die Schließwinkelsteuerung unterdrückt. Zugleich ist es vorteilhaft, wenn zum Beispiel auf diese oder eine andere Weise sichergestellt wird, dass adaptionsbedingte Veränderungen der Steuerung nur langsam wirksam werden. Zum gleichen Zweck können beispielsweise auch Beschränkungen der zulässigen Verstellschritte der Parameter verwendet werden.
Im speziellen Fall kann das beschriebene (grundsätzliche) Verfahren des "Bewertens und Verstellens" auch in der Weise durchgeführt werden, dass jeweils nur eine kleinere Zahl, gegebenenfalls nur ein einziger Adaptionswert verstellt und vor einer weiteren Verstellung die Güte der Steuerung neu bewertet wird.
Für die Vervollständigung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Parameteradaption bleibt darzustellen, in welcher Weise die gemäß den Gleichungen (7) definierten Adaptionsparameter in die Berechnungsalgorithmen der Schließwinkelsteuerung eingehen. Dies wird nachfolgend angegeben, wobei von einer Steuerung des Ventilschließwinkels gemäß dem Ausführungsbeispiel der parallelen Anmeldung (R. 311982) ausgegangen wird.
Nach dem in 6 dargestellten Blockdiagramm betreffen die Erweiterungen der zugrunde liegenden Steuerungsfunktion zum einen das neu hinzutretende Funktionsmodul "Parameteradaption" 500, das vorangehend beschrieben worden ist. Zum anderen sind – ausgehend von entsprechenden Basismodulen – entsprechende Erweiterungen in den Funktionsmodulen ber_avb (Berechnung des effektiven Querschnitts einer Ventilbremse) und ber_wem2 anzugeben, die mit der der Hinzunahme der Adaptionsparameter einhergehen. Diese Erweiterungen werden nachfolgend dargestellt.
Gemäß 7 wird die Struktur des Funktionsmoduls ber_wem2 so beibehalten, wie dies in der parallelen Anmeldung (R. 311982) angegeben wurde. Die Ansteuergröße wem2 wird dem zufolge aus der Schließdauer tsd bestimmt, die von einem Teilfunktionsmodul ber_tsd berechnet wird. Neu ist in der gewählten Darstellung die Hinzunahme des (zuvor nur implizit betrachteten) Ventilindex v als Schnittstellengröße.
Neu ist auch die Ausgestaltung des Moduls ber_tsd, wobei in einer beispielhaften Ausführung gemäß 8 von einem Basismodul ber_tsd_u ausgegangen wird, wie es im wesentlichen bereits in der parallelen Anmeldung (R. 311982) – dort als Modul ber_tsd – beschrieben worden ist. Dieses Basismodul geht beispielhaft von einer stückweise polynomialen Approximation der Schließdauertransferfunktion tsd(h) aus. Es wird um die Eingänge dhd0 und tsd_skal erweitert, wobei dhd0 eine Verschiebung des Einsatzpunkts hd0 der Ventilbremse und tsd_skal eine Skalierung der Transferfunktion tsd(h) für Hübe oberhalb dieses Einsatzpunkts angibt. Entsprechend wird in der beispielhaften Ausführung des Moduls ber_tsd_u gemäß 9 die Größe dhd0 zum Ausgangswert des Teilberechnungsmoduls ber_hd0 addiert.
Die übrige Struktur des Moduls ber_tsd_u sowie das Teilberechnungsmodul ber_tsd_unt werden unverändert aus dem Ausführungsbeispiel der parallelen Anmeldung (R. 311982) übernommen. Die weiteren Teilberechnungsmodule ber_tsd_asy und ber_tsd_mit werden durch eine Erweiterung aus den entsprechenden Modulen gemäß der parallelen Anmeldung (R. 311982) abgeleitet, wobei diese Erweiterungen jeweils die zusätzliche Eingangsgröße tsd_skal und die Berücksichtigung dieser Adaptionsgröße im Sinne der schon genannten Skalierung betrifft.
Das Blockschaltbild einer entsprechenden programmtechnischen Realisierung des Moduls ber_tsd_mit ist in 10 dargestellt. Der Algorithmus berechnet die Schließdauer tsd für Hübe h im (mittleren) Bereich hd0 < h ≤ hd1 des stückweisen Polynoms nach einer quadratischen Näherung. Der Ausgabewert tsd ergibt sich dabei aus der Summe des Werts tsd(hd0) an der Stelle hd0, der vom bereits beschriebenen Teilberechnungsmodul ber_tsd_unt geliefert wird, und der mit dem Eingangswert tsd_skal skalierten Summe eines linearen und quadratischen Terms in (h – hd0). Die Koeffizienten dieser Terme sind in der Form STMIT(pöl, Töl) + fgas·STMITFG(pöl, Töl)respektive CFMIT(pöl, Töl) + fgas·CFMITFG(pöl, Töl) als Summenterme aus von pöl und Töl abhängigem Grundwert und einer linearen Gaskraftkorrektur mit ebenfalls von pöl und Töl abhängigem Koeffizienten dargestellt. Technisch wird beispielsweise auf die bereits bekannte Realisierung der von pöl und Töl abhängigen Koeffizienten mittels Kennfeldern zurückgegriffen. Alternativ sind auch analytische Darstellungen, zum Beispiel mittels Polynomen, verwendbar.
In analoger, entsprechend der rein linearen Approximation vereinfachter Darstellung zeigt sich der Algorithmus des Funktionsmoduls ber_tsd_asy, 11, mit dem die Schließdauer tsd(h) im Asymptotenbereich h > hd1 berechnet wird. Der Rückgriff auf die Teilberechnung ber_tsd_mit, ausgeführt für den Wert hd1 des Hubs h, liefert unmittelbar den Wert tsd(hd1), zu dem der lineare Term tsd_skal·(STASY(pöl, Töl) + fgas·STASYFG(pöl, Töl))·(h – hd1)additiv hinzutritt. Dabei wird eine lineare Näherung der Abhängigkeit von der Gaskraft verwendet, mit als Kennfeldern dargestellten pöl, Töl – abhängigen Koeffizienten. Der Term enthält auch die Skalierung mit der Adaptionsgröße tsd_skal.
Abschließend ist noch eine erfindungsgemäße Realisierung der Teilberechnungsmodule ber_dhd0, ber_dtvsb und ber_tsd_skal anzugeben, die gemäß 8 in der Darstellung des Funktionsmoduls ber_tsd auftreten.
Das Modul ber_tsd_skal ist beispielhaft in 12 dargestellt. Es berechnet für ein jeweils betrachtetes Gaswechselventil mit Index v und den gegebenen Betriebspunkt dessen Adaptionsparameter tsd_skal gemäß der in (7) angegebenen Gleichung. Der Ventilindex v dient als Selektor für die Auswertung des "richtigen" ventilindividuellen Berechnungszweiges. In diesem Zweig werden die zugehörigen Driftfaktoren d1_v und d2_v mit den Kennfeldwerten DTSDSKAL_1(pöl, Töl) und DTSDSKAL_2(pöl, Töl), das heißt den Werten der zugehörigen Driftfunktionen multipliziert und die Produktwerte addiert, was den aktuellen Wert d_tsd_skal für das betreffende Ventil ergibt. Dieser wird noch gemäß Gleichung (2) um den Wert 1 erhöht, um die Ausgabegröße des Moduls, das heißt den Adaptionsparameter tsd_skal für das Gaswechselventil v zu bestimmen.
Das weitere Teilberechnungsmodul ber_dhd0 ist beispielhaft in 13 ausgeführt. In der bereits beschriebenen Weise bestimmt dieses Modul nach der in (7) angegebenen Gleichung für den gegebenen Betriebspunkt und Ventilindex den Adaptionswert dhd0, der bei den Berechnungen des Moduls ber_tsd gemäß 8 in die nachfolgende Teilberechnung ber_tsd_u eingeht.
Das weitere Teilberechnungsmodul ber_dtvsb, 14, berechnet in analoger Weise den Adaptionsparameter dtvsb für ein jeweils betrachtetes Ventil v und den vorliegenden Betriebspunkt pöl, Töl. Das Ergebnis dieser Berechnung stellt die weiter oben beschriebene additive Verschiebung der Schließdauer dar. Entsprechend wird dieser Wert auf der Ebene des Funktionsmoduls ber_tsd zum Ausgabewert tsd_u ("u" für unkorrigiert) der Teilberechnung ber_tsd_u addiert; siehe 8.
In 15 wird schließlich das Modul ber_avb in einer beispielhaften Ausführung dargestellt, in der die gemäß 6 betrachtete ventilindividuelle Korrektur der Berechnung eines Bremsdrosselquerschnitts avb mittels einer Adaptionsgröße ds_dvb realisiert wird. In diesem Beispiel wird von einer hydraulisch verstellbaren Bremse mit druckgesteuertem Schieber und stellwegabhängigem Drosselquerschnitt ausgegangen. Der Stellweg berechnet sich abhängig vom Steuerdruck pvb aus einer im wesentlichen linearen Kennlinie KLS_DVB. Der Ergebniswert s_dvb wird mit einer Größe ds_dvb additiv korrigiert, die für das jeweils betrachtete Gaswechselventil "v" gemäß Gleichung (7) als Linearkombination zweier Driftfunktionen bestimmt wird, mit den ventilindividuellen adaptiven Driftfaktoren s1_v und s2_v als Koeffizienten. Die Driftfunktionen sind als Kennlinien DS_DVB_1 und DS_DVB_2 in Abhängigkeit des Steuerdrucks pvb realisiert. Die Umrechnung des auf diese Weise ventilindividuell und adaptierbar berechneten Stellwegs s_dvb in den Querschnitt avb erfolgt dann einheitlich mit einer durch die Geometrie (Kontur) des Schiebers bestimmten Kennlinie KLAVB_GEO.
16 zeigt eine beispielhafte Wahl der Driftfunktionen einer erfindungsgemäßen ventilindividuellen Parameteradaption der druckgesteuerten Ventilbremse, bei der die stelldruckabhängige Kennlinie DS_DVB_1 als Konstante 1 und die Kennlinie DS_DVB_2 als lineare Funktion mit Steigung 1 angesetzt ist. In diesem Beispielfall können die Kennlinien im Algorithmus von 15 durch die Konstante 1 (für DS_DVB_1) respektive das Durchschalten des Eingangs pvb (für DS_DVB_2) ersetzt werden. Der Driftfaktor s1_v adaptiert in diesem Falle einen ventilindividuellen Offset respektive eine Offsetverschiebung des Stellwegs s_dvb und der Driftfaktor s2_v beispielsweise einen ventilindividuellen Unterschied respektive eine Veränderung der Federkonstante einer Feder, gegen die der Steuerdruck pvb den beispielhaft betrachteten Steuerschieber der variablen Bremsdrossel verschiebt.
Daran anknüpfend sei angemerkt, dass bei der im beschriebenen Ausführungsbeispiel gewählten besonders vorteilhaften Ausprägung einer erfindungsgemäßen Parameteradaption von der – durchaus praxisgerechten – Annahme ausgegangen wird, dass die Adaption mittels der ventilindividuellen Driftfaktoren in der Lage ist, auch die fertigungsbedingten Exemplarunterschiede von Ventilstellern in Bezug auf das Verhalten beim Schließvorgang auszugleichen. Es werden demzufolge für alle baugleichen Steller einheitliche Kennfelder beziehungsweise Kennlinien verwendet, die in jeweils nur einem Exemplar im Steuergerät vorhanden sind. Die in ihnen applizierten Daten gehen von einem repräsentativen "mittleren" Stellerverhalten aus. Dies betrifft sowohl die Basisparameter der Steuerung wie STMIT, STASY usw. als auch die Kennfelder respektive Kennlinien der Driftfunktionen. Die fertigungsbedingten Stellerunterschiede können in diesem Fall durch entsprechende Adaption der stellerindividuellen Adaptionsparameter (Driftfaktoren) kompensiert werden.
Wie oben bereits gesagt, sind bei einer Realisierung der Adaption mittels zusätzlicher Adaptionsgrößen (wie im Falle des Ausführungsbeispiels) keinerlei Vorgaben oder Einschränkungen für den Algorithmus nötig, der für die Steuerung des Schließwinkels verwendet wird. Anstelle der beispielhaft betrachteten stückweisen Polynomapproximation der Transferfunktion tsd(h) können zum Beispiel auch stückweise Skalenansätze oder Kennlinien-gestützte Darstellungen verwendet werden.
Die Wahl beziehungsweise der Umfang der den Betriebspunkt charakterisierenden Einflussgrößen ist ebenfalls nicht eingeschränkt. Entsprechend ist bereits in der Darstellung des Ausführungsbeispiels in 6 angedeutet, dass einzelne Funktionsmodule zur Berechnung von Einflußgrößen, zum Beispiel das Modul ber_Töl, auch durch andere Module ersetzt oder zwecks Bereitstellung weiterer oder alternativ verwendeter Einflussgrößen, zum Beispiel der Ölviskosität eta_öl, modifiziert werden können, ohne den Rahmen der erfindungsgemäßen Schließwinkelsteuerung zu verlassen.
Vorteile ergeben sich zum Beispiel bei einer Ausführung, bei der eine Veränderung von Stoffwerten des Öls, beispielsweise eine Veränderung der Viskosität, in der Steuerungsfunktion des Schließwinkels erkannt und berücksichtigt wird. Dies ist beispielsweise auf der Basis der Erfassungswerte eines im Ölkreislauf des EHVS-Systems verbauten Viskositätssensors möglich. In einem solchen Falle würden die zum Beispiel durch Ölalterung bedingten Veränderungen der Viskosität bereits in der Steuerung berücksichtigt, so dass keine Fehler daraus entstünden. Im Falle einer Steuerung ohne Kenntnis beziehungsweise Verwendung der Viskosität würden ansonsten die infolge einer veränderten Ölviskosität entstehenden Fehler des Schließwinkels ebenso zu einer Anpassung von Adaptionswerten führen wie die aus einer Drift von Stellerparametern resultierenden Fehler. Eine Unterscheidung viskositätsbedingter Veränderungen der Adaptionsparameter von den durch eine Stellerdrift ausgelösten Veränderungen wäre nicht oder kaum möglich.
Wie ebenfalls bereits gesagt, sind – im allgemeinen abhängig von der konkret getroffenen Auswahl einer mathematischen Modellierung der Schließdauertransferfunktion – auch Parameter für die Adaption ergänzbar, die unmittelbar den Parametern des Beschreibungsansatzes zugeordnet sind und diese zum Beispiel additiv oder multiplikativ korrigieren.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel stellt der Parameter dhd0 ein Beispiel für einen solchen Adaptionswert dar, welcher einen Basisparameter, in diesem Falle den Parameter hd0, additiv adaptiert. Grundsätzlich können Basisparameter auch unmittelbar als Adaptionsparameter im oben verwendeten Sinne eingesetzt und zu diesem Zwecke entsprechend gestaltet werden.
Des weiteren ist es möglich, die erfindungsgemäße Entwicklung eines betriebspunktabhängigen Adaptionsparameters nach vorgegebenen Driftfunktionen – mit den Driftfaktoren als Entwicklungskoeffizienten – auf Teilbereiche des Betriebsbereiches zu beschränken und/oder eine Einteilung des Betriebsbereiches in mehrere, vorzugsweise disjunkte Teilbereiche vorzunehmen und die genannte Entwicklung eines Adaptionsparameters jeweils lokal für einzelne Bereiche zu definieren. Entsprechend wird auch das erfindungsgemäße Adaptionsverfahren jeweils lokal für einen bestimmten, von Fall zu Fall auch unterschiedlichen Teilbereich durchgeführt.
Ein Beispiel für diese Art der Ausführung der Erfindung ist in 17 dargestellt. Dabei wird einheitlich für die von pöl und Töl abhängigen Adaptionsparameter d_tsd_skal, dtvsb und dhd0 eine Parkettierung des Betriebsbereichs vorgenommen. Beispielhaft sind für den Bereich B4 die diesem zugeordneten, zum Beispiel lokal als Kennfelder definierten Driftfunktionen sowie die ventilindividuellen Driftfaktoren d1, d2, t1, t2, h1 und h2 angezeigt.
Grundsätzlich kann die Betriebspunktabhängigkeit einer Driftfunktion, die hier beispielhaft mittels einer Kennlinie oder einem Kennfeld ausgeführt wurde, auch anders, zum Beispiel durch eine Berechnung auf Basis mathematischer Funktionen wie Polynome erfolgen.
Es ist möglich und fallweise vorteilhaft, die Ausführung der beschriebenen Adaptionsverfahren während des Betriebs eines elektrohydraulischen Ventil-Stellsystems beziehungsweise eines damit ausgerüsteten Motors beziehungsweise Kraftfahrzeugs auf bestimmte Betriebszustände zu beschränken und/oder unterschiedliche Vorgehensweisen – zum Beispiel schnelle oder langsame Adaption – je nach den vorliegenden Betriebsbedingungen einzusetzen. Auch ist gegebenenfalls eine redundante Auslegung von adaptierbaren Parametern vorteilhaft, wobei nicht alle Parameter zeitgleich in der Betrachtung sind. Beispielsweise können je nach Betriebszustand verschiedene Parametersätze, gegebenenfalls auch auf der Grundlage unterschiedlicher Verfahren, adaptiert werden.
Auf diese wie auch eine andere Weise können zum Beispiel das hier beschriebene Verfahren einer Parameteradaption wie auch das in der parallelen Anmeldung (R.311983) ausgeführte Verfahren einer Kennfeldadaption der Schließwinkelsteuerung kombiniert eingesetzt werden. Neben der spezifischen Wahl eines unterschiedlichen Verfahrens in Abhängigkeit des Betriebspunkts beziehungsweise Betriebsbereichs ist es auch möglich, jeweils einen Teil der Adaptionsparameter nach dem einen oder nach dem anderen Verfahren zu gestalten. So kann beispielsweise in einer vorteilhaften kombinierten Ausführung die Adaption des Einsatzpunkts hd0 der Ventilbremse und der Transferfunktion tsd(h) oberhalb dieses Einsatzpunkts nach dem Kennfeldverfahren und die Adaption des Ventilbremsbereichs nach dem hier beschriebenen Parameterverfahren mittels geeigneter Driftfunktionen und Driftfaktoren des Adaptionsparameters ds_dvb(pvb) durchgeführt werden.
Eine weitere Verallgemeinerung ergibt sich auch – wie weiter vorne bereits erwähnt – aus unterschiedlichen Möglichkeiten zur Erfassung der Schließzeitpunkte. So kann beispielsweise anstelle des Brennraumdrucksignals auch das Signal eines Klopfsensors zur Gewinnung der adaptionsrelevanten Merkmale herangezogen werden. Sofern an einem Motor beide Arten von Sensoren verbaut sind, kann durch eine kombinierte Auswertung die Aussagegüte beziehungsweise Genauigkeit erhöht werden.
Schließlich sei der Vollständigkeit halber auch angeführt, dass das eine oder andere Berechnungsmodul – ganz oder teilweise – statt als Rechnerprogramm auch in dedizierter digitaler Hardware ausgeführt werden kann.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines ein Ventil (250) betätigenden hydraulischen Stellers (200), insbesondere zur Steuerung eines Stellers (200) eines Gaswechselventils (250) mit variablem Hub, in einem Ventilstellsystem, bei dem ein Ansteuerungsereignis eine Schließphase des Gaswechselventils einleitet, wobei zum Ende der Schließphase das Gaswechselventil zu einen Schließzeitpunkt (tse, wse) schließt, wobei der Zeitpunkt des Ansteuerungsereignisses als Schließbeginn (wem2, tem2) betrachtet wird, und wobei zur Steuerung der Schließphase eine Schließdauer (tsd_ber), die voraussichtlich zwischen Schließbeginn (wem2, tem2) und Schließzeitpunkt (tse, wse) verstreicht, in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters des Ventilstellsystems berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Schließvorgang eine Ist-Schließdauer (tsd_ist) ermittelt wird, dass die Ist-Schließdauer (tsd_ist) mit der berechneten Schließdauer (tsd_ber) verglichen wird, dass auf Basis eines oder mehrerer solcher Vergleiche bewertet wird, ob festgestellte Abweichungen der Ist-Schließdauern (tsd_ist) von den zugehörigen berechneten Schließdauern (tsd_ber) verringert werden sollen, und dass im Falle eines festgestellten Bedarfs mindestens ein Adaptionswert, der bei der Bestimmung einer Schließdauer (tsd_ber) zur Ansteuerung des Gaswechselventils berücksichtigt wird und der die Genauigkeit der Schließwinkelsteuerung mindestens für einen Teilbereich von möglichen Werten des mindestens einen Betriebsparameters beeinflusst, so angepasst wird, dass die genannten Abweichungen mindestens im Mittel verringert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließdauer (tsd) durch Modellierung einer Schließdauer-Transferfunktion (tsd(h)) in Abhängigkeit eines Ventilhubs (h) gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schließdauertransferfunktion (tsd(h)) mittels mindestens einer Kennlinie, eines Kennfeldes oder einer parameterischen Funktion, insbesondere einer stückweise polynomialen Approximation, dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Parameter einer verwendeten parametrischen Darstellung der Schließdauertransferfunktion (tsd(h)) direkt angepasst werden kann oder in Abhängigkeit eines Adaptionswerts ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe von Rechenverfahren die Adaptionswerte der Schließdauertransferfunktion (tsd(h)) derart verändert werden, dass für ein gegebenes Ensemble von Schließvorgängen die Abweichung der tatsächlichen Ist-Schließdauer (tsd_ist) von der berechneten Schließdauer (tsd_ber) minimal wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem unter Berücksichtigung der ermittelten Schließdauer (tsd_ber) der Schließbeginn (wem2, tem2) so festgelegt wird, dass der Schließzeitpunkt (tse, wse) des Gaswechselventils (250) zu einem vorbestimmten Soll-Schließzeitpunkt (tse_soll, wse_soll) erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließzeitpunkt (tse, wse) mit Hilfe eines Klopfsensors und/oder eines Brennraumdrucksensors ermittelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung eines Winkels des Schließbeginns (wem2) eine mittlere Winkelgeschwindigkeit (nmot) einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, während der betreffenden Schließphase, die ermittelte Schließdauer (tsd) und der Soll-Schließzeitpunkt (tse_soll, wse_soll) berücksichtigt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Zeitpunkt der Berechnung des Schließbeginns (wem2) vorhandener oder aktuell bestimmter Wert der Wellendrehzahl (nmot_1) verwendet wird, um die mittlere Winkelgeschwindigkeit (nmot) während der Schließphase zu bestimmen.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Berechnung des Schließbeginns (wem2, tem2) eine mittlere Winkelbeschleunigung als ein Maß für die Veränderung der Wellendrehzahl in einem Intervall zwischen Berechnung und Ausführung des Schließbeginns (wem2, tem2) bestimmt wird, und zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit (nmot) während der Schließphase berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Winkelbeschleunigung aus dem zeitlichen Verlauf der Signale des Drehzahl- oder Winkelsensors und/oder mittels eines physikalischen Modells und/oder mittels eines regelungstechnischen Beobachters gewonnen wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Schließdauer (tsd) vor der Berechnung des Schließbeginns (wem2, tem2) erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließbeginn (wem2, tem2) durch Ansteuerung eines Steuerventils (MV2) mit mindestens einem elektrischen Ansteuersignal eingeleitet wird, und dass ein charakteristischer Wert, der den zeitlichen Verlauf des mindestens einen elektrischen Ansteuersignals bestimmt, fortlaufend mindestens bis zum Zeitpunkt der Einleitung des Schließbeginns aktualisiert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der Schließdauer (tsd) mindestens einer der folgenden Betriebsparameter berücksichtigt wird: – Öldruck (pöl) im Ventilstellsystem, – Öltemperatur (Töl) im Ventilstellsystem, – effektiver Durchflussquerschnitt (avb) einer Ventilbremsdrossel (145), – mittlere auf das Ventil (250) in mindestens einem Teilbereich des Schließvorgangs wirkende Gaskraft (fgas).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Betriebsparameter (pöl, Töl, fgas, avb) durch charakteristische Einzelwerte oder Effektivwerte einer zugehörigen physikalischen Größe dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein hydraulischer Betriebsparameter (pöl) als ein effektiver, die Schließdauer (tsd) eines Stellers (200) bestimmender Öldruck definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein hydraulischer Betriebsparameter (Töl) die Temperatur des beim Schließen aus einem Steller (200) verdrängten Öls mindestens mittelbar charakterisiert.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Wert einer Stoffgröße, insbesondere der Viskosität, eines zum Betrieb des Stellers (200) verwendeten Hydrauliköls bestimmt und als hydraulischer Betriebsparameter verwendet wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die hydraulischen Betriebsparameter (pöl, Töl) direkt gemessen werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die hydraulischen Betriebsparameter (pöl, Töl) aus einem oder mehreren gemessenen Werten (p_rail, T_rail) abgeschätzt werden.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abschätzung des oder der hydraulischen Betriebsparameter (pöl, Töl) aus gemessenen Werten (p_rail, T_rail) weitere Parameter (E_x) berücksichtigt werden, insbesondere eine aktuelle Wellendrehzahl (nmot) und/oder ein für einen Stellvorgang eines Stellers (200) charakteristischer Parameter, insbesondere ein Sollhub (h_soll).
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittlerer Druckverlust (Strömungsverlust) entlang einer Leitung zu einem Steller (200) und/oder in einem Teil eines Hochdruckspeichers (50) in Abhängigkeit eines mittleren Entnahmevolumenstroms bestimmt und bei der Berechnung eines effektiven Öldrucks (pöl) berücksichtigt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein örtlich-zeitlicher Verlauf einer Druckwelle beziehungsweise Längsschwingung in einem Hochdruckspeicher (50) bestimmt und bei der Berechnung eines effektiven Öldrucks (pöl) berücksichtigt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einfluss gleichzeitiger oder überlappender Stellvorgänge von an einem gemeinsamen Hochdruckspeicher (50) angeschlossenen Stellern (200) bestimmt und bei der Berechnung eines effektiven Öldrucks (pöl) berücksichtigt wird (Überlagerungskorrektur).
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Größe bestimmt und in der Berechnung eines Schließdauer (tsd) verwendet wird, welche eine auf ein Ventil (250) während mindestens einer Phase des Schließvorgangs wirkende Gaskraft (fgas) zumindest mittelbar beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gaskraftparameter (fgas) direkt gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gaskraftparameter (fgas) unter Verwendung eines aktuell bestimmten Werts beziehungsweise Sollwerts mindestens einer Zustandsgröße oder Stellgröße (pbr, wse, psaug, pabg, nmot) abgeschätzt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließdauer (tsd) durch Modellierung einer Schließdauer-Transferfunktion (tsd(h)) in Abhängigkeit eines Ventilhubs (h) gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließdauer-Transferfunktion (tsd(h)) stückweise anhand charakteristischer Ventilhubbereiche ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der möglichen Ventilhübe (h) in die folgenden drei charakteristischen Bereiche aufgeteilt wird: – einen ersten Bereich für Ventilhübe (h), die kleiner sind als eine erste Hubschwelle (hd0), beim der die Ventilbremse einsetzt, – einen zweiten Bereich für Ventilhübe (h), die größer sind als die erste Hubschwelle (hd0), bei der die Ventilbremse einsetzt, und kleiner sind als eine zweite Hubschwelle (hd1), die so bestimmt ist, dass für Hübe größer als diese zweite Schwelle (hd1) ein Schließvorgang mindestens näherungsweise in eine stationäre Schließbewegung übergeht, bevor die Bremswirkung einer Ventilbremse (140, 145) einsetzt, – und einen dritten Bereich für Ventilhübe (h), die größer sind als die zweite Hubschwelle (hd1).
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Adaptionsparameter (dtvsb) als additiver Offset bei der Berechnung einer Schließzeit (tsd(h)) eines Stellers (200) verwendet und bei Bedarf, insbesondere zum Ausgleich von Veränderungen einer Verzugszeit eines Steuerventils (MV2) des Stellers (200) angepasst wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Adaptionsparameter (ds_dvb) verwendet wird, der die Wirkung einer Ventilbremse (140, 145) eines Stellers (200) auf eine Schließdauer (tsd) des Stellers mindestens mittelbar charakterisiert, und der bei Bedarf, insbesondere zum Ausgleich von Veränderungen der Ventilbremse des Stellers (200) angepasst wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Adaptionsparameter (dhd0) verwendet wird, der einen Einsatzpunkt einer Ventilbremse (140, 145) eines Stellers (200) mindestens mittelbar charakterisiert, und der bei Bedarf, insbesondere zum Ausgleich von Veränderungen des Einsatzpunkts der Ventilbremse des Stellers (200) angepasst wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Adaptionsparameter (tsd_skal, poffs) verwendet wird, der die Reibverhältnisse eines Stellers (200) und/oder die Durchflusseigenschaften eines Steuerventils (MV2) des Stellers mindestens mittelbar charakterisiert, und der bei Bedarf, insbesondere zum Ausgleich von Veränderungen der Reibverhältnisse des Stellers und/oder der Durchflusseigenschaften des Steuerventils (MV2) angepasst wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Adaptionsparameter (dtvsb, ds_dvb, dhd0, tsd_skal, poffs) auf der Basis mindestens eines Einzelwerts, insbesondere eines Driftfaktors, berechnet wird, wobei dieser Einzelwert durch Adaption angepasst werden kann.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Adaptions-Parameter (dtvsb, ds_dvb, dhd0, tsd_skal, poffs) als Produkt aus einem Driftfaktor und einer so genannten Driftfunktion oder auf der Basis eines solchen Produkts berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Driftfunktion in Abhängigkeit zumindest eines Betriebsparameters (Töl, pöl) und/oder in Abhängigkeit eines Ventilhubs (h) oder einer dazu äquivalenten Größe bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Driftfunktion als Kennlinie oder Kennfeld hinterlegt ist oder auf der Basis eines Kennfelds oder einer Kennlinie berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Driftfunktion als Parameter-Funktion ausgebildet ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Adaptionsparameter als Summe mehrerer Driftterme berechnet wird, wobei jeder Driftterm als Produkt eines Driftfaktors und einer Driftfunktion gebildet wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Adaptionsparameter als Produkt aus mehreren Faktoren berechnet wird, wobei jeder Faktor durch Addition eines Produkts aus einem Driftfaktor und einer Driftfunktion zum Wert 1 gebildet wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundlage der Abweichungen (tsd_ist – tsd_ber) eines oder mehrerer zurückliegender Schließvorgänge eines Stellers (200), und/oder auf der Grundlage der Veränderungen von Adaptionsparametern (dtvsb, ds_dvb, dhd0, tsd_skal, poffs) des Stellers (200) eine Diagnose- oder Fehlerinformation erzeugt wird.
Vorrichtung zur Steuerung mindestens eines hydraulischen Stellers (200), insbesondere zur Betätigung eines Gaswechselventils (250) mit variablem Hub in einem Ventilstellsystem einer Brennkraftmaschine oder eines Kompressors, mit einer Ansteuerungsvorrichtung, die zu einem Schließbeginn (wem2, tem2) eine Schließphase des Ventils einleitet, wobei hiernach das Ventil (250) zu einen Schließzeitpunkt (tse, wse) schließt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließdauerberechnungsmodul (ber_tsd) eine zu erwartende Schließdauer (tsd_ber) berechnet, dass ein Erfassungsmittel den Schließzeitpunkt (tse, wse) und/oder die Schließdauer (tsd) des Ventils mindestens mittelbar erfasst, dass ein Funktionsmodul (500) aus einem oder mehreren solchen Erfassungswerten eine Ist-Schließdauer (tsd_ist) bestimmt und mit einer zugehörigen, von der Steuerung berechneten Schließdauer (tsd_ber) vergleicht, dass das Funktionsmodul (500) auf Basis eines oder mehrerer solcher Vergleiche bewertet, ob festgestellte Abweichungen der Ist-Schließdauern (tsd_ist) von den zugehörigen berechneten Schließdauern (tsd_ber) verringert werden sollen, und dass das Funktionsmodul (500) bei Bedarf mindestens einen Adaptionswert so anpasst, dass die festgestellten Abweichungen mindestens im Mittel verringert werden.