DE102007053782B4

DE102007053782B4 - Verfahren zum Steuern einer Drehmomentabgabe eines Verbrennungsmotors und Motorsteuersystem

Info

Publication number: DE102007053782B4
Application number: DE102007053782.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Livshiz; Jeffrey M. Kaiser; Bahram Younessi; Richard B. Jess; Richard H. Clutz
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2027-11-13
Also published as: CN101240752A; DE102007053782A1; US20080120009A1; US7433775B2; CN101240752B

Abstract

Verfahren zum Steuern einer Drehmomentabgabe eines Verbrennungsmotors, das umfasst: Bestimmen eines Druckverhältnisses; Bestimmen eines Referenzdrehmoments anhand des Druckverhältnisses und einer Drehmomentanforderung; Bestimmen, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet, anhand des Druckverhältnisses und einer Motordrehzahl, Berechnen einer Soll-Drosselklappenfläche anhand des Referenzdrehmoments, wobei die Soll-Drosselklappenfläche darauf basierend, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet, berechnet wird; und Steuern des Betriebs des Motors auf der Grundlage der Soll-Drosselklappenfläche, um das Solldrehmoment zu erreichen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern einer Drehmomentabgabe eines Verbrennungsmotors und ein Motorsteuersystem.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in Zylindern, um Kolben anzutreiben, die ein Antriebsmoment erzeugen. Der Luftdurchfluss in den Motor wird durch eine Drosselklappe reguliert. Genauer stellt die Drosselklappe eine Drosselfläche ein, die den Luftdurchfluss in den Motor erhöht oder verringert. Wenn die Drosselfläche zunimmt, nimmt der Luftdurchfluss in den Motor zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, so ein, dass den Zylindern ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Gemisch bereitgestellt wird. Wie erkennbar ist, erhöht das Vermehren der Luft und des Kraftstoffs für die Zylinder die Drehmomentabgabe des Motors.
Es sind Motorsteuersysteme entwickelt worden, die das Motordrehmoment genau steuern, um insbesondere dann, wenn unter hohen Druckverhältnissen gearbeitet wird, eine gewünschte Motordrehzahl zu erreichen. Herkömmliche Motorsteuersysteme steuern jedoch die Motordrehzahl nicht so genau wie erwünscht. Außerdem sprechen herkömmliche Motorsteuersystem auf Steuersignale nicht so schnell wie erwünscht an oder koordinieren nicht die Motordrehmomentsteuerung unter verschiedenen Vorrichtungen so, dass die Motordrehmomentabgabe beeinträchtigt wird. Solche herkömmlichen Steuersysteme sind häufig komplexer als erwünscht und erfordern zeit- und kostenaufwändige Kalibrierungsprozesse.
Herkömmliche Verfahren zum Steuern einer Drehmomentabgabe eines Verbrennungsmotors und Motorsteuersysteme sind aus den Druckschriften DE 10 2004 044 994 A1 und DE 10 2005 053 474 A1 bekannt. Ausgehend von diesen Druckschriften liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern einer Drehmomentabgabe eines Verbrennungsmotors und ein Motorsteuersystem zu schaffen, die eine verbesserte Steuerung des Motordrehmoments erlauben. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Daher schafft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Steuern einer Drehmomentabgabe eines Verbrennungsmotors. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines Druckverhältnisses, das Bestimmen eines Referenzdrehmoments anhand des Druckverhältnisses und einer Drehmomentanforderung, das Berechnen einer Soll-Drosselklappenfläche anhand des Referenzdrehmoments und das Steuern des Betriebs des Motors auf der Grundlage der Soll-Drosselklappenfläche, um das Solldrehmoment zu erreichen. Ferner umfasst das Verfahren das Bestimmen, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet, anhand des Druckverhältnisses und einer Motordrehzahl. Die Soll-Drosselklappenfläche wird darauf basierend, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet, berechnet.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner das Berechnen eines Soll-Krümmer-Absolutdrucks (MAP) des Motors anhand des Referenzdrehmoments und das Berechnen einer Soll-Luft pro Zylinder (APC) des Motors anhand des Referenzdrehmoments. Anhand des Soll-MAP und der Soll-APC wird die Soll-Drosselklappenfläche berechnet. Der Soll-MAP wird unter Verwendung eines invertierten MAP-basierten Drehmomentmodels bestimmt, und die Soll-APC wird unter Verwendung eines invertierten APC-basierten Drehmomentmodells bestimmt. Das Verfahren umfasst ferner das Filtern des Soll-MAP auf der Grundlage des Druckverhältnisses und darauf basierend, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen eines Soll-Massen-Luftdurchflusses (MAF) anhand der Soll-APC. Anhand des Soll-MAF wird die Soll-Drosselklappenfläche berechnet.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen eines Schätzdrehmoments des Motors und das Korrigieren des Referenzdrehmoments anhand des Schätzdrehmoments und des Druckverhältnisses und darauf basierend, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet. Das Verfahren umfasst ferner das Berechnen eines Drehmomentfehlers anhand des Referenzdrehmoments und des Schätzdrehmoments. Das Referenzdrehmoment wird anhand des Drehmomentfehlers korrigiert.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal umfasst das Verfahren ferner das Ratenbegrenzen des Referenzdrehmoments.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal umfasst das Verfahren ferner das Berechnen des Druckverhältnisses als Verhältnis zwischen einem MAP und einem barometrischen Druck.
Weitere Vorteile und Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden aus der im Folgenden gegebenen genauen Beschreibung deutlich. Obwohl eine Ausführungsform der Offenbarung angegeben ist, sind die genaue Beschreibung und die spezifischen Beispiele selbstverständlich lediglich zum Zweck der Veranschaulichung gedacht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird umfassender verständlich aus der genauen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen; in diesen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Motorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 einen Ablaufplan, der Schritte zeigt, die von der Motordrehmomentsteuerung der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden; und
3 einen Blockschaltplan, der beispielhafte Module zeigt, die die Motordrehmomentsteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung ausführen.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft. Der Klarheit wegen werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen zur Kennzeichnung von gleichartigen Elementen benutzt. Der Begriff ”Modul”, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, eigens zugewiesen oder für eine Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität verschaffen.
In 1 umfasst ein Motorsystem 10 einen Motor 12, der ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff verbrennt, um ein Antriebsmoment zu erzeugen. Durch eine Drosselklappe 16 wird Luft in einen Einlasskrümmer 14 angesaugt. Die Drosselklappe 16 reguliert den Massen-Luftdurchfluss in den Einlasskrümmer 14. Die Luft in dem Einlasskrümmer 14 wird in Zylinder 18 verteilt. Obwohl ein einziger Zylinder 18 gezeigt ist, kann das System für koordinierte Drehmomentsteuerung der vorliegenden Erfindung wohlgemerkt in Motoren implementiert sein, die mehrere Zylinder einschließlich, jedoch nicht darauf begrenzt, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und 12 Zylinder, enthalten.
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (nicht gezeigt) spritzt Kraftstoff ein, der mit der Luft, wenn sie durch einen Ansaug- bzw. Einlasskanal in den Zylinder 18 angesaugt wird, vereinigt wird. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann eine Einspritzvorrichtung sein, die einem elektronischen oder mechanischen Kraftstoffeinspritzsystem 20, einer Düse oder einem Schlitz eines Vergasers oder einem anderen System zum Vermischen von Kraftstoff mit Einlassluft zugeordnet ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird so gesteuert, dass sie ein Soll-Luft/Kraftstoff-(L/K)-Verhältnis in jedem Zylinder 18 bereitstellt.
Ein Einlassventil 22 öffnet und schließt sich wahlweise, um den Eintritt des Luft/Kraftstoff-Gemischs in den Zylinder 18 zu ermöglichen. Die Einlassventilstellung wird durch eine Einlassnockenwelle 24 reguliert. Ein Kolben (nicht gezeigt) komprimiert das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 18. Eine Zündkerze 26 löst die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs aus, die den Kolben in dem Zylinder 18 antreibt. Der Kolben treibt seinerseits eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) an, um ein Antriebsmoment zu erzeugen. Verbrennungsabgas in dem Zylinder 18 wird aus einem Auslasskanal gezwungen, wenn sich ein Auslassventil 28 in einer geöffneten Stellung befindet. Die Auslassventilstellung wird durch eine Auslassnockenwelle 30 reguliert. Das Abgas wird in einem Abgassystem behandelt und an die Umgebung abgegeben. Obwohl ein einziges Einlassventil 22 und ein einziges Auslassventil 28 gezeigt sind, kann der Motor 12 wohlgemerkt mehrere Einlass- und Auslassventile 22, 28 pro Zylinder 18 aufweisen.
Das Motorsystem 10 kann einen Einlassnockenwellen-Phasensteller 32 und einen Auslassnockenwellen-Phasensteller 34 umfassen, die die rotatorische Steuerung der Einlass- bzw. Auslassnockenwellen 24, 30 regulieren. Genauer kann die Steuerzeit oder der Phasenwinkel der Einlass- und Auslassnockenwellen 24, 30 zueinander oder in Bezug auf einen Ort des Kolbens in dem Zylinder 18 oder die Kurbelwellenstellung verzögert oder vorverlegt sein. In dieser Weise kann die Stellung der Einlass- und Auslassventile 22, 28 zueinander oder in Bezug auf einen Ort des Kolbens in dem Zylinder 18 reguliert werden. Durch Regulieren der Stellung des Einlassventils 22 und des Auslassventils 28 wird die in den Zylinder 18 aufgenommene Luft/Kraftstoff-Gemischmenge und daher das Motordrehmoment reguliert.
Das Motorsystem 10 kann außerdem ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) 36 umfassen. Das AGR-System 36 umfasst ein AGR-Ventil 38, das den Abgasdurchfluss zurück in den Einlasskrümmer 14 reguliert. Das AGR-System ist im Allgemeinen implementiert, um Emissionen zu regulieren. Jedoch kann die Abluftmasse, die in den Einlasskrümmer 14 zurückgeführt wird, auch die Motordrehmomentabgabe negativ beeinflussen.
Ein Steuermodul 40 betreibt den Motor auf der Grundlage der drehmomentbasierten Motorsteuerung der vorliegenden Offenbarung. Genauer erzeugt das Steuermodul 40 anhand einer Soll-Motordrehzahl (RPM_DES) ein Drosselklappensteuersignal und ein Frühverstellungssteuersignal. Von einem Drosselklappenstellungssensor (TPS) 42 wird ein Drosselklappenstellungssignal erzeugt. Eine Bedienereingabe 43 wie etwa ein Fahrpedal erzeugt ein Bedienereingabesignal. Das Steuermodul 40 befiehlt die Drosselklappe 16 in eine statische bzw. stationäre Stellung, um eine Soll-Drosselklappenfläche (A_THRDES) zu erreichen, und befiehlt den Zündzeitpunkt, um einen Soll-Zündzeitpunkt (S_DES) zu erreichen. Ein Drosselklappenstellglied (nicht gezeigt) stellt die Drosselklappenstellung anhand des Drosselklappensteuersignals ein.
Ein Einlasslufttemperatur-(IAT)-Sensor 44 spricht auf eine Temperatur des Einlassluftstroms an und erzeugt ein Einlasslufttemperatur-(IAT)-Signal. Ein Massen-Luftdurchfluss-(MAF)-Sensor 46 spricht auf die Masse des Einlassluftstroms an und erzeugt ein MAF-Signal. Ein Krümmer-Absolutdruck-(MAP)-Sensor 48 spricht auf den Druck in dem Einlasskrümmer 14 an und erzeugt ein MAP-Signal. Ein Motorkühlmitteltemperatursensor 50 spricht auf eine Kühlmitteltemperatur an und erzeugt ein Motortemperatursignal. Ein Motordrehzahlsensor 52 spricht auf eine Umdrehungsgeschwindigkeit, d. h. eine Drehzahl (RPM), des Motors 12 an und erzeugt ein Motordrehzahlsignal. Jedes der von den Sensoren erzeugten Signale wird von dem Steuermodul empfangen.
Das Motorsystem 10 kann außerdem einen Turbo oder Lader 54 umfassen, der durch den Motor 12 oder Motorabgas angetrieben wird. Der Turbolader 54 komprimiert von dem Einlasskrümmer 14 angesaugte Luft. Genauer wird Luft in eine Zwischenkammer des Turboladers 54 angesaugt. Die Luft in der Zwischenkammer wird in einen Kompressor (nicht gezeigt) angesaugt und darin komprimiert. Die komprimierte Luft strömt zur Verbrennung in den Zylindern 18 durch einen Kanal bzw. eine Leitung 56 zu dem Einlasskrümmer 14 zurück. In dem Kanal 56 ist ein Umgehungsventil 58 angeordnet, das den Durchfluss von komprimierter Luft zurück in den Einlasskrümmer 14 reguliert.
Die Motordrehmomentsteuerung der vorliegenden Offenbarung bestimmt eine Soll-Drosselklappenfläche (A_THRDES) anhand eines Druckverhältnisses (P_R), eines angeforderten Motordrehmoments (T_REQ) und eines geschätzten Motordrehmoments (T_EST). T_REQ wird anhand einer Bedienereingabe bestimmt, die eine Fahrpedalstellung umfasst, jedoch nicht darauf begrenzt ist. P_R wird als Verhältnis zwischen MAP und einem barometrischen Druck (P_BARO) bestimmt. P_BARO kann mittels eines Sensors (nicht gezeigt) direkt gemessen werden oder anhand anderer bekannter Parameter berechnet werden. Von einem Arbitrierungsring wird anfänglich ein Referenzdrehmoment (T_REF) bereitgestellt, das anschließend anhand von P_R und T_REQ in der Rate begrenzt wird, um ein ratenbegrenztes T_REF (T_REFRL) zu liefern. Durch Ratenbegrenzen von T_REF werden unerwünschte plötzliche Änderungen im Motorbetrieb vermieden.
Es wird die Summe von T_REFRL und einem korrigierten Drehmomentfehler (T_ERRCOR) gebildet. Genauer wird ein Drehmomentfehler (T_ERR) als Differenz zwischen T_REFRL und T_EST bestimmt. T_EST wird durch ein Motorsteuermodul (ECM) bestimmt, wie weiter unten näher erläutert wird. T_ERRCOR wird unter Verwendung einer Proportional-Integral-Funktion bestimmt, die auf der folgenden Beziehung basiert: T_ERRCOR = k_P(P_R)·T_ERR + k_I(P_R)·∫T_ERR, (1) wobei:

k_P: eine vorgegebene Proportionalkonstante ist; und
k_I: eine vorgegebene Integralkonstante ist.

Es wird die Summe von T_REFRL und T_ERRCOR gebildet, um ein korrigiertes Referenzdrehmoment (T_REFCOR) bereitzustellen. Es sei angemerkt, dass T_ERR nur dann korrigiert wird, wenn der Motor in einem stabilen Zustand läuft. Wenn der Motor nicht in einem stabilen Zustand läuft, ist T_ERRCOR gleich T_ERR.
Ob der Motor in einem stabilen Zustand läuft, wird anhand von RPM und T_REFRL bestimmt. Beispielsweise werden sowohl für RPM als auch für T_REFRL die momentanen und die vorhergehenden Werte überwacht. Diese Werte werden gefiltert, wobei ein Vergleich zwischen den jeweiligen momentanen und vorhergehenden Werten durchgeführt wird. Beispielsweise werden ein momentanes RPM mit einem vorhergehenden RPM und ein momentanes T_REFRL mit einem vorhergehenden T_REFRL verglichen. Wenn die Differenzen zwischen den jeweiligen Werten beide kleiner als entsprechende Schwellendifferenzen sind, wird angenommen, dass der Motor in einem stabilen Zustand läuft, wobei ein Flag für stabilen Zustand (FLAG_SS) auf 1 gesetzt wird. Wenn eine der jeweiligen Differenzen größer als ihre entsprechende Schwellendifferenz ist, wird angenommen, dass der Motor in einem Übergangszustand arbeitet, wobei FLAG_SS auf 0 gesetzt wird.
Anhand von T_REFCOR werden ein Soll-MAP (MAP_DES) und eine Soll-Luft pro Zylinder (APC_DES) bestimmt. Genauer wird MAP_DES anhand eines inversen MAP-basierten Drehmomentmodells in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung bestimmt: MAP_DES = T –1 / MAP((T_REFCOR + f(ΔT)), S, I, E, AF, OT, N), (2) wobei:

ΔT: eine gefilterte Differenz zwischen MAP- und APC-basierten Drehmomentschätzfunktionen ist;
S: ein Zündzeitpunkt ist;
I: eine Einlassventilsteuerzeit ist;
E: eine Auslassventilsteuerzeit ist;
AF: ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist;
OT: die Motoröltemperatur ist; und
N: die Anzahl von Zylindern ist.

Die Berechnung von ΔT ist in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 7,069,905 , dessen Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme ausdrücklich mit aufgenommen ist, näher beschrieben. Ähnlich wird APC_DES anhand eines inversen APC-basierten Drehmomentmodells in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung bestimmt: APC_DES = T –1 / APC(T_REFCOR, S, I, E, AF, OT, N) (3)
MAP_DES kann gefiltert werden, um ein gefiltertes MAP_DES (MAP_DESF) bereitzustellen. Genauer wird MAP_DESF anhand von P_R und SS in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung bestimmt:
wobei:

K₁: eine vorgegebene Filterkonstante ist;
K₂: eine vorgegebene Filterkonstante ist; und
LPF: angibt, dass ein Tiefpassfilter implementiert ist.

Anhand von APC_DES wird ein Soll-MAF (MAF_DES) in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung bestimmt:
wobei:

R: die universelle Gaskonstante ist; und
k_cyl: eine Konstante ist, die auf der Anzahl von Zylindern basierend festgelegt wird (z. B. 15 für einen 8-Zylindermotor, 20 für einen 6-Zylindermotor und 30 für einen 4-Zylindermotor).

A_THRDES wird anschließend anhand von MAF_DES und MAP_DES in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung bestimmt:
Φ wird anhand von P_R in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung bestimmt:
P_CRITICAL ist als Druckverhältnis, bei dem die Geschwindigkeit der durch die Drosselklappe strömenden Luft gleich der Schallgeschwindigkeit ist, definiert. Dieser Zustand wird gedrosselter oder kritischer Durchfluss genannt. Das kritische Druckverhältnis ist festgelegt durch:
wobei γ gleich dem Verhältnis von spezifischen Wärmekapazitäten für Luft ist und im Bereich von etwa 1,3 bis etwa 1,4 liegt.
Mit Bezug auf 2 werden nun beispielhafte Schritte, die von der Motordrehmomentsteuerung ausgeführt werden, im Einzelnen beschrieben. Im Schritt 200 ermittelt die Steuerung, ob der Motor läuft. Wenn der Motor nicht läuft, endet die Steuerung. Wenn der Motor läuft, überwacht die Steuerung im Schritt 202 die Motorbetriebsparameter (RPM, MAP, MAF, I, E, S, P_BARO, IAT usw.). Im Schritt 204 bestimmt die Steuerung P_R als Verhältnis von MAP zu P_BARO. Im Schritt 206 bestimmt die Steuerung T_REF auf der Grundlage der oben beschriebenen Ratenbegrenzungsfunktion unter Verwendung von T_REQ und P_R als Eingangsgrößen. Die Steuerung bestimmt im Schritt 208 T_EST. Im Schritt 210 bestimmt die Steuerung T_ERR anhand von T_EST und T_REFRL.
Im Schritt 212 bestimmt die Steuerung, ob der Motor in einem stabilen Zustand läuft. Wenn der Motor in einem stabilen Zustand läuft, setzt die Steuerung mit dem Schritt 214 fort. Wenn der Motor nicht in einem stabilen Zustand läuft, setzt die Steuerung mit dem Schritt 216 fort. Im Schritt 214 setzt die Steuerung FLAG_SS auf 1. Im Schritt 216 setzt die Steuerung FLAG_SS auf 0. Im Schritt 217 korrigiert die Steuerung T_ERR auf der Grundlage von FLAG_SS, wie oben beschrieben worden ist. Im Schritt 218 korrigiert die Steuerung T_REF anhand des korrigierten T_ERR.
Die Steuerung bestimmt im Schritt 219 MAP_DES und APC_DES anhand des korrigierten T_REF. Die Steuerung filtert im Schritt 220 MAP_DES auf der Grundlage von FLAG_SS, wie oben im Einzelnen beschrieben worden ist. Im Schritt 222 bestimmt die Steuerung MAP_DES auf der Grundlage von APC_DES. Die Steuerung bestimmt im Schritt 224 A_THRDES anhand von MAP_DES und MAF_DES. Im Schritt 226 steuert die Steuerung den Motorbetrieb auf der Grundlage von A_THRDES, worauf die Steuerung endet.
Mit Bezug auf 3 werden nun beispielhafte Module, die die Motordrehmomentsteuerung ausführen, im Einzelnen beschrieben. Die beispielhaften Module umfassen ein P_R-Modul 300, ein T_REF-Modul 302, ein MAP_DES-Berechnungsmodul 304, ein APC_DES-Modul 306, ein Korrekturmodul 308, ein FLAG_SS-Modul 310, ein Filtermodul 312, ein MAF_DES-Modul 314, ein A_THRDES-Modul 316 und ein ECM 318. Obwohl hier verschiedene Module beschrieben sind, sei vorweggenommen, dass die einzelnen Module als Submodule in einem einzigen Modul oder als mehrere Module unter Verwendung verschiedener Kombinationen von Modulen kombiniert sein können.
Das P_R-Modul 300 bestimmt P_R anhand von MAP und P_BARO. P_R wird an das T_REF-Modul 302, das Korrekturmodul 308 und das Filtermodul 312 ausgegeben. Das T_REF-Modul bestimmt T_REF und begrenzt dessen Rate (d. h., um T_REFRL bereitzustellen) anhand von T_REQ und P_R. T_REFRL wird an einen Summierer 320, einen Summierer 322 und das FLAG_SS-Modul 310 ausgegeben. Das FLAG_SS-Modul 310 ermittelt, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet, und setzt FLAG_SS entsprechend. FLAG_SS wird an das Korrekturmodul 308 und das Filtermodul 312 ausgegeben. Der Summierer 322 invertiert T_EST, das von dem ECM 318 ausgegeben wird, und bildet die Summe aus T_REFRL und dem invertierten T_EST, um T_ERR zu bestimmen. T_ERR wird an das Korrekturmodul 308 ausgegeben.
Das Korrekturmodul 308 korrigiert wahlweise T_ERR auf der Grundlage von P_R und FLAG_SS und gibt T_ERRCOR aus. Genauer wird dann, wenn FLAG_SS angibt, dass der Motor in einem stabilen Zustand läuft, T_ERR korrigiert, womit T_ERR nicht gleich dem ausgegebenen T_ERRCOR ist. Wenn FLAG_SS nicht angibt, dass der Motor in einem stabilen Zustand läuft, wird T_ERR nicht korrigiert, womit T_ERR gleich dem ausgegebenen T_ERRCOR ist. Der Summierer 320 summiert T_REFRL und T_ERRCOR, um T_REFCOR bereitzustellen, das an das MAP_DES-Berechnungsmodul 304 und das APC_DES-Modul 306 ausgegeben wird.
Das MAP_DES-Berechnungsmodul 304 bestimmt MAP_DES anhand von RPM und T_REFCOR und gibt MAP_DES an das Filtermodul 312 aus. Das APC_DES-Modul 306 bestimmt APC_DES anhand von T_REFCOR und gibt APC_DES an das MAF_DES-Modul 314 aus. Das Filtermodul 312 filtert MAP_DES auf der Grundlage von FLAG_SS und P_R, um MAP_DESF bereitzustellen. Das MAF_DES-Modul 314 bestimmt MAP_DES auf der Grundlage von APC_DES. Sowohl MAP_DESF als auch MAF_DES werden an das A_THRDES-Modul 316 ausgegeben, das darauf basierend A_THRDES bestimmt. A_THRDES wird an das ECM 318 ausgegeben, das darauf basierend den Motorbetrieb steuert.
Die Motordrehmomentsteuerung der vorliegenden Offenbarung stellt unter verschiedenen Umgebungsbedingungen eine genaue transiente oder stetige Drehmomentsteuerung bereit, indem sie das Druckverhältnis berücksichtigt. Herkömmliche Systeme, die das Druckverhältnis nicht berücksichtigen, setzen für alle Drücke eine lineare Beziehung in Kraft. Als Folge wird für alle Drücke eine hohe Verstärkung bereitgestellt, die bei solchen herkömmlichen Systemen zu einer Instabilität und einer Übersteuerung führen können. Diese genaue Motordrehmomentsteuerung wird unter allen Kombinationen von Motorlast, Drehzahl, Zündzeitpunkt, Einlass- und Auslasssteuerzeiten und dergleichen erreicht. Ferner ermöglicht die Motordrehmomentsteuerung das Implementieren eines automatisierten Kalibrierungsprozesses, was die Zeit und den Aufwand, die zum Kalibrieren des Motors erforderlich sind, wesentlich reduziert. Insbesondere basiert die Motordrehmomentsteuerung auf einem Drehmomentmodell, das sämtliche Eingangs- und Ausgangsgrößen kombiniert. Als Folge automatisiert das Drehmomentmodell den Kalibrierungsprozess, wobei eine oder mehrere Eingangsgrößen verändert werden können und sich die Auswirkung auf die Ausgangsgrößen sogleich ergibt.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Drehmomentabgabe eines Verbrennungsmotors, das umfasst: Bestimmen eines Druckverhältnisses; Bestimmen eines Referenzdrehmoments anhand des Druckverhältnisses und einer Drehmomentanforderung; Bestimmen, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet, anhand des Druckverhältnisses und einer Motordrehzahl, Berechnen einer Soll-Drosselklappenfläche anhand des Referenzdrehmoments, wobei die Soll-Drosselklappenfläche darauf basierend, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet, berechnet wird; und Steuern des Betriebs des Motors auf der Grundlage der Soll-Drosselklappenfläche, um das Solldrehmoment zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Berechnen eines Soll-Krümmer-Absolutdrucks (MAP) des Motors anhand des Referenzdrehmoments; und Berechnen einer Soll-Luft pro Zylinder (APC) des Motors anhand des Referenzdrehmoments, wobei anhand des Soll-MAP und der Soll-APC die Soll-Drosselklappenfläche berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Soll-MAP unter Verwendung eines invertierten MAP-basierten Drehmomentmodells bestimmt wird und die Soll-APC unter Verwendung eines invertierten APC-basierten Drehmomentmodells bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Filtern des Soll-MAP auf der Grundlage des Druckverhältnisses und darauf basierend, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Bestimmen eines Soll-Massen-Luftdurchflusses (MAF) anhand der Soll-APC umfasst, wobei anhand des Soll-MAF die Soll-Drosselklappenfläche berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen eines Schätzdrehmoments des Motors; und Korrigieren des Referenzdrehmoments anhand des Schätzdrehmoments und des Druckverhältnisses und darauf basierend, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner das Berechnen eines Drehmomentfehlers bzw. einer Drehmomentabweichung anhand des Referenzdrehmoments und des Schätzdrehmoments umfasst, wobei das Referenzdrehmoment anhand des Drehmomentfehlers korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Ratenbegrenzen des Referenzdrehmoments umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Berechnen des Druckverhältnisses als Verhältnis zwischen einem MAP und einem barometrischen Druck umfasst.
Motorsteuersystem zum Steuern einer Drehmomentabgabe eines Verbrennungsmotors, das umfasst: ein erstes Modul, das ein Druckverhältnis bestimmt; ein zweites Modul, das anhand des Druckverhältnisses und einer Drehmomentanforderung ein Referenzdrehmoment bestimmt; ein drittes Modul, das anhand des Referenzdrehmoments eine Soll-Drosselklappenfläche berechnet; ein viertes Modul, das auf der Grundlage der Soll-Drosselklappenfläche den Betrieb des Motors steuert, um das Solldrehmoment zu erreichen; und ein fünftes Modul, das anhand des Druckverhältnisses und einer Motordrehzahl bestimmt, ob der Motor in einem stabilen Zustand läuft, wobei die Soll-Drosselklappenfläche darauf basierend, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet, berechnet wird.
Motorsteuersystem nach Anspruch 10, das ferner umfasst: ein sechstes Modul, das anhand des Referenzdrehmoments einen Soll-Krümmer-Absolutdruck (MAP) des Motors berechnet; und ein siebtes Modul, das anhand des Referenzdrehmoments eine Soll-Luft pro Zylinder (APC) berechnet, wobei anhand des Soll-MAP und der Soll-APC die Soll-Drosselklappenfläche berechnet wird.
Motorsteuersystem nach Anspruch 11, bei dem der Soll-MAP unter Verwendung eines invertierten MAP-basierten Drehmomentmodells bestimmt wird und die Soll-APC unter Verwendung eines invertierten APC-basierten Drehmomentmodells bestimmt wird.
Motorsteuersystem nach Anspruch 11, das ferner ein achtes Modul umfasst, das auf der Grundlage des Druckverhältnisses und darauf basierend, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet, den Soll-MAP filtert.
Motorsteuersystem nach Anspruch 11, das ferner ein achtes Modul umfasst, das anhand der Soll-APC einen Soll-Massen-Luftdurchfluss (MAF) bestimmt, wobei anhand des Soll-MAF die Soll-Drosselklappenfläche berechnet wird.
Motorsteuersystem nach Anspruch 10, bei dem das vierte Modul ein Schätzdrehmoment des Motors bestimmt und das ferner ein sechstes Modul umfasst, das anhand des Schätzdrehmoments, des Druckverhältnisses und darauf basierend, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet, das Referenzdrehmoment korrigiert.
Motorsteuersystem nach Anspruch 15, das ferner ein siebtes Modul umfasst, das anhand des Referenzdrehmoments und des Schätzdrehmoments einen Drehmomentfehler bzw. eine Drehmomentabweichung berechnet, wobei das Referenzdrehmoment anhand des Drehmomentfehlers korrigiert wird.
Motorsteuersystem nach Anspruch 10, das ferner ein sechstes Modul umfasst, das das Referenzdrehmoment in der Rate begrenzt.
Motorsteuersystem nach Anspruch 10, das ferner ein sechstes Modul umfasst, das das Druckverhältnis als Verhältnis zwischen einem MAP und einem barometrischen Druck berechnet.
Verfahren zum Steuern einer Drehmomentabgabe eines Verbrennungsmotors, das umfasst: Überwachen eines Krümmer-Absolutdrucks (MAP) des Motors und eines barometrischen Drucks; Bestimmen eines Druckverhältnisses anhand des MAP und des barometrischen Drucks; Bestimmen eines Referenzdrehmoments anhand des Druckverhältnisses und einer Drehmomentanforderung; Berechnen eines Soll-Krümmer-Absolutdrucks (MAP) des Motors anhand des Referenzdrehmoments; Berechnen einer Soll-Luft pro Zylinder (APC) des Motors anhand des Referenzdrehmoments; Bestimmen, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet, anhand des Druckverhältnisses und einer Motordrehzahl; Bestimmen einer Soll-Drosselklappenfläche anhand des Soll-MAP und der Soll-APC, wobei die Soll-Drosselklappenfläche darauf basierend, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet, berechnet wird; und Steuern des Betriebs des Motors auf der Grundlage der Soll-Drosselklappenfläche, um das Solldrehmoment zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Soll-MAP unter Verwendung eines invertierten MAP-basierten Drehmomentmodells bestimmt wird und die Soll-APC unter Verwendung eines invertierten APC-basierten Drehmomentmodells bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner das Filtern des Soll-MAP auf der Grundlage des Druckverhältnisses und darauf basierend, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner das Bestimmen eines Soll-Massen-Luftdurchflusses (MAF) anhand der Soll-APC umfasst, wobei anhand des Soll-MAF die Soll-Drosselklappenfläche berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner umfasst: Bestimmen eines Schätzdrehmoments des Motors; und Korrigieren des Referenzdrehmoments anhand des Schätzdrehmoments, des Druckverhältnisses und darauf basierend, ob der Motor in einem stabilen Zustand arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 23, das ferner das Berechnen eines Drehmomentfehlers bzw. einer Drehmomentabweichung anhand des Referenzdrehmoments und des Schätzdrehmoments umfasst, wobei das Referenzdrehmoment anhand des Drehmomentfehlers korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner das Ratenbegrenzen des Referenzdrehmoments umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner das Berechnen des Druckverhältnisses als Verhältnis zwischen einem MAP und einem barometrischen Druck umfasst.