DE102008000693B4

DE102008000693B4 - Verfahren und Steuerung zur Ermittlung von Stellgrenzen für die Bestimmung eines hypothetischen Istmoments

Info

Publication number: DE102008000693B4
Application number: DE102008000693.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Vogelgesang; Benjamin Klotz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2028-03-15
Also published as: CN101560922A; DE102008000693A1; CN101560922B

Abstract

Verfahren zum Ermitteln einer Stellgrenze (MnBsMdOGE, MxBsMdOGE) für ein hypothetisches Istmoment (IstMdOGE) eines Verbrennungsmotors (2), wobei das hypothetische Istmoment (IstMdOGE) ein Drehmoment angibt, das der Verbrennungsmotor bei Vorgabe eines Moments, das aus einer oder mehreren Momentenvorgaben (MSoll, MSonst) ohne Berücksichtigung einer Drehmomentenvorgabe einer bestimmten Eingriffsfunktion ermittelt wird, bereitstellen würde, während der Verbrennungsmotor (2) mit Berücksichtigung der Drehmomentenvorgabe der bestimmten Eingriffsfunktion betrieben wird, mit folgenden Schritten:- Ermitteln eines resultierenden Soll-Moments (Msoll_OGE) aus einer oder mehreren Momentenvorgaben (MSoll, MSonst), wobei die Drehmomentenvorgabe der bestimmten Eingriffsfunktion unberücksichtigt bleibt;- Ermitteln einer Angabe eines optimalen Moments (OptMdOGE) ohne Eingriff der bestimmten Eingriffsfunktion abhängig von dem resultierenden Soll-Moment (MSoll_OGE) und unter Berücksichtigung eines dynamischen Verhaltens eines Luftsystems des Verbrennungsmotors;gekennzeichnet durch ein- Auswählen eines ersten oder eines zweiten Momentenmodells (19, 20) zum Bereitstellen mindestens einer Wirkungsgradgrenze (MxEtaOGE, MnEtaOGE) abhängig von einer während der aktivierten Eingriffsfunktion erfolgenden Beeinflussung der Wirkungsgradgrenze,wobei die Wirkungsgradgrenze (MxEtaOGE, MnEtaOGE) einem größtmöglichem oder einem kleinstmöglichem Wirkungsgrad entspricht, der von dem Verbrennungsmotor (2) real bereitstellbar ist;- Bestimmen der Stellgrenze (MnBsMdOGE, MxBsMdOGE) für das hypothetische Istmoment (IstMdOG E) anhand der Angabe des optimalen Moments (OptMdOGE) und der mindestens einen Wirkungsgradgrenze (MxEtaOGE, MnEtaOGE).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen die Ermittlung eines hypothetischen Istmoments in einem Verbrennungsmotor, das ein Istmoment des Verbrennungsmotors angibt, das abgegeben würde, wenn keine Einwirkung einer Drehmomentenvorgabe durch eine Eingriffsfunktion vorläge.
Stand der Technik
Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen werden in der Regel mit Hilfe eines vorgegebenen Drehmoments angesteuert, das mit Hilfe eines Motormodells in Motorgrößen, die direkten Stellgrößen für den Verbrennungsmotor, wie z. B. Zündwinkel, Einspritzmenge, Drosselklappenstellung und dergleichen, entsprechen, umgesetzt wird. Bei der Bereitstellung des vorgegebenen Drehmoments sind in modernen Kraftfahrzeugen in der Regel mehrere miteinander kommunizierende Steuerfunktionen bzw. Steuergeräte, wie z.B. das Motorsteuergerät, Getriebesteuergerät, ESP-Steuergerät usw., beteiligt, die eine jeweilige Momentenvorgabe liefern, der in dem vorgegebenen Drehmoment zur Ansteuerung des Verbrennungsmotors berücksichtigt wird. Dazu werden in heutigen Systemen alle Momentenvorgaben parallel koordiniert. Das resultierende Soll-Moment (vorgegebenes Drehmoment) ergibt sich aus den Momentenvorgaben, wie z.B. aus dem Fahrerwunschmoment, den motorinternen Begrenzungen, Begrenzungen zum Schutz des Getriebes sowie weiteren Eingriffen, wie z. B. ESP, Differenzialschutz, automatische Geschwindigkeitsregelung und dgl., Überwachungsgrenzen und physikalische (mechanische bzw. thermische) Stellgrenzen, wie sie beispielsweise bei einem Dieselmotor die Rauchgrenze beschreibt.
In der Motorsteuerung werden beispielsweise auch Eingriffe auf Momentenebene (Drehmomentenvorgabe) durch das Getriebesteuergerät berücksichtigt und koordiniert, wodurch das motorintern abgegebene Motormoment erhöht bzw. verringert werden kann. Für ein komfortables Schalten zwischen Schaltstufen eines Getriebes kann es notwendig sein, dass dem Getriebesteuergerät eine Angabe über ein motorinternes hypothetisches Istmoment bereitgestellt wird. Das hypothetische Istmoment entspricht einem Istmoment des Motors, das anläge, wenn das aus den einzelnen Drehmomentenvorgaben resultierende Gesamt-Drehmoment die Drehmomentenvorgabe (die Stellgrößenkomponente) des Getriebesteuergeräts nicht enthielte. D. h., das Getriebesteuergerät benötigt eine Größe, die angibt, welches motorinterne Drehmoment sich einstellen würde, wenn der Eingriff (Drehmomentenvorgabe) durch das Getriebesteuergerät nicht vorhanden wäre bzw. nicht berücksichtigt würde. Nachfolgend wird diese Größe Istmoment ohne Getriebesteuereingriff (IstMdOGE) genannt. Weiterhin soll das Istmoment ohne Getriebesteuereingriff real einstellbar sein, d. h. einen Wert annehmen, der durch das Motorsystem kurzfristig erreichbar ist. Dazu müssen motorinterne physikalische Stellgrenzen berücksichtigt werden.
Die motorinternen physikalischen oberen Stellgrenzen bestimmen sich in der Regel aus dem maximalen Basismoment, wenn keine Basismomentenbeeinflussung durch eine Eingriffsfunktion vorliegt, dem maximal erreichbaren Motormoment und beim Diesel der Rauchgrenze. Die motorinterne physikalische untere Stellgrenze bestimmt sich analog aus dem minimalen Basismoment, wenn keine Basismomentenbeeinflussung durch die Eingriffsfunktion vorliegt.
Durch einen Eingriff der Eingriffsfunktion (z. B. des Getriebesteuergeräts) können weiterhin die kurzfristig einstellbaren Drehmomente, insbesondere die zuvor genannten maximalen und minimalen Basismomente, beeinflusst werden, und zwar durch eine Beeinflussung der Drosselklappenstellung und damit der Zylinderfüllung (direkte Luftfüllungsbeeinflussung) oder auch durch indirekte Einflüsse, wie z. B. durch Drehzahländerungen, Nockenwellenverstellung für Einlass- oder Auslassventile, Ausblendung einzelner oder aller Zylinder, Verstellen der Ladungsbewegungsklappe, Saugrohrumschaltung, Schalten des Schubumluftventils, Veränderung des Ladedrucks und dgl.. Diese Beeinflussungen werden jedoch bei den motorinternen physikalischen Stellgrenzen bislang nicht berücksichtigt.
Aus der Veröffentlichung DE 10 2004 044 520 A1 einer deutschen Patentanmeldung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebseinheit, ausgestaltet als Brennkraftmaschine, beschrieben. Es ist dabei vorgesehen, sowohl eine parallele Ist- und Sollwertberechnung für eine Ausgangsgröße mit und ohne Berücksichtigung eines zulässigen Eingriffs in die Ausgangsgröße durchzuführen. Anhand eines Fahrpedalmoduls wird ein Fahrerwunschmoment gebildet, welches als zweiter Sollwert für die Ausgangsgröße der Antriebseinheit dient. Des Weiteren wird ein zweiter theoretischer Ist-Wert für das Drehmoment ohne Momenten-Reserve ermittelt.
Aus der Veröffentlichung DE 197 15 774 A1 einer deutschen Patentanmeldung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt. Es sind dort beispielsweise Zündwinkelwirkungsgrade offenbart, die beispielsweise optimale Zündwinkel mit dem höchsten Wirkungsgrad unter den aktuellen Betriebsbedingungen betreffen. Des Weiteren ist die Veröffentlichung einer deutschen Patentanmeldung DE 102005062123 A1 bekannt, die unter anderem ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs beschreibt. Dabei wird unter anderem verhältnismäßig allgemein auf einen Wirkungsgrad eingegangen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine oder mehrere Momentengrenzen bereitzustellen, die sich ohne Beeinflussung durch eine bestimmte Drehmomentenvorgabe ergeben würde. Die Momentengrenzen werden benötigt, ein kurzfristig erreichbares hypothetisches Istmoment eines Verbrennungsmotors zu bestimmen, das bereitgestellt würde, wenn das resultierende Gesamt-Drehmoment die Drehmomentenvorgabe (die Stellgrößenkomponente) des Getriebesteuergeräts nicht enthielte.
Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, Momentengrenzen bereitzustellen, die sich ohne Beeinflussung durch die Drehmomentenvorgabe der Getriebesteuerfunktion ergeben würden, so dass die Getriebesteuerfunktion mit Hilfe der Momentengrenzen ein Istmoment ohne Getriebesteuereingriff ermitteln kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die Steuerung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Ermitteln einer Stellgrenze für ein hypothetisches Istmoment eines Verbrennungsmotors, wobei das hypothetische Istmoment ein Drehmoment angibt, das der Verbrennungsmotor bei Vorgabe eines Moments, das aus einer oder mehreren Momentenvorgaben ohne Berücksichtigung einer Drehmomentenvorgabe einer bestimmten Eingriffsfunktion ermittelt wird, bereitstellen würde, während der Verbrennungsmotor mit Berücksichtigung der Drehmomentenvorgabe der bestimmten Eingriffsfunktion betrieben wird, mit folgenden Schritten:

- Ermitteln eines resultierenden Soll-Moments aus einer oder mehreren Momentenvorgaben, wobei die Drehmomentenvorgabe der bestimmten Eingriffsfunktion unberücksichtigt bleibt;
- Ermitteln einer Angabe eines optimalen Moments ohne Eingriff der bestimmten Eingriffsfunktion abhängig von dem resultierenden Soll-Moment und unter Berücksichtigung eines dynamischen Verhaltens eines Luftsystems des Verbrennungsmotors;
- Auswählen eines ersten oder eines zweiten Momentenmodells zum Bereitstellen mindestens einer Wirkungsgradgrenze abhängig von einer während der aktivierten Eingriffsfunktion erfolgenden Beeinflussung der Wirkungsgradgrenze, wobei die Wirkungsgradgrenze einem größtmöglichen oder einem kleinstmöglichen Wirkungsgrad entspricht, der von dem Verbrennungsmotor real bereitstellbar ist;
- Bestimmen der Stellgrenze für das hypothetische Istmoment anhand der Angabe des optimalen Moments und der mindestens einen Wirkungsgradgrenze.

Das obige Verfahren ermöglicht das Bereitstellen der physikalischen Stellgrenzen des Basismoments ohne Eingriff der Eingriffsfunktion. Mit diesen Stellgrenzen kann ein realistisches hypothetisches Istmoment ohne Eingriff der Eingriffsfunktion ermittelt werden. Da der Eingriff der Eingriffsfunktion Auswirkungen auf den Betriebszustand des Verbrennungsmotors haben kann, die sich z. B. in Änderungen von Wirkungsgradgrenzen niederschlagen können, sind zur Bestimmung der Stellgrenzen mindestens zwei Momentenmodelle hinterlegt, die z. B. abhängig von einer Aktivierung der Eingriffsfunktion und/oder sonstigen Betriebszuständen ausgewählt werden können, um die Wirkungsgradgrenzen anzugeben. Im Wesentlichen werden die physikalischen Stellgrenzen des Basismoments ohne Eingriff der Eingriffsfunktion ermittelt, in dem alle Einflüsse herausgerechnet werden, die durch den Eingriff der Getriebesteuerfunktion hervorgerufen werden.
Weiterhin kann mit Hilfe eines dynamischen Luftsystemmodells zunächst ein modelliertes optimales Moment ermittelt werden, wobei eine Angleichfunktion angewendet wird, um abhängig von der Deaktivierung der bestimmten Eingriffsfunktion das modellierte optimale Moment stetig an ein reales optimales Moment, das durch ein Momentenmodell des Verbrennungsmotors ermittelt wird und das ein Moment bei Berücksichtigung der Drehmomentenvorgabe der bestimmten Eingriffsfunktion angibt, anzugleichen.
Weiterhin kann die Angleichfunktion das Angleichen mit Hilfe einer stetigen Funktion, insbesondere mit Hilfe einer Rampenfunktion mit einem maximalen Gradienten, durchführen.
Das Auswählen des ersten oder des zweiten Momentenmodells zum Bereitstellen der mindestens einen Wirkungsgradgrenze kann abhängig von einer während der aktivierten Eingriffsfunktion erfolgenden Zylinderausblendung durchgeführt werden.
Weiterhin kann die ermittelte Stellgrenze nach Deaktivieren der bestimmten Eingriffsfunktion gemäß einer weiteren Angleichfunktion an Momentengrenzwerte eines Momentenmodells des Verbrennungsmotors mit Hilfe einer stetigen Funktion, insbesondere gemäß einer weiteren Rampenfunktion, angeglichen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die bestimmte Eingriffsfunktion eine Getriebesteuerfunktion zur Steuerung eines Schaltvorgangs eines mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Getriebes sein. Dies ermöglicht eine optimale Schaltstrategie im Getriebesteuergerät und dadurch einen optimalen Schaltkomfort. Die optimale Modellierung ermöglicht es, eine geeignete Rückmeldung an das Getriebesteuergerät zu geben, so dass dort weitere Steuerungsaktionen, basierend auf der aus dem bereitgestellten Istmoment ohne Getriebesteuereingriff, ausgeführt werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Steuereinheit zur Ermittlung einer Stellgrenze für ein hypothetisches Istmoment eines Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei das hypothetische Istmoment ein Drehmoment angibt, das der Verbrennungsmotor bei Vorgabe eines Moments, das aus einer oder mehreren Momentenvorgaben ohne Berücksichtigung einer Drehmomentenvorgabe einer bestimmten Eingriffsfunktion ermittelt wird, bereitstellen würde, während der Verbrennungsmotor mit Berücksichtigung der Drehmomentenvorgabe der bestimmten Eingriffsfunktion betrieben wird, wobei die Steuereinheit umfasst:

- eine Einrichtung zum Ermitteln eines resultierenden Soll-Moments aus einer oder mehreren Momentenvorgaben, wobei die Drehmomentenvorgabe der bestimmten Eingriffsfunktion unberücksichtigt bleibt;
- eine Einrichtung zum Ermitteln einer Angabe eines optimalen Moments ohne Eingriff der bestimmten Eingriffsfunktion abhängig von dem resultierenden Soll-Moment und unter Berücksichtigung eines dynamischen Verhaltens eines Luftsystems des Verbrennungsmotors;
- eine Einrichtung zum Auswählen eines ersten oder eines zweiten Momentenmodells zum Bereitstellen mindestens einer Wirkungsgradgrenze abhängig von einer während der aktivierten Eingriffsfunktion erfolgenden Beeinflussung der Wirkungsgradgrenze, wobei die Wirkungsgradgrenze einem größtmöglichem oder einem kleinstmöglichen Wirkungsgrad entspricht, der von dem Verbrennungsmotor real bereitstellbar ist; und
- eine Einrichtung zum Bestimmen der Stellgrenze für das hypothetische Istmoment anhand der Angabe des optimalen Moments und der mindestens einen Wirkungsgradgrenze.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das obige Verfahren ausführt.
Figurenliste
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Blockdarstellung eines Motorsystems für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 ein Funktionsdiagramm zur Veranschaulichung der Funktion zur Bestimmung des maximalen und minimalen Basismoments ohne Getriebesteuereingriff;
3 bis 5 zeigen verschiedene qualitative Signalverlaufs -Diagramme für relevante Größen während eines und kurz nach einem Getriebesteuereingriff an.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt schematisch ein Blockdiagramm eines Motorsystems 1 mit einem Verbrennungsmotor 2, der über seinen Abtriebsstrang 3 mit einem Schaltgetriebe 4 gekoppelt ist. Das Schaltgetriebe 4 umfasst eine Getriebeeinheit 5 und eine Kupplungseinheit 6 und wird von einer Getriebesteuereinheit 7 angesteuert, um ein Ein- und Auskuppeln und ein Schalten zwischen den Schaltstufen zu realisieren. Die Getriebesteuereinheit 7 stellt das Getriebemoment M_Getriebe zur Verfügung, das in der Motorsteuereinheit 8 bei der Ermittlung des resultierenden Soll-Moments M_Soll' berücksichtigt wird. Das von der Getriebesteuereinheit 7 bereitgestellte Getriebemoment M_Getriebe kann positive und negative Werte annehmen.
Der Verbrennungsmotor 2 wird gemäß einem vorgegebenen Soll-Moment M_Soll und sonstigen Momentenanforderungen M_sonst sowie einem Getriebemoment M_Getriebe angesteuert, aus denen in einer Motorsteuereinheit 8 ein resultierendes Soll-Moment M_Soll' ermittelt wird. Das resultierende Soll-Moment M_Soll' ergibt sich beispielsweise aus der Summe der sonstigen Momentenanforderungen M_sonst und dem Getriebemoment M_Getriebe. Alternativ oder zusätzlich kann sich das resultierende Soll-Moment M_Soll' aus einer Kombination von Minimum- und Maximum-Auswahlen des vorgegebenen Soll-Moments M_soll, das z. B. einem Fahrerwunschmoment entsprechen kann, den sonstigen Momentenanforderungen M_sonst, die beispielsweise von einer ESP-Einheit, von einer Schutzfunktion, von einer Drehzahlbegrenzungsfunktion, bei einer Betriebsartenumschaltung und dgl. bereitgestellt werden können, sowie dem Getriebemoment M_Getriebe ergeben.
Weiterhin wird in der Motorsteuereinheit 8 das resultierende Soll-Moment M_Soll' in Motorgrößen, wie z.B. Drosselklappenstellung DK, Einspritzmenge EM, Zündwinkel ZW und dgl. umgesetzt, um den Verbrennungsmotor 2 gemäß dem geforderten resultierenden Soll-Moment M_Soll' anzusteuern. In der Motorsteuerung 8 ist dazu ein Momentenmodell hinterlegt, das z. B. mit Hilfe eines oder mehrerer Kennfelder das resultierende Soll-Moment M_Soll' in die entsprechenden Motorgrößen umsetzt.
Die Getriebesteuereinheit 7 dient dazu, bei einem Automatikgetriebe den Schaltvorgang möglichst komfortabel zu steuern. Dazu benötigt die Getriebesteuereinheit 7 einige Informationen von dem Motorsteuergerät 8, wie z. B. eine Angabe über ein hypothetisches Istmoment, die angibt, welches Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 2 bereitgestellt würde, wenn die Einflussnahme durch das Getriebesteuergerät 7 nicht vorläge. Diese Größe wird Istmoment ohne Getriebesteuereingriff IstMdOGE genannt.
Die Ermittlung des Istmoments ohne Getriebesteuereingriff IstMdOGE im Motorsteuergerät 8 ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird in dieser Beschreibung nicht weiter erläutert. Durch einen Eingriff des Getriebesteuergeräts 7 können jedoch die kurzfristig einstellbaren maximalen und minimalen Basismomente beeinflusst werden, und zwar z. B. durch eine Beeinflussung der Drosselklappenstellung und damit der Zylinderfüllung (direkte Luftfüllungsbeeinflussung) oder auch durch indirekte Einflüsse, wie z. B. durch Drehzahländerungen, Nockenwellenverstellung für Einlass- oder Auslassventile, Ausblendung einzelner oder aller Zylinder, Verstellen der Ladungsbewegungsklappe, Saugrohrumschaltung, Schalten des Schubumluftventils, Veränderung des Ladedrucks und dergleichen.
Es ist daher notwendig, ein maximales Basismoment ohne Getriebesteuereingriff MxBsMdOGE und ein minimales Basismoment ohne Getriebesteuereingriff MnBsMdOGE zu bestimmen, um eine realistische Angabe über ein kurzfristig erreichbares Istmoment ohne Getriebesteuereingriff zu bestimmen. Dies wird im Allgemeinen dadurch erreicht, indem das zunächst unbegrenzte Istmoment ohne Getriebesteuereingriff IstMdOGE mithilfe des maximalen bzw. des minimalen Basismoments ohne Getriebesteuereingriff MxBsMdOGE, MnBsMdOGE begrenzt wird. Das begrenzte Istmoment ohne Getriebesteuereingriff wird der Getriebesteuereinheit 7 zur Verfügung gestellt.
Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, das die Ermittlung des maximalen und minimalen Basismoments ohne Getriebesteuereingriff in einfacher Weise ermöglicht. In 2 ist schematisch ein Funktionsablauf für das Verfahren zur Ermittlung des maximalen bzw. minimalen Basismoments ohne Getriebesteuereingriff dargestellt. Das Verfahren wird vorzugsweise in dem Motorsteuergerät z. B. mit Hilfe einer Software, Firmware oder Hardware durchgeführt.
Einem ersten Funktionsblock 11 werden das vorgegebene Soll-Moment M_Soll, insbesondere das Fahrerwunschmoment, sowie alle weiteren sonstigen Momentenanforderungen M_sonst, einschließlich des Getriebemoments M_Getriebe, zugeführt. Es wird aus dem vorgegebenen Soll-Moment M_Soll sowie den weiteren sonstigen Momentenanforderungen M_sonst, abhängig von einem dem Motorsteuergerät bereitgestellten Getriebesteuersignal GE, ein Soll-Moment ohne Getriebesteuereingriff M_{Soll_OGE} ermittelt, wobei das Getriebemoment M_Getriebe bei aktiver Getriebesteuerfunktion nicht berücksichtigt wird. Das dem Motorsteuergerät bereitgestellte Getriebesteuersignal GE gibt also an, wann eine Luftbeeinflussung und/oder eine Wirkungsgradbeeinflussung durch den Getriebesteuereingriff vorliegen kann, d. h. wann ein Getriebemoment M_Getriebe, das ungleich Null ist, bereitgestellt werden kann.
Sobald durch ein aktives Getriebesteuersignal GE, das einen Getriebesteuereingriff anzeigt, eine Luftbeeinflussung erkannt wird, wird das Soll-Moment M_Soll ohne Getriebesteuereingriff M_{Soll_OGE} als Zielmoment angesehen, welchem sich das optimale Moment ohne Getriebesteuereingriff mit der bekannten physikalischen zeitlichen Verzögerung, die aus dem Volumen des Saugrohrs resultiert, bzw. dem zeitlichen Verlauf (Saugrohrdynamik, Füllungsdynamik) annähert.
Das Soll-Moment ohne Getriebesteuereingriff M_{Soll_OGE} wird in einem Begrenzungsblock 12 auf einen realistischen Stellbereich beschränkt. Der realistische Stellbereich ergibt sich aus dem dem Verbrennungsmotor 2 zugrunde liegenden Momentenmodell 13 sowie aus einem Luftfüllungsmodell 14, die ein maximales und minimales Basismoment Mmax, Mmin bzw. eine maximale und minimale Füllung Fmax, Fmin dem Begrenzungsblock 12 bereitstellen. Das Momentenmodell 13 und das Luftfüllungsmodell 14 können beispielsweise als Kennfelder bereitgestellt werden. Als Ergebnis der Begrenzung im Begrenzungsblock 12 erhält man ein begrenztes Soll-Moment ohne Getriebesteuereingriff M_{Soll_OGE_BEG}. Das Luftfüllungsmodell 14 beschreibt die Charakteristik des Luftsystems, wie z. B. das Volumen des Saugrohrs, die Ladecharakteristik eines Turboladers und dergleichen, d. h. die maximale und minimale Luftfüllung. Durch ein geeignetes Standardmomentenmodell, das in dem Begrenzungsblock 12 vorgesehen ist, werden die maximale und minimale Luftfüllung in theoretische Momentengrenzen umgesetzt. Das Momentenmodell 13 beschreibt den herkömmlichen Verbrennungsmotor in einem normalen Betriebszustand und verwendet alle verfügbaren Eingangsgrößen, d. h. das Soll-Moment M_Soll, insbesondere das Fahrerwunschmoment, sowie alle weiteren sonstigen Momentenanforderungen M_sonst, einschließlich des Getriebemoments M_Getriebe und ermittelt daraus das maximale und minimale Basismoment Mmax, M_min als reale Istgrenzen.
Das begrenzte Soll-Moment ohne Getriebesteuereingriff M_{Soll_OGE_BEG} wird einem Luftsystemmodell 15 in Form eines Filters zugeführt, um das dynamische Verhalten des Luftsystems des Verbrennungsmotors 2, insbesondere des Saugrohrs, zu modellieren. Dazu erhält das Luftsystemmodell 15 eine Angabe über die Zeitkonstante T von dem Luftfüllungsmodell 14. Die Zeitkonstante T kann von der Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 und von der Last M_Last des Verbrennungsmotors 2 abhängig sein. Als Ergebnis erhält man ein modelliertes optimales Moment M_{Soll_OGE_mod}, das ein Moment angibt, das kurzfristig aufgrund der Dynamik des Luftsystems erreicht werden kann.
Mit Kenntnis der aktuell anliegenden Drücke im Saugrohr (vor und nach der Drosselklappe) kann basierend auf dem Systemzustand (z. B. dem aktuellen Ladezustand eines evtl. vorhandenen Turboladers und auf dem aktuellen Zustand des Luftsystems, Schubumluftventil und dgl.) das kurzfristig maximal erreichbare optimale Moment abgeschätzt werden. Der Zielwert des modellierten optimalen Moments wird durch das sich daraus ergebende reale optimale Moment OptMreal, das von dem Momentenmodell 13 bereitgestellt wird, begrenzt. Dadurch bleibt das modellierte optimale Moment ohne Getriebesteuereingriff OptMmod realistisch und die nachfolgend hieraus berechneten Größen, das maximale und minimale Basismoment ohne Getriebesteuereingriff MxBsMdOGE, MnBsMdOGE, kurzfristig einstellbar.
Die Berechnung des optimalen Moments ohne Getriebesteuereingriff OptMdOGE erfolgt nur, solange die Beeinflussung des optimalen Moments durch die Getriebesteuereinheit 7 aktiv ist, was durch das Getriebesteuersignal GE angezeigt wird, und anschließend für die Dauer des stetigen Übergangs auf die reale Größe. Das Überführen in die reale Größe zum Ende der Beeinflussung durch die Getriebesteuereinheit 7 erfolgt mit Hilfe einer Angleichfunktion 16. Die Angleichfunktion 16 erhält das sich aus dem Luftsystemmodell 15 ergebende modellierte optimale Moment ohne Getriebesteuereingriff M_{Soll_OGE_mod} und weiterhin das reale optimale Moment OptMreal aus dem Momentenmodell 13 des Verbrennungsmotors 2. Im Wesentlichen dient die Angleichfunktion 16 dazu, entweder das modellierte optimale Moment ohne Getriebesteuereingriff M_{Soll_OGE_mod} oder das reale optimale Moment OptMreal aus dem Momentenmodell 13 abhängig von dem Getriebesteuersignal GE auszuwählen und sprunghafte Übergänge des resultierenden optimalen Moments ohne Getriebesteuereingriff OptMdOGE zu vermeiden.
Zu Beginn der Beeinflussung durch die Getriebesteuereinheit 7 sind das modellierte optimale Moment ohne Getriebesteuereingriff M_{Soll_OGE_mod} und das reale optimale Moment OptMreal aus dem Momentenmodell 13 gleich. Nach Beginn des Eingriffs der Getriebesteuereinheit 7 entfernt sich das modellierte optimale Moment M_{Soll_OGE_mod} von dem realen optimalen Moment OptMreal. Dies ist die Folge davon, dass bei der Bestimmung des realen optimalen Moments OptMreal durch das Momentenmodell 13 die Drehmomentenvorgabe durch die Getriebesteuereinheit 7 weiterhin berücksichtigt wird. Durch die Angleichfunktion 16 wird die modellierte Größe M_{Soll_OGE_mod} so realistisch wie möglich dargestellt, da diese nach Ende der Beeinflussung durch die Getriebesteuereinheit 7 (angezeigt durch das Getriebesteuersignal GE) stetig wieder an das reale optimale Moment OptMreal angenähert wird. Das aus der Angleichfunktion 16 resultierende optimale Moment ohne Getriebesteuereingriff OptMdOGE kann dadurch so realistisch wie möglich dargestellt werden, und weicht nur solange notwendig vom realen optimalen Moment OptMreal ab. Durch das Angleichen wird ermöglicht, dass der Wert des optimalen Moments ohne Getriebesteuereingriff OptMdOGE keine Sprünge aufweist. Dies kann beispielsweise durch eine Rampenfunktion erreicht werden, die einen maximalen Gradienten definiert, mit dem der Wert des modellierten optimalen Moments ohne Getriebesteuereingriff M_{Soll_OGE_mod} linear oder stufenförmig auf das reale optimale Moment zurückgeführt wird. Auch andere Funktionen, die einen stetigen, gradientenbegrenzten Übergang realisieren, sind möglich. Die Rampenfunktion kann beispielsweise einen maximalen Änderungswert definieren, um den der Wert des modellierten optimalen Moments ohne Getriebesteuereingriff OptMmod während eines Steuerzyklus maximal in Richtung des realen optimalen Moments verändert wird.
Aus dem optimalen Moment ohne Getriebesteuereingriff OptMdOGE wird nun das maximale Basismoment ohne Getriebesteuereingriff MxBsMdOGE bzw. das minimale Basismoment ohne Getriebesteuereingriff MnBsMdOGE berechnet. Das maximale Basismoment ohne Getriebesteuereingriff MxBsMdOGE ergibt sich wie folgt: MxBsMdOGE = OptMdOGE × MxEtaOGE.
Das minimale Basismoment ohne Getriebeeingriff ergibt sich wie folgt: $MnBsMdOGE = OptMdOGE \times MnEtaOGE .$
MxEtaOGE entspricht dem größtmöglichen Basiswirkungsgrad ohne Getriebesteuereingriff und MnEtaOGE entspricht dem kleinstmöglichen Basiswirkungsgrad ohne Getriebesteuereingriff. Der größtmögliche bzw. der kleinstmögliche Wirkungsgrad entsprechen Wirkungsgradgrenzen, die den maximalen bzw. minimalen Wirkungsgrad angeben, der von dem Verbrennungsmotor real bereitgestellt werden kann, z. B. durch Zündwinkelverstellung und Lambda-Einfluss.
Die oben beschriebene Multiplikation wird in den Multiplikationsgliedern 18 separat durchgeführt. Die maximalen und minimalen Basiswirkungsgrade MnEtaOGE ergeben sich aus dem herkömmlichen, für den normalen Betrieb des Verbrennungsmotors verwendeten Momentenmodell MM 19 (in Form eines oder mehrere Kennfelder) und werden den Multipliziergliedern 18 zur Verfügung gestellt. Das herkömmliche Momentenmodell 19 wird verwendet, solange ein Getriebesteuereingriff (Getriebesteuersignal GE) nicht vorliegt und solange während des Getriebesteuereingriffs kein die Wirkungsgradgrenze beeinflussendes Getriebemoment M_Getriebe bereitgestellt wird. Die Wirkungsgradgrenzen können beispielsweise durch eine Sollmomentenänderung, die zu einer Ausblendung von Zylindern, zu einer veränderten Stöchiometrie oder zu einer veränderten Klopfneigung führt, verändert werden. Weitere das Momentenmodell verändernde Faktoren sind z. B. die Drosselklappenstellung und damit die Zylinderfüllung (direkte Luftfüllungsbeeinflussung) oder auch indirekte Einflüsse, wie z. B. durch Drehzahländerungen, Nockenwellenverstellung für Einlass- oder Auslassventile, Verstellen der Ladungsbewegungsklappe, Saugrohrumschaltung, Schalten des Schubumluftventils, Veränderung des Ladedrucks und dgl..
Liegt jedoch ein Getriebesteuereingriff vor und erfolgt während des Getriebesteuereingriffs eine Änderung des vorgegebenen Sollmoments, die dazu führt, dass das herkömmliche Momentenmodell MM 19 nicht verwendet werden kann, wie z. B. bei einer Änderung der Anzahl ausgeblendeter Zylinder, wird dies durch eine Entscheidungseinheit 22 festgestellt. Die Entscheidungseinheit 22 erhält im gezeigten Ausführungsbeispiel das Getriebesteuersignal und ein Ausblendungssignal Ab, das eine Ausblendung von Zylindern anzeigt. Die Entscheidungseinheit 22 kann beispielsweise bei geeigneter Wahl der Signale eine UND-Verknüpfung vornehmen.
Die Entscheidungseinheit 22 steuert eine Auswahleinheit 21 an, so dass auswählbar ist, ob der maximale Basiswirkungsgrad ohne Getriebesteuereingriff MxEtaOGE sowie der minimale Basiswirkungsgrad ohne Getriebesteuereingriff MnEtaOGE durch das herkömmliche Momentenmodell 19 oder durch ein modifiziertes Momentenmodell MM_Mod 20 zur Verfügung gestellt wird.
Im Fall der Ausblendung von Zylindern berücksichtigt das modifizierte Momentenmodell MM_Mod 20 den veränderten Lambda-Wirkungsgrad. Durch die Ausblendung von Zylindern wird die Stöchiometrie (Lambda) der noch befeuerten Zylinder und damit der Wirkungsgrad dieser Zylinder verändert. Weiterhin wird durch die Ausblendung und durch das veränderte Lambda der befeuerten Zylinder die Klopfneigung der Zylinder verändert. Dies wird ebenfalls in dem modifizierten Momentenmodell MM_Mod 20 berücksichtigt.
Das maximale Basismoment ohne Getriebesteuereingriff MxBsMdOGE sowie das minimale Basismoment ohne Getriebesteuereingriff MnBsMdOGE, die sich als Ergebnis der Multiplikation mit dem entsprechenden maximal möglichen Basiswirkungsgrad MxEtaOGE bzw. minimal möglichen Basiswirkungsgrad MnEtaOGE in den Multipliziergliedern 18 ergeben, wird einer weiteren Angleichfunktion 23 zugeführt, die nach Beenden des Getriebesteuereingriffs das maximale bzw. das minimale Basismoment ohne Getriebesteuereingriff MxBsMdOGE, MnBsMdOGE sprungfrei, d. h. stetig zu den realen maximalen und minimalen Drehmomenten Mmax, M_Min aus dem Momentenmodell 13 überführt. Die Funktionsweise der weiteren Angleichfunktion 23 entspricht einer der Funktion, die die Angleichfunktion 16 wahrnehmen kann. Das Angleichen wird für das maximale Basismoment ohne Getriebesteuereingriff MxBsMdOGE sowie das minimale Basismoment ohne Getriebesteuereingriff MnBsMdOGE separat durchgeführt. Hierdurch werden die modulierten Ober- und Untergrenzen des Basismoments ohne Getriebesteuereingriff so realistisch wie möglich dargestellt. Sie weichen nur solange wie notwendig von ihren realen Werten, d. h. von dem von dem Momentenmodell 13 bereitgestellten maximalen und minimalen Basismoment Mmax, Mmin ab.
Aus dem optimalen Moment ohne Getriebesteuereingriff OptMdOGE sowie aus dem minimalen und maximalen Basismoment ohne Getriebesteuereingriff MnBsMdOGE, MxBsMdOGE wird nun das Istmoment ohne Getriebesteuereingriff IstMdOGE analog zu heute bekannten Systemen bestimmt und an das Getriebesteuergerät 7 zurückgemeldet. Somit ist es möglich, das Istmoment ohne Getriebesteuereingriff IstMdOGE bereitzustellen, ohne dass eine Momentenanforderung des Getriebesteuergeräts diesen Wert beeinflussen kann und weiterhin, dass das Istmoment ohne Getriebesteuereingriff IstMdOGE in einem realistischen Wertebereich liegt, der einstellbar ist, sobald die Luftbeeinflussung durch das Getriebesteuergerät 7 und die Beeinflussung auf die Wirkungsgrade beendet sind.
Die 3 bis 5 zeigen verschiedene Verläufe der Größen resultierendes Soll-Moment M_{Soll_OGE}, des Getriebemoments M_Getriebe, das maximale und das minimale Basismoment ohne Getriebesteuereingriff MxBsMdOGE, MnBsMdOGE sowie das reale Basismoment, d. h. das Istmoment IstMreal.
Die drei Figuren geben jeweils für unterschiedliche Verläufe des resultierenden Soll-Moments M_{Soll_OGE} während eines aktiven Getriebesteuereingriffs (Signal M_Getriebe zeigt das Getriebesteuermoments) qualitativ die resultierenden Größen IstMreal, sowie das maximale und das minimale Basismoment ohne Getriebesteuereingriff MxBsMdOGE, MnBsMdOGE bzw. das optimale Moment ohne Getriebesteuereingriff OptMdOGE an. Man erkennt, dass, angegeben durch die Zeitdauer III, das optimale Basismoment ohne Getriebesteuereingriff OptMdOGE nach Beenden des Getriebesteuereingriffs schrittweise bzw. stetig mit vorgegebenen Gradienten wieder an das reale Basismoment (Istmoment) IstMreal angeglichen wird, um Sprünge des dem Getriebesteuergerät 7 bereitgestellten Werts des Istmoments ohne Getriebesteuereingriff IstMdOGE möglichst zu vermeiden.
Obwohl die vorstehende Ausführungsform in Verbindung mit einem Getriebesteuergerät beschrieben wurde, kann das o. a. Verfahren auch mit anderen Funktionen, die eine zeitlich begrenzte Momentenvorgabe liefern, durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Stellgrenze (MnBsMdOGE, MxBsMdOGE) für ein hypothetisches Istmoment (IstMdOGE) eines Verbrennungsmotors (2), wobei das hypothetische Istmoment (IstMdOGE) ein Drehmoment angibt, das der Verbrennungsmotor bei Vorgabe eines Moments, das aus einer oder mehreren Momentenvorgaben (M_Soll, M_Sonst) ohne Berücksichtigung einer Drehmomentenvorgabe einer bestimmten Eingriffsfunktion ermittelt wird, bereitstellen würde, während der Verbrennungsmotor (2) mit Berücksichtigung der Drehmomentenvorgabe der bestimmten Eingriffsfunktion betrieben wird, mit folgenden Schritten: - Ermitteln eines resultierenden Soll-Moments (M_{soll_OGE}) aus einer oder mehreren Momentenvorgaben (M_Soll, M_Sonst), wobei die Drehmomentenvorgabe der bestimmten Eingriffsfunktion unberücksichtigt bleibt; - Ermitteln einer Angabe eines optimalen Moments (OptMdOGE) ohne Eingriff der bestimmten Eingriffsfunktion abhängig von dem resultierenden Soll-Moment (M_{Soll_OGE}) und unter Berücksichtigung eines dynamischen Verhaltens eines Luftsystems des Verbrennungsmotors; gekennzeichnet durch ein - Auswählen eines ersten oder eines zweiten Momentenmodells (19, 20) zum Bereitstellen mindestens einer Wirkungsgradgrenze (MxEtaOGE, MnEtaOGE) abhängig von einer während der aktivierten Eingriffsfunktion erfolgenden Beeinflussung der Wirkungsgradgrenze, wobei die Wirkungsgradgrenze (MxEtaOGE, MnEtaOGE) einem größtmöglichem oder einem kleinstmöglichem Wirkungsgrad entspricht, der von dem Verbrennungsmotor (2) real bereitstellbar ist; - Bestimmen der Stellgrenze (MnBsMdOGE, MxBsMdOGE) für das hypothetische Istmoment (IstMdOG E) anhand der Angabe des optimalen Moments (OptMdOGE) und der mindestens einen Wirkungsgradgrenze (MxEtaOGE, MnEtaOGE).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das dynamische Verhalten des Luftsystems durch ein dynamisches Luftsystemmodell modelliert wird, wobei mit Hilfe eines dynamischen Luftsystemmodells zunächst ein modelliertes optimales Moment (M_{Soll_OGE_mod}) ermittelt wird, wobei eine Angleichfunktion (16) angewendet wird, um abhängig von der Deaktivierung der bestimmten Eingriffsfunktion das modellierte optimale Moment (M_{Soll_OGE_mod}) stetig an ein reales optimales Moment (OptMreal), das durch ein Momentenmodell (13) des Verbrennungsmotors (2) ermittelt wird und das Moment bei Berücksichtigung der Drehmomentenvorgabe der bestimmten Eingriffsfunktion angibt, anzugleichen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Angleichfunktion (16) das Angleichen mit Hilfe einer stetigen Funktion, insbesondere mit Hilfe einer Rampenfunktion mit einem maximalen Gradienten, durchführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei als Beeinflussung der Wirkungsgradgrenze (MxEtaOGE, MnEtaOGE) eine Angabe über eine Zylinderausblendung (Ab), eine Angabe über die Stöchiometrie oder eine Angabe über eine Klopfneigung verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ermittelte Stellgrenze nach Deaktivieren der bestimmten Eingriffsfunktion gemäß einer weiteren Angleichfunktion an Momentengrenzwerte (M_max, M_min) eines Momentenmodells (13) des Verbrennungsmotors (2) mit Hilfe einer stetigen Funktion, insbesondere gemäß einer weiteren Rampenfunktion, angeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die bestimmte Eingriffsfunktion eine Getriebesteuerfunktion zur Steuerung eines Schaltvorgangs eines mit dem Verbrennungsmotor (2) gekoppelten Getriebes (4) ist.
Steuereinheit zur Ermittlung einer Stellgrenze (MnBsMdOGE, MxBsMdOGE) für ein hypothetisches Istmoment (IstMdOGE) eines Verbrennungsmotors, wobei das hypothetische Istmoment (IstMdOGE) ein Drehmoment angibt, das der Verbrennungsmotor (2) bei Vorgabe eines Moments, das aus einer oder mehreren Momentenvorgaben (M_soll, M_Sonst) ohne Berücksichtigung einer Drehmomentenvorgabe einer bestimmten Eingriffsfunktion ermittelt wird, bereitstellen würde, während der Verbrennungsmotor (2) mit Berücksichtigung der Drehmomentenvorgabe der bestimmten Eingriffsfunktion betrieben wird, wobei die Steuereinheit umfasst: - eine Einrichtung (11) zum Ermitteln eines resultierenden Soll-Moments (M_{Soll_OGE}) aus einer oder mehreren Momentenvorgaben (M_Soll, M_Sonst), wobei die Drehmomentenvorgabe der bestimmten Eingriffsfunktion unberücksichtigt bleibt; - eine Einrichtung (12, 15, 16) zum Ermitteln einer Angabe eines optimalen Moments (OptMdOGE) ohne Eingriff der bestimmten Eingriffsfunktion abhängig von dem resultierenden Soll-Moment (M_{Soll_OGE}) und unter Berücksichtigung eines dynamischen Verhaltens eines Luftsystems des Verbrennungsmotors; gekennzeichnet durch - eine Einrichtung (21) zum Auswählen eines ersten oder eines zweiten Momentenmodells (19, 20) zum Bereitstellen mindestens einer Wirkungsgradgrenze (MxEtaOGE, MnEtaOGE) abhängig von einer während der aktivierten Eingriffsfunktion erfolgenden Beeinflussung der Wirkungsgradgrenze, wobei die Wirkungsgradgrenze einem größtmöglichem oder einem kleinstmöglichem Wirkungsgrad entspricht, der von dem Verbrennungsmotor real bereitstellbar ist; und - eine Einrichtung (18, 19) zum Bestimmen der Stellgrenze (MnBsMdOGE, MxBsMdOGE) für das hypothetische Istmoment (IstMdOGE) anhand der Angabe des optimalen Moments (OptMdOGE) und der mindestens einen Wirkungsgradgrenze (MxEtaOGE, MnEtaOGE).
Computerprogramm, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt.