DE102008030519A1

DE102008030519A1 - Verfahren und Systeme zum Rückmelden von Informationen eines koordinierten Drehmomentsteuersystems

Info

Publication number: DE102008030519A1
Application number: DE102008030519A
Authority: DE
Inventors: Christopher E. Highland Whitney; Robert C. jun. Brighton Simon; Leonard G. Ann Arbor Wozniak; Richard B. Haslett Jess; Meera West Bloomfield Raja
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2028-06-28
Also published as: US20090005216A1; DE102008030519B4; US7599780B2; CN101363373A; CN101363373B

Abstract

Ein Maschinensteuersystem umfasst ein erstes Drehmomentanforderungsmodul, das eine erste Drehmomentanforderung erzeugt, ein zweites Drehmomentanforderungsmodul, das eine zweite Drehmomentanforderung erzeugt, ein Drehmomentarbitrierungsmodul, ein Arbitrierungsrückmeldungsmodul und ein Drehmomentsteuermodul. Das Drehmomentarbitrierungsmodul wählt entweder die erste oder die zweite Drehmomentanforderung aus und gibt auf der Grundlage der unter der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung ausgewählten Drehmomentanforderung ein arbitriertes Drehmoment aus. Das Arbitrierungsrückmeldungsmodul berichtet ein Statussignal an das erste Drehmomentanforderungsmodul. Das Statussignal besitzt einen ersten Wert, wenn die erste Drehmomentanforderung die unter der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung ausgewählte Drehmomentanforderung ist. Das Drehmomentsteuermodul steuert eine Maschine, um das arbitrierte Drehmoment zu erzeugen. Die Leistungsquelle umfasst eine Brennkraftmaschine.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/958,003, eingereicht am 29. Juni 2007. Der Offenbarungsgehalt der obigen Anmeldung ist hier vollständig durch Bezugnahme mit aufgenommen.
GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Systeme für die Maschinendrehmomentsteuerung.
HINTERGRUND
Die hier gegebene Beschreibung des Hintergrunds bezweckt eine allgemeine Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Die Arbeit der genannten Erfinder, soweit sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben wird, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung nicht möglicherweise anderweitig als Stand der Technik in Frage kommen, werden weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung anerkannt.
Brennkraftmaschinen verbrennen ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in Zylindern, um Kolben anzutreiben, was ein Antriebsmoment erzeugt. Der Luftdurchfluss in die Maschine wird über eine Drossel reguliert. Genauer stellt die Drossel eine Drosselfläche ein, die den Luftdurchfluss in die Maschine vergrößert oder verkleinert. Wenn die Drosselfläche zunimmt, nimmt der Luftdurchfluss in die Maschine zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, so ein, dass ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Gemisch an die Zylinder geliefert wird. Das Vermehren der Luft und des Kraftstoffs für die Zylinder erhöht die Drehmomentabgabe der Maschine.
Es sind Maschinensteuersysteme entwickelt worden, die die Maschinendrehmomentabgabe so steuern, dass ein Soll-Drehmoment erzielt wird. Herkömmliche Maschinensteuersysteme steuern jedoch die Maschinendrehmomentabgabe nicht so genau wie erwünscht. Außerdem sprechen herkömmliche Maschinensteuersysteme auf Steuersignale nicht so schnell wie erwünscht an oder koordinieren die Maschinendrehmomentsteuerung unter verschiedenen Vorrichtungen so, dass die Maschinendrehmomentabgabe beeinträchtigt wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Maschinensteuersystem umfasst ein erstes Drehmomentanforderungsmodul, das eine erste Drehmomentanforderung erzeugt, ein zweites Drehmomentanforderungsmodul, das eine zweite Drehmomentanforderung erzeugt, ein Drehmomentarbitrierungsmodul, ein Arbitrierungsrückmeldungsmodul und ein Drehmomentsteuermodul. Das Drehmomentarbitrierungsmodul wählt entweder die erste oder die zweite Drehmomentanforderung aus und gibt auf der Grundlage der unter der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung ausgewählten Drehmomentanforderung ein arbitriertes Drehmoment aus. Das Arbitrierungsrückmeldungsmodul berichtet ein Statussignal an das erste Drehmomentanforderungsmodul. Das Statussignal besitzt einen ersten Wert, wenn die erste Drehmomentanforderung die unter der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung ausgewählte Drehmomentanforderung ist. Das Drehmomentsteuermodul steuert eine Leistungsquelle, um das arbitrierte Drehmoment zu erzeugen. Die Leistungsquelle umfasst eine Brennkraftmaschine. Das Arbitrierungsrückmeldungsmodul berichtet außerdem ein zweites Statussignal an das zweite Drehmomentanforderungsmodul. Das zweite Statussignal besitzt den ersten Wert, wenn die zweite Drehmomentanforderung die unter der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung ausgewählte Drehmomentanforderung ist.
Ein Verfahren umfasst das Erzeugen einer ersten Drehmomentanforderung, das Erzeugen einer zweiten Drehmomentanforderung, das Auswählen entweder der ersten oder der zweiten Drehmomentanforderung, das Erzeugen eines arbitrierten Drehmoments auf der Grundlage der unter der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung ausgewählten Drehmomentanforderung, das Berichten eines Statussignals, wobei das Statussignal einen ersten Wert besitzt, wenn die erste Drehmomentanforderung die unter der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung ausgewählte Drehmomentanforderung ist, und das Steuern einer Leistungsquelle, um das arbitrierte Drehmoment zu erzeugen. Das Verfahren umfasst ferner das Berichten eines zweiten Statussignals. Das zweite Statussignal besitzt den ersten Wert, wenn die zweite Drehmomentanforderung die unter der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung ausgewählte Drehmomentanforderung ist. Die Leistungsquelle umfasst eine Brennkraftmaschine.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachstehend gegebenen genauen Beschreibung deutlich. Selbstverständlich sind die genaue Beschreibung und die spezifischen Beispiele lediglich zum Zweck der Veranschaulichung gedacht und nicht dazu gedacht, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird vollständiger verstanden anhand der genauen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 ein funktionaler Blockschaltplan eines beispielhaften Maschinensystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein funktionaler Blockschaltplan eines beispielhaften Maschinensteuersystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein funktionaler Blockschaltplan ist, der ein beispielhaftes Drehmomentarbitrierungssystem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
4 ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung eines Arbitrierungsmoduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
5 ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung eines Anforderermoduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist; und
6 eine Tabelle einer beispielhaften Integratorsteuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft, wobei keineswegs beabsichtigt ist, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen zu beschränken. Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen zum Kennzeichnen ähnlicher Elemente verwendet. Der Ausdruck "wenigstens eines von A, B und C" soll als logisches "A oder B oder C" unter Verwendung eines nichtexklusiven logischen ODER interpretiert werden. Wohlgemerkt können die Schritte in einem Verfahren in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
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 und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität verschaffen.
In 1 ist ein funktionaler Blockschaltplan eines Maschinensystems 100 dargestellt. Die Lehren der vorliegenden Offenbarung gelten für Drehmomenterzeuger jeglichen Typs einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Benzinmaschinen mit Funkenzündung, Dieselmaschinen mit Kompressionszündung, Brennstoffzellenmaschinen, Propanmaschinen, Elektromotoren usw. Lediglich zur Veranschaulichung zeigen die folgenden Figuren eine benzingespeiste Brennkraftmaschine mit Funkenzündung.
Das Maschinensystem 100 umfasst eine Maschine 102, die ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um auf einem Fahrereingabemodul 104 basierend ein Antriebsmoment für ein Fahrzeug zu erzeugen. Durch ein Drosselventil 112 wird Luft in einen Ansaugkrümmer bzw. Einlasskrümmer 110 angesaugt. Ein Maschinensteuermodul (engine control module, ECM) 114 befiehlt einem Drosselaktormodul 116, die Öffnung des Drosselventils 112 zu regulieren, um die in den Ansaugkrümmer 110 angesaugte Luftmenge zu steuern.
Luft von dem Ansaugkrümmer 110 wird in Zylinder der Maschine 102 angesaugt. Obwohl die Maschine 102 mehrere Zylinder umfassen kann, ist zu Erläuterungszwecken ein einziger repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Lediglich als Beispiel kann die Maschine 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder umfassen. Das ECM 114 kann ein Zylinderaktormodul 120 anweisen, wahlweise einige der Zylinder zu deaktivieren, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
Luft von dem Ansaugkrümmer 110 wird durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 angesaugt. Das ECM 114 steuert die Menge an durch ein Kraftstoffeinspritzsystem 124 eingespritzten Kraftstoff. Das Kraftstoffeinspritzsystem 124 kann an einem zentralen Ort Kraftstoff in den Ansaugkrümmer 110 einspritzen oder kann an mehreren Orten wie etwa in der Nähe des Einlassventils jedes der Zylinder Kraftstoff in den Ansaugkrümmer 110 einspritzen. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzsystem 124 Kraftstoff direkt in die Zylinder einspritzen.
Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Luft und erzeugt das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 118. Ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 komprimiert das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Auf der Grundlage eines Signals von dem ECM 114 speist ein Zündfunkenaktor modul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118, die das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Die zeitliche Steuerung des Zündfunkens kann relativ zu jenem Zeitpunkt, zu dem sich der Kolben an seiner obersten Position, die als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet wird, jenem Punkt, an dem das Luft/Kraftstoff-Gemisch am stärksten komprimiert ist, befindet, spezifiziert sein.
Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs treibt den Kolben nach unten, wodurch eine sich drehende Kurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Kolben beginnt dann, sich wieder nach oben zu bewegen, und stößt die Verbrennungsnebenprodukte durch ein Auslassventil 130 aus. Die Verbrennungsnebenprodukte werden über ein Abgassystem 134 aus dem Fahrzeug ausgeströmt.
Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen mehrere Einlassventile pro Zylinder steuern und/oder die Einlassventile mehrerer Zylinderreihen steuern. Ähnlich können mehrere Aulassnockenwellen mehrere Auslassventile pro Zylinder steuern und/oder Auslassventile für mehrere Zylinderreihen steuern. Das Zylinderaktormodul 120 kann Zylinder deaktivieren, indem es die Versorgung mit Kraftstoff und Zündfunken anhält und/oder ihre Auslass- und/oder Einlassventile sperrt.
Der Zeitpunkt, zu dem das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann durch eine Einlassnockenphasenverstellvorrichtung 148 in Bezug auf den Kolben-OT verändert werden. Der Zeitpunkt, zu dem das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann durch eine Auslassnockenphasenverstellvorrichtung 150 in Bezug auf den Kolben-OT verändert werden. Ein Phasenstellerak tormodul 158 steuert die Einlassnockenphasenverstellvorrichtung 148 und die Auslassnockenphasenverstellvorrichtung 150 auf der Grundlage von Signalen von dem ECM 114.
Das Maschinensystem 100 kann eine Ladedruckvorrichtung umfassen, die dem Einlasskrümmer 110 mit Druck beaufschlagte Luft zuführt. Beispielsweise zeigt 1 einen Turbolader 160. Der Turbolader 160 wird durch Abgase, die durch das Abgassystem 134 strömen, gespeist und führt dem Einlasskrümmer 110 eine Druckluftladung zu. Der Turbolader 160 kann die Luft komprimieren, bevor sie den Einlasskrümmer 110 erreicht.
Ein Ladedruckregelventil 164 kann ermöglichen, dass Abgas den Turbolader 160 umgeht, wodurch die Leistung (oder der Ladedruck) des Turboladers reduziert wird. Das ECM 114 steuert den Turbolader 160 über ein Ladedruckaktormodul 162. Das Ladedruckaktormodul 162 kann den Ladedruck des Turboladers 160 durch Steuern der Stellung des Ladedruckregelventils 164 modulieren. Die Druckluftladung wird dem Einlasskrümmer 110 durch den Turbolader 160 zugeführt. Ein Ladeluftkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der Wärme der Druckluftladung, die erzeugt wird, wenn Luft komprimiert wird, und außerdem durch die Nähe des Abgassystems 134 zunehmen kann, abführen. Alternative Maschinensysteme können ein Aufladegerät umfassen, das dem Einlasskrümmer 110 Druckluft zuführt und durch die Kurbelwelle angetrieben wird.
Das Maschinensystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 umfassen, das Abgas wahlweise zu dem Einlasskrümmer 110 zurück umlenkt. Bei verschiedenen Implementierungen kann das AGR-Ventil 170 nach dem Turbolader 160 angeordnet sein. Das Maschinensystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (re volutions per minute, RPM bzw. min^–1) mittels eines RPM-Sensors bzw. Drehzahlsensors 180 messen. Die Temperatur des Maschinenkühlmittels kann mittels eines Maschinenkühlmittel-(engine coolant temperature, ECT)-Sensors 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann in der Maschine 102 oder an anderen Orten, an denen das Kühlmittel umgewälzt wird, wie etwa einem Kühler (nicht gezeigt) angeordnet sein.
Der Druck in dem Ansaugkrümmer bzw. Einlasskrümmer 110 kann mittels eines Absolutladedruck-(manifold absolute pressure, MAP)-Sensors 184 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der Maschinenunterdruck gemessen werden, wobei der Maschinenunterdruck die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 110 ist. Die Masse an in den Einlasskrümmer 110 strömender Luft kann mittels eines Massenluftdurchfluss-(mass air flow, MAF)-Sensors 186 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse bei dem Drosselventil 112 angeordnet sein.
Das Drosselaktormodul 116 kann die Stellung des Drosselventils 112 mittels eines oder mehrerer Drosselstellungssensoren (throttle position sensors, TPS) 190 überwachen. Die Umgebungstemperatur der in das Maschinensystem 100 angesaugten Luft kann mittels eines Einlasslufttemperatur-(intake air temperature, IAT)-Sensors 192 gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Maschinensystem 100 zu treffen.
Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 kommunizieren, um Schaltvorgänge in einem Getriebe (nicht gezeigt) zu koordinieren. Beispielsweise kann das ECM 114 das Drehmoment während eines Schaltvorgangs reduzieren. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um den Betrieb der Maschine 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren. Der Elektromotor 198 kann auch als Generator arbeiten und dazu verwendet werden, elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Fahrzeugsysteme und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen können das ECM 114, das Getriebesteuermodul 194 und das Hybridsteuermodul 196 in ein oder mehrere Module integriert sein.
Um die verschiedenen Steuermechanismen des Maschinensystems 102 begrifflich zu bezeichnen, kann jedes System, das einen Maschinenparameter verändert, als Aktor bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Drosselaktormodul 116 die Klappenstellung und daher die Öffnungsfläche des Drosselventils 112 verändern. Das Drosselaktormodul 116 kann daher als Aktor bezeichnet werden, wobei die Drosselöffnungsfläche als Aktorstellung bezeichnet werden kann.
Ähnlich kann das Zündfunkenaktormodul 126 als Aktor bezeichnet werden, wobei die entsprechende Aktorstellung das Ausmaß der Frühverstellung ist. Weitere Aktoren umfassen das Ladedruckaktormodul 162, das AGR-Ventil 170, das Phasenstelleraktormodul 158, das Kraftstoffeinspritzsystem 124 und das Zylinderaktormodul 120. Der Begriff "Aktorstellung" bezüglich dieser Aktoren kann dem Ladedruck, der AGR-Ventilöffnung, Einlass- und Auslassnockenwellenstellerwinkeln, dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis bzw. der Anzahl aktivierter Zylinder entsprechen.
In 2 ist ein funktionaler Blockschaltplan eines beispielhaften Maschinensteuersystems gezeigt. Eine beispielhafte Implementierung des ECM 114 umfasst ein Achsendrehmoment-Arbitrierungsmodul 304 Das Achsendrehmoment-Arbitrierungsmodul 304 arbitriert zwischen Fahrereingaben von dem Fahrereingabemodul 104 und anderen Achsendrehmomen tanforderungen. Beispielsweise können Fahrereingaben die Fahrpedalstellung umfassen. Weitere Achsendrehmomentanforderungen können eine während eines Schaltvorgangs durch das Getriebesteuermodul 194 angeforderte Drehmomentreduktion, eine während des Radschlupfs durch eine Antriebsschlupfregelung angeforderte Drehmomentreduktion und Drehmomentanforderungen von einer automatischen Geschwindigkeitsregelung zum Steuern der Geschwindigkeit umfassen.
Achsendrehmomentanforderungen können außerdem Anforderungen von einem Modul für adaptive, automatische Geschwindigkeitsregelung, das eine Drehmomentanforderung so verändern kann, dass ein vorgegebener Folgeabstand eingehalten wird, umfassen. Achsendrehmomentanforderungen können außerdem Drehmomentzunahmen aufgrund eines negativen Radschlupfs wie etwa dann, wenn ein Reifen des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahn schlupft und das durch den Antriebsstrang erzeugte Drehmoment negativ ist, umfassen.
Achsendrehmomentanforderungen können außerdem Bremsdrehmoment-Managementanforderungen und Drehmomentanforderungen, die Fahrzeugzustände zu hoher Geschwindigkeit verhindern sollen, umfassen. Bremsdrehmoment-Managementanforderungen können das Maschinendrehmoment reduzieren, um sicherzustellen, dass das Maschinendrehmoment die Fähigkeit der Bremsen, das Fahrzeug anzuhalten, wenn das Fahrzeug gestoppt wird, nicht übersteigt. Achsendrehmomentanforderungen können außerdem durch Fahrzeugstabilitäts-Steuersysteme erzeugt werden. Achsendrehmomentanforderungen können ferner Drehmomentabschaltungsanforderungen, die beispielsweise erzeugt werden können, wenn ein kritischer Fehler erfasst worden ist, umfassen.
Das Achsendrehmoment-Arbitrierungsmodul 304 gibt Anforderungen nach vorhergesagtem Drehmoment und nach unmittelbarem Drehmoment aus. Die Anforderung nach vorhergesagtem Drehmoment ist jener Drehmomentbetrag, der bald erforderlich sein wird, um die Drehmoment- und/oder Drehzahlanforderungen des Fahrers zu erfüllen. Die Anforderung nach unmittelbarem Drehmoment ist jenes Drehmoment, das zum momentanen Zeitpunkt erforderlich ist, um vorübergehende Drehmomentanforderungen wie etwa Drehmomentreduktionen beim Schalten oder beim Erfassen eines Radschlupfs durch die Antriebsschlupfregelung zu erfüllen.
Die Anforderung nach unmittelbarem Drehmoment kann durch Maschinenaktoren erfüllt werden, die schnell ansprechen, während langsamere Maschinenaktoren darauf abzielen, die Anforderung nach vorhergesagtem Drehmoment zu erfüllen. Beispielsweise kann ein Zündfunkenaktor imstande sein, eine Frühverstellung schnell zu ändern, während Nockenphasenverstellvorrichtungs- oder Drosselaktoren beim Ansprechen langsamer sein können. Das Achsendrehmoment-Arbitrierungsmodul 304 gibt die Anforderungen nach vorhergesagtem und nach unmittelbarem Drehmoment an ein Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 aus.
Bei verschiedenen Implementierungen kann das Achsendrehmoment-Arbitrierungsmodul 304 die Anforderungen nach vorhergesagtem und nach unmittelbarem Drehmoment an ein Hybrid-Optimierungsmodul 308 ausgeben. Das Hybrid-Optimierungsmodul 308 bestimmt, welcher Drehmomentanteil durch die Maschine erzeugt werden soll und welcher Drehmomentanteil durch den Elektromotor 198 Maschine erzeugt werden soll. Das Hybrid-Optimierungsmodul 308 gibt dann modifizierte vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderungswerte an das Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 aus. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Hybrid-Optimierungsmodul 308 in dem Hybridsteuermodul 196 implementiert sein.
Das Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 arbitriert zwischen den Anforderungen nach vorhergesagtem und nach unmittelbarem Drehmoment und anderen Antriebsmomentanforderungen. Antriebsmomentanforderungen können Drehmomentreduktionen zum Schutz der Maschine gegen Überdrehen und Drehmomentzunahmen zum Verhindern von Abwürgen umfassen. Antriebsmomentanforderungen können außerdem Drehmomentanforderungen von einem Drehzahlsteuermodul, das die Maschinendrehzahl während des Leerlaufs und des Schiebebetriebs steuern kann, wie etwa dann, wenn der Fahrer den Fuß vom Gaspedal nimmt, umfassen.
Antriebsmomentanforderungen können außerdem eine Kupplungs-Kraftstoffabschaltung, die das Maschinendrehmoment reduzieren kann, wenn der Fahrer in einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe das Kupplungspedal niederdrückt, umfassen. Außerdem können dem Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 verschiedene Drehmomentreserven bereitgestellt sein, um eine schnelle Verwirklichung jener Drehmomentwerte, falls sie benötigt werden, zu ermöglichen. Beispielsweise kann eine Reserve für Klimaanlagenkompressoreinschaltung und für Kraftlenkungspumpendrehmomentanforderungen angewandt werden.
Ein Katalysatoranspring- oder Kaltstartemissionsprozess kann die Frühverstellung bei einer Maschine verändern. Um die Änderung der Frühverstellung auszugleichen, kann eine entsprechende Antriebsmomentanforderung erzeugt werden. Außerdem kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Maschine und/oder der Massenluftdurchfluss der Maschine wie beispielsweise durch diagnostisches, intrusives Äquivalenzverhältnistesten und/oder neues Maschinenspülen verändert werden. Um diese Änderungen auszugleichen, können entsprechende Antriebsmomentanforderungen erzeugt werden.
Antriebsmomentanforderungen können außerdem Abschaltanforderungen, die durch die Erfassung eines kritischen Fehlers ausgelöst werden können, umfassen. Beispielsweise können kritische Fehler die Erfassung eines Fahrzeugdiebstahls, die Erfassung eines fest hängenden Startermotors, Probleme der elektronischen Drosselsteuerung und unerwartete Drehmomentzunahmen umfassen. Bei verschiedenen Implementierungen können verschiedene Anforderungen wie etwa Abschaltanforderungen nicht arbitriert werden. Beispielsweise können sie stets die Arbitrierung gewinnen oder die Arbitrierung völlig nichtig machen. Das Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 kann dennoch diese Anforderungen empfangen, damit beispielsweise geeignete Daten zu anderen Drehmomentanforderern zurückgemeldet werden können.
Das Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 arbitriert zwischen Drehmomentanforderungen von dem Achsendrehmoment-Arbitrierungsmodul 304 oder dem Hybrid-Optimierungsmodul 308 sowie einem Drehzahlsteuermodul 310 und anderen Antriebsmomentanforderungen. Weitere Antriebsmomentanforderungen können beispielsweise Drehmomentreduktionen zum Schutz der Maschine gegen Überdrehen und Drehmomentzunahmen zum Verhindern von Abwürgen umfassen.
Das Drehmomentsteuermodul 310 gibt eine Anforderung nach vorhergesagtem und nach unmittelbarem Drehmoment an das Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 aus. Das Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 kann die Drehmomentanforderungen von dem Drehzahlsteuermodul 310 einfach auswählen, wenn sich das ECM 114 im Drehzahlmodus be findet. Der Drehzahlmodus kann freigegeben werden, wenn der Fahrer den Fuß vom Pedal nimmt. Der Drehzahlmodus kann dann für den Fahrzeugschiebebetrieb sowie dann, wenn das Fahrzeug im Leerlauf ist, verwendet werden. Der Drehzahlmodus kann gewählt werden, wenn das durch das Achsendrehmoment-Arbitrierungsmodul 304 angeforderte vorhergesagte Drehmoment kleiner als ein kalibrierter Drehmomentwert ist.
Das Drehzahlsteuermodul 310 empfängt eine Soll-Drehzahl von einem Drehzahltrajektorienmodul 312. Das Drehzahltrajektorienmodul 312 bestimmt eine Soll-Drehzahl für den Drehzahlmodus. Lediglich als Beispiel kann das Drehzahltrajektorienmodul 312 eine linear abnehmende Drehzahl ausgeben, bis die Drehzahl eine Leerlaufdrehzahl erreicht. Das Drehzahltrajektorienmodul 312 kann dann mit dem Ausgeben der Leerlaufdrehzahl fortsetzen.
Bei verschiedenen Implementierungen kann das Drehzahltrajektorienmodul 312 so arbeiten, wie in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 6,405,587 , erteilt am 18. Juni 2002, mit dem Titel "System and Method of Controlling the Coastdown of a Vehicle", dessen Offenbarungsgehalt hier ausdrücklich durch Verweis vollständig mit aufgenommen ist, beschrieben ist.
Ein Betätigungsmodusmodul 314 empfängt die Anforderungen nach vorhergesagtem und unmittelbarem Drehmoment von dem Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306. Auf der Grundlage einer Moduseinstellung bestimmt das Betätigungsmodusmodul 314, wie das vorhergesagte und das unmittelbare Drehmoment erreicht werden. Beispielsweise ermöglicht das Verstellen des Drosselventils 112 einen weiten Drehmomentsteuerungsbereich. Jedoch sind das Öffnen und das Schließen des Drosselventils 112 relativ langsam.
Das Abschalten von Zylindern schafft einen weiten Drehmomentsteuerungsbereich, kann jedoch Fahrverhaltens- und Emissionsprobleme hervorrufen. Das Ändern der Frühverstellung ist relativ schnell, schafft jedoch keinen großen Steuerungsbereich. Außerdem ändert sich der mit dem Zündfunken (der Zündfunkenkapazität) mögliche Steuerungsumfang, wenn sich die, in den Zylinder 118 eintretende Luftmenge, ändert.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das Drosselventil 112 gerade so weit geschlossen werden, dass das gewünschte unmittelbare Drehmoment durch weitestgehendes Verzögern des Zündfunkens erreicht werden kann. Dies schafft eine schnelle Wiederaufnahme des vorhergehenden Drehmoments, da der Zündfunke schnell zu seiner kalibrierten Steuerzeit zurückgeführt werden kann, was ein maximales Drehmoment erzeugt. In dieser Weise wird durch Maximieren der Anwendung einer schnell ansprechenden Spätverstellung die Anwendung relativ langsam ansprechender Drosselventilkorrekturen minimiert.
Den Lösungsweg, den das Betätigungsmodusmodul 314 beim Erfüllen der Anforderung nach unmittelbarem Drehmoment einschlägt, wird durch eine Moduseinstellung bestimmt. Die Moduseinstellung, die an das Betätigungsmodusmodul 314 geliefert wird, kann einen inaktiven Modus, einen befriedigenden Modus, einen Maximalbereichsmodus und einen Selbstbetätigungsmodus umfassen.
Im inaktiven Modus kann das Betätigungsmodusmodul 314 die Anforderung nach unmittelbarem Drehmoment ignorieren. Beispielsweise kann das Betätigungsmodusmodul 314 das vorhergesagte Drehmoment an ein Steuermodul für vorhergesagtes Drehmoment 316 ausgeben. Das Steuermodul für vorhergesagtes Drehmoment 316 setzt das vorhergesagte Dreh moment in Soll-Aktorstellungen für langsame Aktoren um. Beispielsweise kann das Steuermodul für vorhergesagtes Drehmoment 316 den Soll-Absolutladedruck (MAP), die Soll-Drosselfläche und/oder die Soll-Luft pro Zylinder (air per cylinder, APC) steuern.
Ein Steuermodul für unmittelbares Drehmoment 320 bestimmt Soll-Aktorstellungen für schnelle Aktoren wie etwa die Soll-Frühverstellung. Das Betätigungsmodusmodul 314 kann das Steuermodul für unmittelbares Drehmoment 320 anweisen, die Frühverstellung auf einen kalibrierten Wert, der bei einem gegebenen Luftdurchfluss das maximal mögliche Drehmoment erreicht, einzustellen. Im inaktiven Modus reduziert daher die Anforderung nach unmittelbarem Drehmoment den erzeugten Drehmomentbetrag nicht oder beeinflusst die Frühverstellung nicht gegenüber kalibrierten Werten.
Im befriedigenden Modus kann das Betätigungsmodusmodul 314 versuchen, die Anforderung nach unmittelbarem Drehmoment allein durch Anwendung der Spätverstellung zu erfüllen. Dies kann bedeuten, dass dann, wenn die Soll-Drehmomentreduktion größer als die Zündfunkenreservekapazität (den durch Spätverstellung erreichbare Drehmomentreduktionsumfang) ist, keine Drehmomentreduktion erreicht wird. Das Betätigungsmodusmodul 314 kann daher das vorhergesagte Drehmoment zur Umsetzung in eine Soll-Drosselfläche an das Steuermodul für vorhergesagtes Drehmoment 316 ausgeben. Das Betätigungsmodusmodul 314 kann die Anforderung nach unmittelbarem Drehmoment an das Steuermodul für unmittelbares Drehmoment 320 ausgeben, das den Zündfunken so weit wie möglich verzögert, um das unmittelbare Drehmoment zu erreichen.
Im Maximalbereichsmodus kann das Betätigungsmodusmodul 314 das Zylinderaktormodul 120 anweisen, einen oder mehrere Zylinder abzuschalten, um die Anforderung nach unmittelbarem Drehmoment zu erfüllen. Das Betätigungsmodusmodul 314 kann für die restliche Drehmomentreduktion die Spätverstellung anwenden, indem es die Anforderung nach unmittelbarem Drehmoment an das Steuermodul für unmittelbares Drehmoment 320 ausgibt. Falls nicht genug Zündfunkenreservekapazität vorhanden ist, kann das Betätigungsmodusmodul 314 die an das Steuermodul für vorhergesagtes Drehmoment 316 gehende Anforderung nach vorhergesagtem Drehmoment reduzieren.
Im Selbstbetätigungsmodus kann das Betätigungsmodusmodul 314 die an das Steuermodul für vorhergesagtes Drehmoment 316 ausgegebene Anforderung nach vorhergesagtem Drehmoment verkleinern. Das vorhergesagte Drehmoment darf nur so weit verkleinert werden, dass dem Steuermodul für unmittelbares Drehmoment 320 noch ermöglicht wird, die Anforderung nach unmittelbarem Drehmoment mittels Spätverstellung zu erfüllen.
Das Betätigungsmodusmodul 314 kann eine Rückmeldung von dem Drehmomentschätzmodul 324 hinsichtlich der Antriebsstrangkapazitäten und -fähigkeiten empfangen. Das Betätigungsmodusmodul 314 kann außerdem eine Rückmeldung hinsichtlich des Zustands verschiedener Aktoren empfangen. Diese Rückmeldungsdaten können zu dem Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 und dem Achsendrehmoment-Arbitrierungsmodul 304 zurückgeleitet werden. Jeder Drehmomentanforderer kann diese Rückmeldung sowie eine Rückmeldung hinsichtlich der Arbitrierungsergebnisse von dem Achsendrehmoment-Arbitrierungsmodul 304 und dem Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 empfangen.
Das Steuermodul für unmittelbares Drehmoment 320 empfängt ein geschätztes Drehmoment von einem Drehmomentschätzmodul 324 und stellt mittels des Zylinderaktormoduls 126 die Frühverstellung ein, um das gewünschte unmittelbare Drehmoment zu erreichen. Das geschätzte Drehmoment kann denjenigen Drehmomentbetrag repräsentieren, der durch Einstellen der Frühverstellung auf einen kalibrierten Wert zum Erzeugen des größten Drehmoments unmittelbar erzeugt werden könnte. Das Steuermodul für unmittelbares Drehmoment 320 kann daher eine Frühverstellung wählen, die das geschätzte Drehmoment auf das unmittelbare Drehmoment reduziert.
Das Steuermodul für vorhergesagtes Drehmoment 316 empfängt gleichfalls das geschätzte Drehmoment und kann ein Signal für gemessenen Massenluftdurchfluss (MAF) und ein Signal für Maschinenumdrehungen pro Minute (min^–1) empfangen. Das Steuermodul für vorhergesagtes Drehmoment 316 erzeugt ein Signal für Soll-Absolutladedruck (MAP), das an ein Ladedruckplanungsmodul 328 ausgegeben wird.
Das Ladedruckplanungsmodul 328 verwendet das Soll-MAP-Signal, um das Ladedruckaktormodul 162 zu steuern. Das Ladedruckaktormodul 162 steuert dann einen Turbolader und/oder ein Aufladegerät. Das Steuermodul für vorhergesagtes Drehmoment 316 erzeugt ein Sollflächesignal, das an das Drosselaktormodul 116 ausgegeben wird. Das Drosselaktormodul 116 reguliert dann das Drosselventil 112 so, dass die Soll-Drosselfläche erzeugt wird.
Das Steuermodul für vorhergesagtes Drehmoment 316 erzeugt ein Signal für Soll-Luft pro Zylinder (APC), das an ein Phasenstellerplanungsmodul 332 ausgegeben wird. Auf der Grundlage des Soll-APC-Signals und des Drehzahlsignals befiehlt das Phasenstellerplanungsmodul 332 mittels des Phasenstelleraktormoduls 158 die Einlass- und/oder Auslassnockenphasenverstellvorrichtungen 148 und 150 auf kalibrierte Werte.
Das Drehmomentschätzmodul 324 verwendet die befohlenen Auslassnockenwellenstellerstellungen zusammen mit dem MAF-Signal zum Bestimmen des geschätzten Drehmoments. Alternativ kann das Drehmomentschätzmodul 324 die wirklichen oder gemessenen Phasenstellerstellungen verwenden. Eine nähere Besprechung der Drehmomentschätzung lässt sich in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 6,704,638 mit dem Titel "Torque Estimator for Engine RPM and Torque Control", dessen Offenbarungsgehalt hier durch Verweis vollständig mit aufgenommen ist, finden.
In 3 zeigt nun ein funktionaler Blockschaltplan ein beispielhaftes Drehmomentarbitrierungssystem. Bei verschiedenen Implementierungen können manche oder alle der in 3 gezeigten Module in dem Maschinensteuermodul 114 von 2 implementiert sein. Das Achsendrehmoment-Arbitrierungsmodul 304 empfängt N Drehmomentanforderungen von den Anforderermodulen 402-1, 402-2, ... und 402-N. Diese Drehmomentanforderungen fordern jeweils das Erzeugen eines spezifizierten Achsendrehmoments an. Lediglich als Beispiel können diese Drehmomentanforderungen die automatische Geschwindigkeitsregelung, den Schutz des Fahrzeugs gegen zu hohe Geschwindigkeit und die Fahrereingabe wie etwa ein Fahrpedal umfassen.
Die Drehmomentanforderungen können Anforderungen nach einem unmittelbaren Drehmoment und/oder nach einem vorhergesagten Drehmoment sein. Das Achsendrehmoment-Arbitrierungsmodul 304 arbitriert zwischen diesen Anforderungen und erzeugt eine Anforderung nach vorhergesagtem Drehmoment und eine Anforderung nach unmittelbarem Drehmoment. Diese Drehmomentanforderungen werden von dem Achsendrehmomentbereich in den Antriebsmomentbereich umgesetzt und zu einem Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 übertragen. Informationen darüber, welche Drehmomentanforderungen bei der Achsendrehmomentarbitrierung die Oberhand gewinnen, werden zu einem Arbitrierungsrückmeldungsmodul 410 geschickt.
Das Achsendrehmoment-Arbitrierungsmodul 304 kann Grenzwerte auf ankommende Drehmomentanforderungen anwenden, bevor es zwischen ihnen arbitriert. Lediglich als Beispiel können minimale bzw. untere Grenzwerte auferlegt werden, um eine zuverlässige Verbrennung zu gewährleisten, während maximale bzw. obere Grenzwerte angewandt werden können, um ein zu großes Drehmoment oder einen Komponentenschaden zu verhindern. Informationen im Hinblick darauf, ob jede bzw. die jeweilige Drehmomentanforderung begrenzt wurde, werden zu dem Arbitrierungsrückmeldungsmodul 410 übertragen.
Das Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 empfängt die Drehmomentanforderungen von dem Achsendrehmoment-Arbitrierungsmodul 304. Das Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 empfängt außerdem M Drehmomentanforderungen von Anforderermodulen 412-1, 412-2, ... 412-M. Lediglich als Beispiel können die Anforderermodule 412 einen Schutz der Maschine gegen Überdrehen, eine Leerlaufdrehzahlsteuerung, eine Maschinenstart- und -stoppsteuerung und eine Verhinderung von Abwürgen umfassen.
Das Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 wendet Grenzwerte auf die ankommenden Drehmomentanforderungen an und wählt zwischen den ankommenden Drehmomentanforderungen. Das Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 gibt eine Anforderung nach vorhergesagtem Dreh moment und eine Anforderung nach unmittelbarem Drehmoment aus. Diese Anforderungen werden von dem Betätigungsmodusmodul 314 dazu verwendet, die Maschine 102 so zu steuern, dass die angeforderten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentwerte erzeugt werden.
Das Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 gibt Informationen hinsichtlich irgendwelcher Grenzwerte, die auf die Drehmomentanforderungen angewandt wurden, sowie darüber, welche Anforderer bei der Drehmomentarbitrierung obsiegt haben, an das Arbitrierungsrückmeldungsmodul 410 aus. Das Arbitrierungsrückmeldungsmodul 410 liefert an jeden der Anforderermodule 402 und 412 Rückmeldesignale aus.
Die Rückmeldesignale können jedem der Anforderermodule 402 und 412 angeben, ob sich das Modul bei der Drehmomentarbitrierung durchgesetzt hat. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Arbitrierungsrückmeldungsmodul 410 auch spezifizieren, welcher Typ von Drehmomentanforderung sich gegenüber der Drehmomentanforderung des Moduls, die die Drehmomentarbitrierung verloren hat, durchgesetzt hat. Die Rückmeldesignale können außerdem spezifizieren, ob die Drehmomentanforderung begrenzt wurde, ob der angewandte Grenzwert ein oberer Grenzwert oder ein unterer Grenzwert war und was die Ursache der Begrenzung war.
Außerdem können die Rückmeldesignale Informationen über Maschinenkapazitäten und -fähigkeiten umfassen. Bei verschiedenen Implementierungen können diese Rückmeldeinformationen auf der Grundlage von Informationen von dem Drehmomentschätzmodul 324 aus 2 bestimmt werden. Maschinenkapazitäten können das maximale und das minimale Maschinendrehmoment, die bei stabiler Verbrennung, bei der momentanen Drehzahl und einem Zustand aktiven Kraftstoffmanagements (active fuel management, AFM) erzeugt werden können, umfassen. AFM kann zu lassen, dass das Zylinderaktormodul 120 wahlweise Maschinenzylinder abschaltet. AFM-Zustände können lediglich als Beispiel umfassen, dass alle Zylinder aktiv sind und dass die Hälfte der Zylinder aktiv ist.
Maschinenfähigkeiten sind das maximale und das minimale Maschinendrehmoment, die bei stabiler Verbrennung bei spezifizierten Drehzahlen für beide AFM-Zustände erzeugt werden können. Die spezifizierten Drehzahlen sind nicht auf die momentane Drehzahl beschränkt. Maschinenfähigkeitsinformationen können dazu verwendet werden, das Planen von Drehmomentanforderungen zu optimieren. Beispielsweise kann bei einer starken Hybridkonfiguration das Hybrid-Optimierungsmodul 308 einen Elektromotor darauf vorbereiten, die Drehmomenterzeugung von der Brennkraftmaschine zu übernehmen, wenn sich die Brennkraftmaschine einem weniger Kraftstoff sparenden Betriebsbereich nähert.
In 4 ist nun ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung eines Arbitrierungsmoduls 502 dargestellt. Lediglich als Beispiel können das Achsendrehmoment-Arbitrierungsmodul 304 und/oder das Antriebsmoment-Arbitrierungsmodul 306 wie gezeigt in dem Arbitrierungsmodul 502 implementiert sein. Das Arbitrierungsmodul 502 umfasst ein Begrenzungsmodul 504.
Das Begrenzungsmodul 504 empfangt K Drehmomentanforderung und wendet obere und/oder untere Grenzwerte auf die K Drehmomentanforderungen an. Lediglich als Beispiel können die K Drehmomentanforderungen Anforderungen nach vorhergesagtem und unmittelbarem Drehmoment umfassen. Auf jeden Typ einer Drehmomentanforderung können unterschiedliche Grenzwerte gelten. Lediglich als Beispiel können Anforderungen nach vorhergesagtem Drehmoment und nach unmittelbarem Drehmoment jeweiligen oberen und unteren Grenzwerten entsprechen.
Außerdem können Anforderungen nach vorhergesagtem Drehmoment obere Grenzwerte bezüglich der Geschwindigkeit, mit der sie sich ändern können, haben.
Ein Modul für Verbrennungsbeschränkungen 506 kann obere und/oder untere Drehmomentgrenzwerte an das Begrenzungsmodul 504 liefern, um eine stabile Verbrennung sicherzustellen. Lediglich als Beispiel kann ein unterer Grenzwert auf eine Anforderung nach vorhergesagtem Drehmoment auf der Grundlage der niedrigsten Menge an Luftdurchflussmenge, die noch eine stabile Verbrennung erlaubt, angewandt werden. Das Modul für Verbrennungsbeschränkungen 506 kann einen minimalen Grenzwert für Anforderungen nach unmittelbarem Drehmoment liefern, der auf dem größten Wert, um den der Zündzeitpunkt verzögert werden kann und dennoch eine stabile Verbrennung erreicht werden kann, basiert.
Ein Modul für Schutzbeschränkungen 508 kann an den Begrenzungsmodul 504 obere und/oder untere Drehmomentgrenzwerte für Hardwareschutz liefern. Lediglich als Beispiel kann das Modul für Schutzbeschränkungen 508 einen oberen Grenzwert für vorhergesagtes Drehmoment liefert, der eine Ermüdung von Antriebsstrangkomponenten infolge eines zu hohen Drehmoments minimiert. Lediglich als Beispiel kann der obere Grenzwert als Funktion der Drehzahl bestimmt werden.
Ein Abhilfsmaßnahmemodul 510 kann obere und/oder untere Drehmomentgrenzwerte an das Begrenzungsmodul 504 liefern, die auf der Verfügbarkeit verschiedener Aktoren basieren. Das Abhilfsmaßnahmemodul 510 kann im Fall, dass ein Fehler erfasst wird, eine Maßnahme ergreifen. Lediglich als Beispiel kann dann, wenn die Drosselsteuerung nicht mehr zuverlässig ist, die Drossel auf eine Höchstdrehzahlstellung zurückgestellt und darauf beschränkt werden, unterhalb jener Stellung geöffnet zu blei ben. Diese Beschränkung der Drosselstellung kann einen oberen Grenzwert für vorhergesagtes Drehmoment liefern.
Alternativ kann das Abhilfsmaßnahmemodul 510 diesen Drehmomentgrenzwert als Drehmomentanforderung, die dem Drehmoment einen oberen Grenzwert auferlegt, zu einem Arbitrierungsmodul 512 senden (nicht gezeigt). Das Arbitrierungsmodul 512 arbitriert zwischen ankommenden Drehmomentanforderungen, die durch das Begrenzungsmodul 504 begrenzt worden sind. Wenn das Abhilfsmaßnahmemodul 510 dem Arbitrierungsmodul 512 einen oberen Grenzwert liefert, kann das Arbitrierungsmodul 512 jenen oberen Grenzwert als Gewinner der Arbitrierung wählen, wobei angenommen wird, dass keine anderen Drehmomentanforderungen niedriger sind.
Das Begrenzungsmodul 504 liefert Grenzwertinformationen an das Arbitrierungsrückmeldungsmodul 410 von 3. Die Grenzwertinformationen können spezifizieren, welche der ankommenden Drehmomentanforderungen begrenzt wurden und durch welche Art von Begrenzung sie begrenzt wurde. Beispielsweise können die Grenzwertinformationen spezifizieren, ob die Drehmomentanforderung durch einen oberen oder einen unteren Grenzwert spezifiziert wurden. Das Modul für Verbrennungsbeschränkungen 506, das Modul für Schutzbeschränkungen 508 und das Abhilfsmaßnahmemodul 510 können von dem Betätigungsmodusmodul 314 aus 2 Rückmeldeinformationen hinsichtlich der Maschinenkapazitäten und -fähigkeiten und des Zustands verschiedener Aktoren empfangen.
Das Arbitrierungsmodul 512 kann gesondert zwischen Anforderungen nach vorhergesagtem Drehmoment und Anforderungen nach unmittelbarem Drehmoment arbitrieren. Anforderungen nach vorhergesagtem Dreh moment können Anforderungen nach maximalem Drehmoment, die dem Drehmoment einen oberen Grenzwert auferlegen, und Anforderungen nach minimalem Drehmoment, die dem Drehmoment einen unteren Grenzwert auferlegen, umfassen. Es werden die Anforderung nach dem niedrigsten maximalen Drehmoment und die Anforderung nach dem höchsten minimalen Drehmoment ermittelt. Der niedrigere dieser zwei Werte wird als Gewinner der Arbitrierung vorhergesagter Drehmomente gewählt. Die Ursache bzw. Quelle dieser gewählten Drehmomentanforderung wird an das Arbitrierungsrückmeldungsmodul 410 berichtet.
Anforderungen nach unmittelbarem Drehmoment können Anforderungen nach maximalem Drehmoment, die dem Drehmoment einen oberen Grenzwert auferlegen, umfassen. Die Arbitrierung von Anforderungen nach unmittelbarem Drehmoment kann daher die Anforderung nach dem niedrigsten maximalen Drehmoment wählen. Die Quelle bzw. Ursache des Gewinners der Arbitrierung von Anforderungen nach unmittelbarem Drehmoment wird ebenfalls an das Arbitrierungsrückmeldungsmodul 410 berichtet. Das Arbitrierungsmodul 512 gibt die Gewinner der Arbitrierung vorhergesagter Drehmomente und der Arbitrierung unmittelbarer Drehmomente als Anforderung nach vorhergesagtem Drehmoment bzw. Anforderung nach unmittelbarem Drehmoment aus.
In 5 ist nun ein Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung eines Anforderermoduls 602 dargestellt. Lediglich als Beispiel können die Anforderermodule 402 und 412 aus 3 ähnlich wie das Anforderermodul 602 implementiert sein. Das Anforderermodul 602 umfasst ein Sollwertbestimmungsmodul 604. Das Sollwertbestimmungsmodul 604 bestimmt einen Sollwert, der an ein Regelungsmodul 606 ausgegeben wird. Lediglich als Beispiel kann der Sollwert eine Fahrzeuggeschwindigkeit sein, wenn das Anforderermodul 602 ein Modul für den Schutz des Fahrzeugs gegen zu hohe Geschwindigkeit ist.
Das Regelungsmodul 606 empfängt die Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit und erzeugt einen Drehmomentausgleich, um das Fahrzeug auf die Soll-Spitzengeschwindigkeit zurückzubringen. Der Drehmomentausgleich kann durch ein Subtraktionsmodul 608 von dem momentanen Fahrzeugdrehmoment subtrahiert werden. Die resultierende Drehmomentanforderung wird von dem Anforderermodul 602 ausgegeben. Das momentane Fahrzeugdrehmoment kann das geschätzte Drehmoment von dem Drehmomentschätzmodul 324 sein. Da der Sollwert in diesem Beispiel ein oberer Grenzwert für die Maschinendrehzahl ist, kann die Drehmomentanforderung von dem Anforderermodul 602 als maximale Drehmomentanforderung ausgezeichnet sein.
Wenn eine Anforderung nach maximalem Drehmoment die Arbitrierung gewinnt, verkleinert dies den Betrag des erzeugten Drehmoments. Anforderungen nach maximalem Drehmoment können daher als Anforderungen nach abnehmendem Drehmoment bezeichnet werden. Ähnlich können untere Grenzwerte für Drehmoment Anforderungen nach zunehmendem Drehmoment auszeichnen. Der Schutz des Fahrzeugs gegen zu hohe Geschwindigkeit kann daher als Anforderung nach abnehmendem Drehmoment benannt werden.
In einem weiteren Beispiel kann der Sollwert eine Geschwindigkeit der automatischen Geschwindigkeitsregelung sein. Das Sollwertbestimmungsmodul 604 kann daher die momentane Sollgeschwindigkeit entsprechend der automatischen Geschwindigkeitsregelung ausgeben. Bei verschiedenen Implementierungen kann die automatische Geschwindigkeitsregelung adaptiv sein. Das Regelungsmodul 606 empfängt den Istwert der Fahrzeuggeschwindigkeit und gibt einen Drehmomentausgleich zum Erreichen der Sollgeschwindigkeit aus. In diesem Fall kann der Drehmomentausgleich in Abhängigkeit davon, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit über oder unter der Sollgeschwindigkeit liegt, negativ oder positiv sein. Die von dem Subtraktionsmodul 608 ausgegebene Drehmomentanforderung ist daher eine bidirektionale Drehmomentanforderung, die entweder ein Vergrößern oder ein Verkleinern des Maschinendrehmoments sein kann.
Das Regelungsmodul 606 kann eine Proportional-Integral-Regelung umfassen. Beispielsweise kann das Regelungsmodul 606 ein Subtraktionsmodul 620 umfassen, das den Sollwert vom Istwert subtrahiert oder umgekehrt. Die Differenz wird als Fehler- bzw. Abweichungssignal an ein Proportionalmodul 622 und ein Integralmodul 624 ausgegeben.
Ausgaben von dem Proportionalmodul 622 und dem Integralmodul 624 werden durch ein Summationsmodul 626 summiert und an das Subtraktionsmodul 608 ausgegeben. Das Proportionalmodul 622 kann die Abweichung mit einer Proportionalkonstanten multiplizieren. Das Integralmodul 624 kann die mit einer Integralkonstanten multiplizierte Abweichung über die Zeit integrieren. Die Arbeitsweise des Integralmoduls 624 kann durch ein Arbitrierungsrückmeldungsmodul 630 gesteuert werden. Das Arbitrierungsanpassungsmodul 630 empfangt Rückmeldungs- bzw. Rückkopplungsergebnisse beispielsweise von dem Arbitrierungsrückmeldungsmodul 410 aus 3.
Lediglich als Beispiel kann das Anforderermodul 602 als Modul für den Schutz des Fahrzeugs gegen zu hohe Geschwindigkeit arbeitet. Der Sollwert ist daher die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Wenn die Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit über die Soll-Höchstgeschwindigkeit ansteigt, wird von dem Subtraktionsmodul 620 ein Abweichungssignal erzeugt.
Diese Abweichung wird durch das Proportionalmodul 622 mit einer Konstanten multipliziert und durch das Integralmodul 624 integriert. Die Summe dieser Ausgaben wird zu dem Subtraktionsmodul 608 übertragen.
Wenn die Abweichung zunimmt, nimmt der an das Subtraktionsmodul 608 ausgegebene Ausgleich zu. Der Ausgleich wird durch das Subtraktionsmodul 608 von dem momentanen Drehmoment subtrahiert, um die Drehmomentanforderung zu erzeugen. Diese Drehmomentanforderung erlegt dem von der Maschine erzeugten Drehmoment einen oberen Grenzwert auf. Sie wird daher als Anforderung nach abnehmendem Drehmoment verstanden.
Wenn diese Anforderung nach abnehmendem Drehmoment die Drehmomentarbitrierung verliert, implizieren Drehmomentarbitrierungsregeln, dass der Gewinner der Arbitrierung eine Anforderung nach einem noch stärker abnehmenden Drehmoment sein muss. Falls der Fehler zwischen der Ist-Geschwindigkeit und der Soll-Geschwindigkeit weiterhin positiv ist, sollte das Integratormodul 624 damit fortsetzen, in Aufwärtsrichtung zu integrieren. Eventuell gewinnt die Drehmomentanforderung von dem Anforderermodul 602 die Arbitrierung und senkt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Wenn jedoch die Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit unter die Soll-Höchstgeschwindigkeit absinkt, kann das Integratormodul 624 angewiesen werden, anstatt in Abwärtsrichtung zu integrieren, einen stetigen Zustand einzuhalten. Diese Steuerung des Integratormoduls 624 kann durch das Arbitrierungsanpassungsmodul 630 ausgeführt werden. Das Arbitrierungsanpassungsmodul 630 verhindert eine Abwärtsintegration, weil die Anforderung, die die Arbitrierung gewinnt, vorübergehend die Fahrzeuggeschwindigkeit unter die Höchstgeschwindigkeit absenkt. Sobald die ge winnende Drehmomentanforderung beseitigt ist, kann die Fahrzeuggeschwindigkeit zu dem früheren Zustand zu hoher Geschwindigkeit zurückkehren.
Der Integrator 624 kann daher daran gehindert werden, abwärts zu integrieren, während die Drehmomentanforderung von dem Anforderermodul bei der Arbitrierung gegen eine andere Anforderung nach abnehmendem Drehmoment verliert. Die Integration kann in der Aufwärts- und/oder der Abwärtsrichtung verhindert werden und kann zu einer verbesserten Steuerung führen, sobald die Drehmomentanforderung bei der Drehmomentarbitrierung wieder die Oberhand gewinnt.
In 6 ist nun eine Tabelle einer beispielhaften Integrationssteuerung gezeigt. Die Spalte 702 ist der Typ des Anforderns der Drehmomentanforderung. Lediglich als Beispiel können Anforderungen nach abnehmendem Drehmoment den Schutz der Maschine gegen zu hohe Drehzahl und den Schutz des Fahrzeugs gegen zu hohe Geschwindigkeit umfassen. Lediglich als Beispiel können Anforderungen nach zunehmendem Drehmoment die Schlepp-Steuerung und die Steuerung zum Herunterschalten des Getriebes umfassen. Lediglich als Beispiel können bidirektionale Drehmomentanforderungen die automatische Geschwindigkeitsregelung und die Leerlaufdrehzahlsteuerung umfassen.
Die Spalte 704 gibt an, ob die Drehmomentanforderung die Arbitrierung gewonnen oder die Arbitrierung verloren hat und gegen welchen Typ von Drehmomentanforderung die Arbitrierung verloren wurde. Die Spalte 706 gibt an, ob die Drehmomentanforderung durch einen maximalen Grenzwert beschränkt wird, durch einen minimalen Grenzwert beschränkt wird oder nicht beschränkt wird. Die Spalte 708 gibt an, ob für diese Parameter die Integration in Aufwärtsrichtung zugelassen ist, während die Spalte 710 angibt, ob für diese Parameter die Integration abwärts zugelassen ist. Ein X in der Spalte bedeutet, dass die Integration in jener Richtung zugelassen ist. Die Spalten 708 und 710 geben ein "nicht anwendbar" (N/A) für Szenarien an, die nicht erscheinen. Beispielsweise kommt eine Anforderung nach abnehmendem Drehmoment nicht an einem maximalen Grenzwert an, wohingegen eine Anforderung nach zunehmendem Drehmoment nicht an einem minimalen Grenzwert ankommt.
Fachleute auf dem Gebiet können aus der obigen Beschreibung erkennen, dass die weit reichenden Lehren der Offenbarung in verschiedenen Formen implementiert werden können. Daher soll, obwohl diese Offenbarung spezielle Beispiele umfasst, der wahre Umfang der Offenbarung nicht darauf begrenzt sein, da dem erfahrenen Praktiker nach einem Studium der Zeichnungen, der Patentbeschreibung und der folgenden Ansprüche weitere Abänderungen offenbar werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6405587 [0047]
- US 6704638 [0062]

Claims

Maschinensteuersystem, umfassend: ein erstes Drehmomentanforderungsmodul, das eine erste Drehmomentanforderung erzeugt; ein zweites Drehmomentanforderungsmodul, das eine zweite Drehmomentanforderung erzeugt; ein Drehmomentarbitrierungsmodul, das entweder die erste oder die zweite Drehmomentanforderung auswählt und auf der Grundlage der unter der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung ausgewählten Drehmomentanforderung ein arbitriertes Drehmoment ausgibt; ein Arbitrierungsrückmeldungsmodul, das ein Statussignal an das erste Drehmomentanforderungsmodul berichtet, wobei das Statussignal einen ersten Wert besitzt, wenn die erste Drehmomentanforderung die unter der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung ausgewählte Drehmomentanforderung ist; und ein Drehmomentsteuermodul, das eine Leistungsquelle steuert, um das arbitrierte Drehmoment zu erzeugen.
Maschinensteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Arbitrierungsrückmeldungsmodul ein zweites Statussignal an das zweite Drehmomentanforderungsmodul berichtet, wobei das zweite Statussignal den ersten Wert besitzt, wenn die zweite Drehmomentanforderung die unter der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung ausgewählte Drehmomentanforderung ist.
Maschinensteuersystem nach Anspruch 1, wobei das erste Drehmomentanforderungsmodul ein Regelungsmodul umfasst, das auf der Grundlage eines Fehler- bzw. Abweichungssignals einen Drehmomentversatz bzw. -ausgleich erzeugt, und wobei das erste Drehmomentanforderungsmodul die erste Drehmomentanforderung auf der Grundlage des Drehmomentausgleichs erzeugt.
Maschinensteuersystem nach Anspruch 3, wobei das erste Drehmomentanforderungsmodul die erste Drehmomentanforderung auf der Grundlage des Drehmomentausgleichs und eines momentanen Drehmomentwerts erzeugt, wobei der momentane Drehmomentwert ein Schätzwert des momentan von der Maschine erzeugten Drehmoments ist und wobei das Abweichungssignal auf einer Differenz zwischen einem Ist-Fahrzeugparameter und einem Soll-Fahrzeugparameter basiert.
Maschinensteuersystem nach Anspruch 3, wobei das Regelungsmodul einen Integrator umfasst, der das Abweichungssignal integriert, wobei die Arbeitsweise des Integrators auf der Grundlage des Statussignals gesteuert wird.
Maschinensteuersystem nach Anspruch 5, wobei auf der Grundlage des Statussignals verhindert wird, dass der Integator in einer ersten Richtung und/oder in einer zweiten Richtung integriert.
Maschinensteuersystem nach Anspruch 5, wobei das Drehmomentarbitrierungsmodul wahlweise einen Grenzwert auf die erste Drehmomentanforderung anwendet und wahlweise den Grenzwert auf die zweite Drehmomentanforderung anwendet, wobei das arbitrierte Drehmoment auf der begrenzten ersten Drehmomentanforderung und der begrenzten zweiten Drehmomentanforderung basiert.
Maschinensteuersystem nach Anspruch 7, wobei das Arbitrierungsrückmeldungsmodul ein Grenzwertsignal an das erste Drehmomentanforderungsmodul berichtet, wobei das Grenzwertsignal einen ersten Wert besitzt, wenn der Grenzwert auf die erste Drehmomentanforderung angewandt wird.
Maschinensteuersystem nach Anspruch 8, wobei die Arbeitsweise des Integators auf der Grundlage des Statussignals und des Grenzwertssignals gesteuert wird.
Maschinensteuersystem nach Anspruch 1, wobei die Leistungsquelle eine Brennkraftmaschine umfasst.
Verfahren, umfassend: Erzeugen einer ersten Drehmomentanforderung; Erzeugen einer zweiten Drehmomentanforderung; Auswählen entweder der ersten oder der zweiten Drehmomentanforderung; Erzeugen eines arbitrierten Drehmoments auf der Grundlage der unter der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung ausgewählten Drehmomentanforderung; Berichten eines Statussignals, wobei das Statussignal einen ersten Wert besitzt, wenn die erste Drehmomentanforderung die unter der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung ausgewählte Drehmomentanforderung ist; und Steuern einer Leistungsquelle, um das arbitrierte Drehmoment zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Berichten eines zweiten Statussignals umfasst, wobei das zweite Statussignal den ersten Wert besitzt, wenn die zweite Drehmomentanforderung die unter der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung ausgewählte Drehmomentanforderung ist.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Ausführen einer Regelung, die auf der Grundlage eines Abweichungssignals einen Drehmomentausgleich erzeugt; und Erzeugen der ersten Drehmomentanforderung auf der Grundlage des Drehmomentausgleichs.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Erzeugen der ersten Drehmomentanforderung auf der Grundlage des Drehmomentausgleichs und eines momentanen Drehmomentwerts umfasst, wobei der momentane Drehmomentwert ein Schätzwert des momentan von der Maschine erzeugten Drehmoments ist und wobei das Abweichungssignal auf einer Differenz zwischen einem Ist-Fahrzeugparameter und einem Soll-Fahrzeugparameter basiert.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst: Integrieren des Abweichungssignals; und Steuern des Integrierens auf der Grundlage des Statussignals.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner das Aussetzen des Integrierens in einer ersten Richtung und/oder einer zweiten Richtung auf der Grundlage des Statussignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst: wahlweises Anwenden eines Grenzwerts auf die erste Drehmomentanforderung; wahlweises Anwenden eines Grenzwerts auf die zweite Drehmomentanforderung; und Erzeugen des arbitrierten Drehmoments auf der Grundlage der begrenzten ersten Drehmomentanforderung und der begrenzten zweiten Drehmomentanforderung.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner das Berichten eines Grenzwertsignals umfasst, wobei das Grenzwertsignal einen ersten Wert besitzt, wenn der Grenzwert auf die erste Drehmomentanforderung angewandt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner das Steuern des Integrierens auf der Grundlage des Statussignals und des Grenzwertsignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Leistungsquelle eine Brennkraftmaschine umfasst.