DE102008046405B4

DE102008046405B4 - Drehmomentschätzsystem und -verfahren

Info

Publication number: DE102008046405B4
Application number: DE102008046405.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel G. Brennan; Leonard G. Wozniak; Robert C. Simon, Jr.; Jeffrey M. Kaiser; Emil Ritzen; Mats A. Reimark; Richard M. Backman; Magnus Wall; Thomas Magnusson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-01-14
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2016-04-21
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: CN101487424A; CN101487424B; DE102008046405A1

Abstract

Drehmomentschätzsystem für ein Fahrzeug, das umfasst: ein Betriebsparametermodul (402, 404, 406, 408), das auf Grundlage der Maschinendrehzahl einen geschätzten Maschinenbetriebsparameter bestimmt; ein Drehmomentschätzmodul (410), das auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters das Maschinendrehmoment schätzt; ein Schätzungssteuermodul (400), das zum Bestimmen des geschätzten Maschinendrehmoments, das eine Funktion der Maschinendrehzahl ist, mehrere Maschinendrehzahlen erzeugt und an das Betriebsparametermodul und das Drehmomentschätzmodul liefert; und ein Hybrid-Steuermodul (56), das auf Grundlage des geschätzten Maschinendrehmoments einen Elektromotor (18) des Fahrzeugs steuert.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Erzeugung und Verwendung von Drehmomentkurven bei einem Hybridfahrzeug und insbesondere auf ein Drehmomentschätzsystem und -verfahren.
HINTERGRUND
Die US 6 704 638 B2 beschreibt ein Motordrehmomentabschätzsystem, welches einerseits erlaubt, Fehler infolge von Motorherstellungstoleranzen zu kompensieren und andererseits sowohl die Bedingungen im stationären Zustand als auch im dynamischen Zustand des Fahrzeugs zu berücksichtigen. Das System umfasst eine Motordrehmomentschätzeinheit, die einen Fahrzeugdatenbus, eine Schätzeinheit für ein Drehmoment im stationären Zustand, ein Messmodell und eine Schätzeinheit für ein Drehmoment im dynamischen Zustand. Der Fahrzeugdatenbus übermittelt eine Vielzahl von Motorbetriebsdaten, wobei darunter zumindest ein Motordrehzahl-, ein Zündzeitpunkt- oder ein Verdünnungsschätzsignal ist. Die Schätzeinheit für ein Drehmoment im stationären Zustand steht mit einem Fahrzeugdatenbus in Verbindung und erzeugt aus den empfangenen Daten ein Signal für das Motordrehmoment im stationären Zustand. Die Schätzeinheit umfasst eine Berechnungseinheit für ein Basisdrehmoment im stationären Zustand, die wiederum eine Berechnungseinheit für eine Drehmomentempfindlichkeit sowie eine Berechnungseinheit für ein endgültiges Basisdrehmoment im stationären Zustand aufweist. Das Messmodell steht ebenfalls mit dem Fahrzeugdatenbus in Verbindung und dient der Kompensation von Schätzfehlern infolge von Motorherstellungstoleranzen.
Die Schätzeinheit für ein Drehmoment im dynamischen Zustand steht mit zumindest einer der vorstehend genannten Einrichtungen in Verbindung und erzeugt ein Signal eines tatsächlichen Drehmoments. Somit kann ohne Verwendung eines speziellen Sensors zur Drehmomentbestimmung das Drehmoment abgeschätzt werden, wobei Fehler durch Toleranzen bei der Herstellung des Motors korrigiert werden können. Durch das Vorsehen jeweils einer Schätzeinheit für den stationären und den dynamischen Zustand wird den unterschiedlichen Bedingungen während dieser Zustände Rechnung getragen.
Hybrid-Antriebsstränge umfassen im Allgemeinen einen ersten Drehmomenterzeuger wie etwa eine Brennkraftmaschine (internal combustion engine, ICE) und einen zweiten Drehmomenterzeuger wie etwa einen Elektromotor (electric maschine, EM). Beide können einem Endantrieb ein Drehmoment zum Antreiben eines Fahrzeugs verschaffen. Es können verschiedene Konfigurationen von Hybrid-Antriebssträngen einschließlich eines Vollhybrid-Antriebsstrangs und eines Mildhybrid-Antriebsstrangs verwendet werden. Bei einem Vollhybrid-Antriebsstrang kann der EM den Endantrieb ohne Übertragung von Drehmoment durch eine Komponente der ICE direkt antreiben.
Bei einem Mildhybrid-Antriebsstrang ist der EM über den Eingangszusatzantrieb mit der ICE gekoppelt, wobei das durch den EM erzeugte Drehmoment über die ICE auf den Endantrieb übertragen wird. Ein beispielhafter Mildhybrid-Antriebsstrang umfasst ein Riemen-Startergenerator-(belt alternator starter, BAS)-System. Bei dem BAS-System ist der EM mit der ICE über eine herkömmliche Riemen- und Riemenscheibenkonfiguration gekoppelt, die weitere Zusatzkomponenten antreibt, die Pumpen und Kompressoren umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind.
Die Antriebsstrang-Drehmomentsteuerung umfasst im Allgemeinen zwei Drehmomentsteuerbereiche: das Achsdrehmoment und das Antriebsdrehmoment. Bei einem Mildhybrid-Antriebsstrang ist das Antriebsdrehmoment das Ausgangsdrehmoment an der Kurbelwelle der ICE, das den EM-Drehmomentbeitrag umfasst. Das Achsdrehmoment umfasst die Drehmomentabgabe von dem Endantrieb.
Antriebsstrangsysteme umfassen mehrere Drehmomentmerkmale, wovon jedes den Betrag des Antriebsmoments an verschiedenen Punkten längs des Antriebsstrangsystems zu beeinflussen versucht. Der Fahrer des Fahrzeugs, der ein Soll-Ausgangsdrehmoment von der (den) Drehmomentquelle(n) oder ein Soll-Achsdrehmoment befiehlt, ist ein Beispiel eines Drehmomentmerkmals der oberen Ebene oder globalen Drehmomentmerkmals. Beispielhafte Fahrereingaben umfassen ein Fahrpedal und ein Geschwindigkeitsregelsystem, ohne jedoch darauf eingeschränkt zu sein.
Moderne Antriebsstrangsysteme umfassen weitere Drehmomentmerkmale oder Drehmomentanforderungen wie etwa Fahrzeugstabilitätssteuer-Systeme, Antriebsschlupfregel-Systeme, Systeme zum Schutz gegen ein Überdrehen der Maschine, Getriebeschaltqualitäts-Systeme, Maschinen- und/oder Getriebekomponentenschutz-Systeme und/oder Endantriebskomponentenschutz-Systeme. In Abhängigkeit von der bestimmten Konfiguration des Antriebsstrangsystems können sich die Drehmomentmerkmale auf einige zehn bis über hundert beziffern.
Die Drehmomentmerkmale eines bestimmten Antriebsstrangsystems sind unabhängig und können oft versuchen, das Antriebsmoment gleichzeitig zu steuern. Weil das Antriebsstrangsystem stets nur einen einzigen Antriebsmomentwert erzeugen kann, bestimmt ein Arbitrierungssystem das zu erzeugende korrekte Antriebsmoment. Zum Arbitrieren der mehrfachen Drehmomentanforderungen ist im Allgemeinen ein Steuermodul vorgesehen. Bei einem Hybrid-Antriebsstrangsystem ist dieses Steuermodul für das Arbitrieren von Drehmomentanforderungen für mehrere Drehmomenterzeuger (z. B. die ICE und den EM) verantwortlich.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Drehmomentschätzsystem für ein Fahrzeug umfasst die Merkmale des Anspruchs 1.
Gemäß weiteren Merkmalen ist der geschätzte Maschinenbetriebsparameter die Luft pro Zylinder und/oder der Kraftstoff pro Zylinder. Der geschätzte Maschinenbetriebsparameter ist die Luft pro Zylinder (air per cylinder, APC), und das Betriebsparametermodul bestimmt wahlweise eine bei der Maschinendrehzahl erforderliche minimale APC. Die minimale APC basiert auf der für zuverlässige Drosselklappensteuerung erforderlichen minimalen APC und/oder der für zuverlässige Kraftstoffeinspritzung erforderlichen minimalen APC und/oder der für Verbrennungsstabilität erforderlichen minimalen APC. Die minimale APC ist durch ein Maximum unter der für zuverlässige Drosselklappensteuerung erforderlichen minimalen APC, der für zuverlässige Kraftstoffeinspritzung erforderlichen minimalen APC und der für zuverlässige Drosselklappensteuerung erforderlichen minimalen APC festgelegt.
Gemäß weiteren Merkmalen bestimmt das Betriebsparametermodul den geschätzten Maschinenbetriebsparameter auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des Betriebsmodus. Der Betriebsmodus entspricht dem maximalen Drehmoment und/oder dem minimalen Drehmoment bei laufender Maschine und/oder dem minimalen Drehmoment bei abgeschalteter Maschine. Das Schätzungssteuermodul liefert für jeden von mehreren der Betriebsmodi die mehreren Maschinendrehzahlen zu dem Betriebsparametermodul und dem Drehmomentschätzmodul. Das Schätzungssteuermodul liefert für jeden der Betriebsmodi die mehreren Maschinendrehzahlen an das Betriebsparametermodul und das Drehmomentschätzmodul. Das Betriebsparametermodul bestimmt für den Maximaldrehmomentmodus einen Maximalwert des geschätzten Maschinenbetriebsparameters.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen liefert das Schätzungssteuermodul für eine erste Anzahl von Zylindern, die aktiv sind, und für eine zweite Anzahl von Zylindern, die aktiv sind, die mehreren Maschinendrehzahlen an das Betriebsparametermodul und das Drehmomentschätzmodul. Das Fahrzeug umfasst eine Maschine mit N Zylindern, wobei die erste Anzahl gleich N ist und die zweite Anzahl gleich N geteilt durch zwei ist. Das Drehmomentschätzsystem umfasst ferner ein Nockenstellerpositionsschätzmodul, das auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters eine Nockenstellerposition schätzt. Das Drehmomentschätzmodul schätzt das Maschinendrehmoment auf Grundlage der Nockenstellerposition. Das Drehmomentschätzsystem umfasst ferner ein Frühzündungsschätzmodul, das auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters die Frühzündung schätzt.
Gemäß weiteren Merkmalen schätzt das Drehmomentschätzmodul das Maschinendrehmoment auf Grundlage der Frühzündung. Das Drehmomentschätzsystem umfasst ferner ein Abgasrückführungs-(AGR)-Schätzmodul, das auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters die Öffnung eines AGR-Ventils schätzt. Das Drehmomentschätzmodul schätzt das Maschinendrehmoment auf Grundlage der AGR-Ventilöffnung. Das Betriebsparametermodul und das Drehmomentschätzmodul umfassen jeweils eine Reentrant-Funktion. Das Drehmomentschätzsystem umfasst ferner ein Maschinensteuermodul, das auf Grundlage des geschätzten Maschinendrehmoments eine Brennkraftmaschine des Fahrzeugs steuert.
Ein Verfahren zum Schätzen des Drehmoments bei einem Fahrzeug umfasst die Merkmale des Anspruchs 16.
Gemäß weiteren Merkmalen ist der geschätzte Maschinenbetriebsparameter die Luft pro Zylinder und/oder der Kraftstoff pro Zylinder. Der geschätzte Maschinenbetriebsparameter ist die Luft pro Zylinder (APC), und das Verfahren umfasst ferner das wahlweise Bestimmen einer bei der Maschinendrehzahl erforderlichen minimalen APC. Die minimale APC basiert auf der für zuverlässige Drosselklappensteuerung erforderlichen minimalen APC und/oder der für zuverlässige Kraftstoffeinspritzung erforderlichen minimalen APC und/oder der für Verbrennungsstabilität erforderlichen minimalen APC. Die minimale APC ist durch ein Maximum unter der für zuverlässige Drosselklappensteuerung erforderlichen minimalen APC, der für zuverlässige Kraftstoffeinspritzung erforderlichen minimalen APC und der für Verbrennungsstabilität erforderlichen minimalen APC festgelegt.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen des geschätzten Maschinenbetriebsparameters auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des Betriebsmodus, wobei der Betriebsmodus dem maximalen Drehmoment und/oder dem minimalen Drehmoment bei laufender Maschine und/oder dem minimalen Drehmoment bei abgeschalteter Maschine entspricht, und das Liefern der mehreren Maschinendrehzahlen zum Bestimmen und zum Schätzen für jeden von mehreren der Betriebsmodi.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen eines Maximalwertes des geschätzten Maschinenbetriebsparameters für den Maximaldrehmomentmodus. Das Verfahren umfasst ferner das Liefern der mehreren Maschinendrehzahlen zum Bestimmen und zum Schätzen für eine erste Anzahl von Zylindern, die aktiv sind, und für eine zweite Anzahl von Zylindern, die aktiv sind. Das Fahrzeug umfasst eine Maschine mit N Zylindern, wobei die erste Anzahl gleich N ist und die zweite Anzahl gleich N geteilt durch zwei ist. Das Verfahren umfasst ferner das Schätzen einer Nockenstellerposition auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters und das Schätzen des Maschinendrehmoments auf Grundlage der Nockenstellerposition.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner das Schätzen der Frühzündung auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters und das Schätzen des Maschinendrehmoments auf Grundlage der Frühzündung. Das Verfahren umfasst ferner das Schätzen der Öffnung eines AGR-Ventils auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters und das Schätzen des Maschinendrehmoments auf Grundlage der AGR-Ventilöffnung. Das Verfahren umfasst ferner das Steuern einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs auf Grundlage des geschätzten Maschinendrehmoments.
ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird vollständiger verstanden anhand der genauen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen. In den Zeichnungen ist:
1 ein funktionaler Blockschaltplan eines beispielhaften Hybrid-Antriebsstrangsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
2 ein funktionaler Blockschaltplan, der ein Drehmomentkurvenerzeugungssystem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3 eine graphische Darstellung eines erzeugten Satzes von Drehmomentkurven gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
4 ein funktionaler Blockschaltplan, der die Berechnung der minimalen Luft pro Zylinder gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung erläutert;
5 ein funktionaler Blockschaltplan, der die Berechnung der minimalen Luft für Drosselklappensteuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung erläutert;
6 ein funktionaler Blockschaltplan, der die Berechnung der minimalen Luft für Kraftstoffeinspritzsteuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung erläutert;
7 ein funktionaler Blockschaltplan, der die Berechnung der minimalen Luft für Verbrennungsstabilität gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung erläutert; und
8 ein Ablaufplan, der beispielhafte Schritte zeigt, die bei der Drehmomentkurvenerzeugung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung unternommen werden
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach rein beispielhaft. 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 nicht-exklusiven logischen ODER interpretiert werden. Wohlgemerkt können 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.
Mit Bezug auf 1 wird nun ein beispielhafter Hybrid-Antriebsstrang 10 näher beschrieben. Obwohl der beispielhafte Antriebsstrang 10 als Hinterradantriebs-(rear wheel drive, RWD)-Antriebsstrang gezeigt ist, kann die koordinierte Drehmomentsteuerung der vorliegende Offenbarung zusammen mit irgendeiner anderen Antriebsstrangkonfiguration implementiert sein. Der beispielhafte Antriebsstrang 10 umfasst ein Antriebssystem 12 und ein Endantriebssystem 14. Das Antriebssystem 12 umfasst eine Brennkraftmaschine (ICE) 16 und einen Elektromotor (EM) 18. Das Antriebssystem kann außerdem Zusatzkomponenten umfassen, die einen A/C-Kompressor (Klimaanlagenkompressor) 20 und eine Servolenkpumpe 22 umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind.
Der EM 18 und die Zusatzkomponenten (wie etwa der A/C-Kompressor 20 und die Servolenkpumpe 22) sind unter Verwendung eines Riemen- und Riemenscheibensystems 24 mit der ICE 16 antriebsmäßig gekoppelt. Das Riemen- und Riemenscheibensystem 24 umfasst mehrere Riemenscheiben, die sich miteinander drehen und den EM 18, die Zusatzkomponenten und die Kurbelwelle 26 der ICE 16 untereinander verbinden. Das Riemen- und Riemenscheibensystem 24 umfasst einen Riemen, um das Übertragen eines Drehmoments zwischen der Kurbelwelle 26 und dem EM 18 und/oder von der Kurbelwelle 26 zu den Zusatzkomponenten zu ermöglichen. Diese Konfiguration wird als Riemen-Startergenerator-(BAS)-System bezeichnet.
Die Kurbelwelle 26 der ICE 16 treibt das Endantriebssystem 14 an. Das Endantriebssystem 14 umfasst eine Flexplatte oder Schwungscheibe (nicht gezeigt), einen Drehmomentwandler oder eine andere Kupplungsvorrichtung 30, ein Getriebe 32, eine Antriebswelle 34, ein Differential 36, Achswellen 38, Bremsen 40 und angetriebene Räder 42. Ein von der Kurbelwelle 26 der ICE 16 ausgegebenes Antriebsdrehmoment (TPROP) wird über die Endantriebssystemkomponenten übertragen, um ein Achsdrehmoment (T_AXLE) an den Achswellen 38 zum Antreiben der Räder 42 zu verschaffen.
Genauer wird T_PROP durch mehrere Übersetzungen, die durch die Kupplungsvorrichtung 30, das Getriebe 32 und das Differential 36 festgelegt sind, vervielfacht, um das Achsdrehmoment T_AXLE an den Achswellen 38 bereitzustellen. Im Wesentlichen wird T_PROP mit einem effektiven Übersetzungsverhältnis, das eine Funktion der durch die Kupplungsvorrichtung 30, das Getriebe 32 und das Differential 36 und möglicherweise weitere Komponenten eingeführten Übersetzungen ist, multipliziert. Die weiteren Komponenten sind solche, die eine Übersetzung in dem Endantriebssystem einführen, wie etwa ein Verteilergetriebe bei einem Vierradantrieb-(four-wheel-drive, 4WD)- oder einem Allradantrieb-(all-wheel-drive, AWD)-Antriebsstrang. Zum Zweck der Drehmomentsteuerung umfasst der T_AXLE-Bereich die ICE 16 und den EM 18.
Der Antriebsstrang 10 umfasst außerdem ein Steuersystem 50, das auf Grundlage der koordinierten Drehmomentsteuerung der vorliegenden Offenbarung den Betrieb des Antriebsstrangs 10 regelt. Das Steuersystem 50 umfasst ein Getriebesteuermodul (transmission control module, TCM), ein Motorsteuermodul (engine control module, ECM) und ein Hybrid-Steuermodul (hybrid control module, HCM). Das HCM umfasst ein oder mehrere Submodule wie etwa einen BAS-Steuerprozessor (BAS control processor, BCP) 58.
Das TCM 52, das ECM 54 und das HCM 56 können über ein Controller-Bereichsnetz (controller area network, CAN) 60 miteinander kommunizieren. Eine Fahrereingabe 62 kommuniziert mit dem ECM. Die Fahrereingabe 62 kann ein Fahrpedal und/oder ein automatisches Geschwindigkeitsregelungssystem umfassen. Eine Fahrerschnittstelle 64 kommuniziert mit dem TCM 52. Die Fahrerschnittstelle 64 kann einen Fahrstufenwählhebel wie etwa einen PRNDL-Hebel umfassen.
Die koordinierte Drehmomentsteuerung erleichtert in dem ECM neben anderen Drehmomentanforderungen den Komponentenschutz, die Verhinderung eines Überdrehens der Maschine und System-Abhilfsmaßnahmen. Die Hybrid-Antriebsdrehmomentsteuerung in dem HCM ergänzt das ECM und kann neben anderen Drehmomentanforderungen die Getriebedrehmomentsteuerung, das regenerative Bremsen und die Verhinderung eines Überdrehens der Maschine implementieren.
Das HCM kann eine Drehmomentanforderung ausgeben, um das Maschinendrehmoment auf null zu setzen, indem die Maschinenzylinder (z. B. durch Sperren des Kraftstoffs für die Zylinder) zu deaktivieren. Dies kann in Fahrzeug-Schiebebetriebsituationen, wenn die Fahrpedalstellung null ist, erfolgen. Beispielsweise wird der Kraftstoff abgeschaltet, wobei das regenerative Bremsen die kinetische Energie des Fahrzeugs über den EM in elektrische Leistung umsetzt. Um dies zu erleichtern, wird eine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung, die das Achsdrehmoment mit der Kurbelwelle verbindet, eingerückt. Dadurch wird der EM angetrieben.
Die koordinierte Drehmomentsteuerung für Hybrid-Maschinen und herkömmliche Maschinen kann sich auf Schätzungen des Drehmoments der Maschine an Betriebspunkten stützen, die die Maschine momentan nicht erfährt. Diese Betriebspunkte können beispielsweise in Form der Drehzahl, der Maschinenlast und des Verbrennungswirkungsgrads definiert sein. Sensoreingaben, die den Maschinenbetriebspunkt identifizieren, können andere Eingaben in ein Drehmomentmodell des ECM beeinflussen. Folglich kann eine Reihe von Funktionen aufgerufen werden, um eine Gruppe synthetisierter Eingaben zu erzeugen, die dem Drehmomentmodell präsentiert werden.
Diese synthetisierten Eingaben können die Luft pro Zylinder (APC) und den Öffnungsgrad eines Abgasrückführungs-(AGR)-Ventils umfassen. Bei Benzinmaschinen können diese synthetisierten Eingaben auch geplante Frühzündung und geplante Nockenstellung umfassen. Bei Dieselmaschinen können diese synthetisierten Eingaben geplante Kraftstoffzufuhr umfassen. Die Einzelheiten des Synthetisierens der Eingaben für Benzinmaschinen werden weiter unten bei den 2–8 beschrieben.
Das Drehmomentmodell des ECM kann als Software und/oder dedizierte Hardware, die ein Drehmoment auf Grundlage verschiedener Eingaben berechnen können, ausgeführt sein. Solche Eingaben können die Luft pro Zylinder (APC), die Frühzündung (spark advance), den Absolutladedruck (manifold absolute pressure, MAP), die Anzahl mit Kraftstoff versorgter Zylinder, die Nockenstellerposition, die Maschinen-RPM (engine RPM) bzw. Maschinendrehzahl und die Zylinderverdünnung (als Folge von AGR) umfassen. Das Modell kann eine Berechnung der folgenden allgemeinen Form umfassen: Drehmoment = a·APC + b·spark_advance + c·RPM
Die Koeffizienten a, b, c usw. können durch Regressionsanalyse gemessener Drehmomentdaten von an einem Dynamometer betriebenen Maschinen oder anderen gesteuerten Zuständen bestimmt werden. Weitere Einzelheiten hinsichtlich eines Beispiels eines solchen Drehmomentmodells lassen sich in dem US-Patent US 6,704,638 B2 an Livshiz u. a. mit dem Titel Torque Estimator for Engine RPM and Torque Control finden.
Außer beim aktiven Kraftstoffmanagement (active fuel management, AFM), wo die Maschine wahlweise Zylinder deaktiviert, ist ECM-Software lediglich dazu verwendet worden, das Drehmoment bei der Ist-Maschinen-RPM und der Ist-APC zu berechnen. Die Eingaben in das Modell sind daher eine Momentaufnahme der Ist-APC, der Ist-RPM, der Ist-Frühzündung, der Ist Phasenstellerposition usw. gewesen.
Ein Vollhybridsystem mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe (electrically variable transmission, EVT) ermöglicht es, den ICE-Betriebspunkt – seine RPM und seine Last (APC) und somit sein Drehmoment – relativ unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrzeuglast einzustellen. Das von dem Fahrer verlangte Drehmoment, das nicht durch die Maschine zugeführt wird, kann mit den Elektromotoren (EM) ergänzt werden. Folglich kann das Schaffen von Algorithmen, die den Maschinenbetriebspunkt auf Grundlage verschiedener Kriterien planen, zu einer besseren Kraftstoffwirtschaftlichkeit führen.
Ferner kann die Maschinen- und Getriebesteuerung bei einer Nichthybrid-ICE die Kenntnis des Maschinendrehmoments als Funktion der RPM und der Anzahl aktiver Zylinder nutzen. Beispielsweise können Schaltpunkte so gewählt werden, dass die Kraftstoffeinsparung maximiert wird. Außerdem können Zylinder bei RPM, bei denen resultierende Drehmomentabnahmen minimal sind, deaktiviert werden.
ICE sind beim Umwandeln von chemischer Energie (Benzin- oder Dieselkraftstoff) in mechanische Energie am wirksamsten bei niedrigen RPM und hohen Lasten (hohen APC). Dieser Umwandlungswirkungsgrad ist insofern, als Reibungsverluste von der sich drehenden Maschine bei den niedrigsten RPM am niedrigsten sind und Pumpverluste in der Nähe von Zuständen weit geöffneter Drosselklappe (wide open throttle, WOT) minimal sind (WOT produziert hohe APC), intuitiv. So kann zum Maximieren der Kraftstoffeinsparung die ICE in der Nähe von Leerlauf-RPM bei weit geöffneter Drosselklappe laufen oder überhaupt nicht laufen (Kraftstoff abgeschaltet, Maschine dreht sich nicht). Jedoch gibt es durch das EVT auferlegte Beschränkungen darüber, wie oft die ICE das Drehen vollständig stoppen kann.
Es ist die Aufgabe der Optimiereinrichtung in dem Hybrid-Steuermodul (HCM), die beste Mischung aus EM-Drehmoment und ICE-Drehmoment zu wählen, die die Fahrzeugbedieneranforderung erfüllt und dabei den besten Kraftstoffverbrauch liefert und die Batterien aufgeladen hält. Das regenerative Bremsen allein ist möglicherweise nicht ausreichend, um die Batterien bei einem Vollhybrid aufgeladen zu halten. Die Hybrid-Optimiereinrichtung kann den besten Maschinenbetriebspunkt intelligent wählen und befehlen, wenn ihr der verfügbare Bereich des Drehmoments bei abgeschalteter Maschine, bei minimalem Gas (minimaler APC) und bei maximalem Gas (maximaler APC) zugänglich ist.
Es besteht eine Lücke zwischen dem Drehmoment, das erzeugt wird, wenn die Maschine bei minimalem Gas läuft, und dem Drehmoment, wenn die Maschine abgeschaltet ist. Die Maschine ist zumindest bei einer gegebenen RPM möglicherweise nicht in der Lage, ein Drehmoment zwischen diesen zwei Werten zu erzeugen. Mit anderen Worten, das bei einer gegebenen RPM erreichbare Drehmoment ist nicht stetig. Da das EVT der Optimiereinrichtung ermöglicht, die RPM der Maschine festzulegen und ebenso das Gas (die APC) für die Maschine zu befehlen, müssen diese Drehmomente über einen Bereich von RPM bekannt sein. Die Drehmomentkurvenerzeugung beinhaltet das Konstruieren einer RPM-Achse mit einer kalibrierbaren Anzahl von Punkten und das anschließende Einspeisen jener Punkte in das Drehmomentmodell.
Jede Drehmomentkurve kann daher ein Drehmoment umfassen, das einem RPM-Punkt auf der RPM-Achse entspricht. Es können drei Drehmomentkurven erzeugt werden – eine für abgeschaltete Maschine, eine für bei minimalem Gas laufende Maschine und eine für bei maximalem Gas laufende Maschine. Diese Kurven können von dem ECM zu dem HCM übertragen werden, damit die Optimiereinrichtung des HCM weiß, welcher Bereich von Drehmomenten und RPM von der ICE verfügbar sind.
Die von dem ECM zu dem HCM gesendeten Drehmomentkurven können eindimensional sein, womit das Drehmoment von einer einzigen RPM-Achse abhängt. Die Auswirkungen der Frühzündung, der Phasenstellerposition, von AGR usw. können durch Tätigen von Aufrufen an die Funktionen der geplanten Frühzündung, der geplanten Phasenstellerposition, der geplanten AGR usw. für die betreffende RPM in die Kurven eingebaut werden. Diese Funktionen können als ablaufinvariant bzw. reentrant (oder als ”Algorithmenbibliotheken”) geschrieben sein, damit von mehreren Betriebssystem-Tasks Aufrufe an sie an nicht momentanen Maschinenbetriebspunkten getätigt werden können.
Für Maschinen, die das aktive Kraftstoffmanagement (AFM) ausführen, können mehrere Sätze von Kurven erzeugt werden. Beispielsweise können ein erster Satz von Kurven, der dem entspricht, dass alle Zylindern freigegeben sind, und ein zweiter Satz von Kurven, der dem entspricht, dass die Hälfte der Zylinder freigegeben ist, erzeugt werden, was insgesamt sechs Kurven ergibt. Die Werte dieser Kurven können sich mit der Umgebungstemperatur, dem Umgebungsdruck und der Länge des Fahrzyklus ändern, so dass die Kurven, während das Fahrzeug fährt, periodisch aktualisiert werden können.
Die HCM-Optimiereinrichtung kann auf Grundlage der empfangenen Kurven den Zustand der Batterieladung (eine Näherung dafür, wie viel Drehmoment die EM produzieren können) analysieren, analysieren, wie viel Drehmoment der Bediener des Fahrzeugs anfordert, und analysieren, wie viel Drehmoment von der ICE erzielt werden kann. Anhand dieser Informationen kann die HCM-Optimiereinrichtung ein Soll-Drehmoment und eine Soll-RPM für die ICE bestimmen. Die ICE-RPM kann durch Elektromotordrehzahleinstellpunkte in dem EVT gesteuert werden. Mit Dreh-Synchronfeld-EM in dem EVT kann anders als mit Festfeld-Gleichstrom-EM oder Asynchron-Wechselstrom-EM die Drehzahl der Elektromotoren unabhängig von ihrem Drehmoment eingestellt werden.
In 2 ist nun ein funktionaler Blockschaltplan eines Drehmomentkurvenerzeugungssystems wiedergegeben. Ein Schätzungssteuermodul 400 gibt eine Folge von Maschinendrehzahl-(RPM)-Werten aus. Diese Folge von RPM-Werten kann von einer Leerlaufdrehzahl bis zu einer RPM im roten Drehzahlbereich gehen, wobei die Werte gleich beabstandet sein können. Ein Luft-pro-Zylinder-(APC)-Modul 402 bestimmt für jede RPM einen APC-Wert. Der APC-Wert wird von der Maschine nicht wirklich erfahren (weshalb er ”virtuell” genannt wird), jedoch wird er für eine hypothetische (virtuelle) RPM vorhergesagt, die durch das Schätzungssteuermodul 400 beschafft wird.
Ein AGR-Schätzmodul 404, ein Nockenstellerpositionsschätzmodul 406 und ein Frühzündungsschätzmodul 408 schätzen geplante Stellgliedpositionen bei der gewählten RPM und der gewählten APC. Das Frühzündungsschätzmodul 408 kann außerdem die Stellgliedpositionen von dem AGR-Schätzmodul 404 und dem Nockenstellerpositionsschätzmodul 406 verwenden.
Jene geplanten Stellgliedpositionen können dann zusammen mit RPM und APC zu einem Drehmomentschätzmodul 410 zum Schätzen des Drehmoments bei der RPM und der APC weitergeleitet werden. Das Drehmomentschätzmodul 410 kann ein Drehmomentmodell mit sieben Ausdrücken, wie es oben näher beschrieben worden ist, in Kraft setzen. Die Ausgabe des Drehmomentschätzmoduls 410 kann in einem Drehmomentkurvenspeichermodul 412 gespeichert werden. Das Drehmomentkurvenspeichermodul 412 kann von dem Schätzungssteuermodul 400 gelöscht werden, wenn ein neuer Satz von Kurven erzeugt wird. Alternativ kann das Drehmomentkurvenspeichermodul 412 jeden Drehmomentkurvenpunkt aktualisieren, wenn ein neuer Wert ermittelt ist.
Drehmomentkurven als Funktion von RPM können für das maximale Drehmoment, das minimale Drehmoment bei noch laufender Maschine und das minimale Drehmoment bei abgeschalteter Maschine erwünscht sein. Um eine Kurve für das minimale Drehmoment bei laufender Maschine zu erzeugen, kann das APC-Modul 402 bei jeder RPM die minimale APC, die erforderlich ist, damit die Maschine noch läuft, bestimmen.
Das maximale Drehmoment kann in einer ähnlichen Weise bestimmt werden, mit Ausnahme, dass das APC-Modul 402 eine maximal verfügbare APC bestimmt. Ferner kann angenommen werden, dass sich das AGR-Ventil zugunsten eines maximalen Drehmoments in einer Aus-Stellung (d. h. 0% geöffnet) befindet. Die Drehmomentkurve für absolutes minimales Drehmoment (wobei die Maschine nicht läuft) kann bei nahezu geschlossener Drosselklappe, um den höchsten Unterdruck, gegen den die sich drehende Maschine Luft ansaugen muss, zu erzeugen, bestimmt werden.
Die Schätzmodule 404–410 können als importierbare Bibliotheken ausgeführt sein, um so die Reentrant-Funktionalität zu unterstützen. Eine solche Reentrant-Funktionalität kann sicherstellen, dass die Funktionen ohne Gefahr einer Datenverfälschung von mehr als einer Task gleichzeitig verwendet werden kann. Das Schätzungssteuermodul 400 und das APC-Modul 402 können ebenfalls als Reentrant-Funktionen ausgeführt sein.
Für jede der drei Kurven (Maximum, Minimum bei laufender Maschine und Minimum bei abgeschalteter Maschine) können Werte an jedem RPM-Punkt berechnet werden. Alternativ kann eine gesamte Kurve berechnet werden, bevor die nächste Kurve berechnet wird. Außerdem kann bei aktivem Kraftstoffmanagement der Satz von drei Kurven für jede Zylinderkonfiguration berechnet werden. Das aktive Kraftstoffmanagement ermöglicht ein Abschalten der Hälfte der Zylinder (durch Entzug von Kraftstoff und Zündfunken). Dementsprechend kann der Satz von drei Kurven dafür, dass alle Zylinder aktiv sind, und auch dafür, dass lediglich die Hälfte der Zylinder aktiv ist, berechnet werden.
Bei einer Dieselmaschine können dieselben Typen von Informationen über das minimale Drehmoment und das maximale Drehmoment verwendet werden. Jedoch können auf Grund des Unterschieds hinsichtlich des Drehmomentmodells, der Maschinenbetriebspunktbestimmung und der Maschinenbetriebspunktbegrenzungen/-beschränkungen die Berechnungen von jenen bei Benzinmaschinen verschieden sein.
Beispielsweise kann das minimale Drehmoment geschätzt werden, indem ein RPM-Punkt gewählt wird und dann der minimale Kraftstoff pro Zylinder für jene RPM berechnet wird. Dieser minimale Kraftstoff pro Zylinder und der gewählte RPM-Punkt können dann zu einer ablaufinvarianten Drehmomentschätzroutine zum Bestimmen eines geschätzten minimal möglichen Drehmoments bei laufender Maschine (estimated min possible running torque) gesendet werden.
Das maximale Drehmoment kann gleichfalls in einer ähnlichen Weise bestimmt werden, jedoch kann in dem Drehmomentmodell die maximale Kraftstoffzufuhr verwendet werden. Die Maximalkraftstoffschätzung kann auf dem maximalen Kraftstoffdruck, der möglichen maximalen Einspritzvorrichtungsspeisezeit als Funktion der Verbrennungsstabilität, Einspritzvorrichtungsbeschränkungen, Abgasemissionsgrenzwerten, Abgasrauchbeschränkung und der maximalen Luftladung bei der gewählten RPM basieren. Dieser maximale Kraftstoff pro Zylinder und der gewählte RPM-Punkt können dann zu einer ablaufinvarianten Drehmomentschätzroutine zum Bestimmen eines geschätzten maximal möglichen Drehmoments bei laufender Maschine (estimated max possible running torque) gesendet werden.
Um nun auf 3 Bezug zu nehmen, können Drehmomentschätzwerte zu Drehmomentkurven wie etwa einer Kurve 450 für maximales vorhergesagtes Drehmoment, einer Kurve 452 für minimales Drehmoment bei laufender Maschine und einer Kurve für Drehmoment bei abgeschalteter Maschine (oder Minimaldrehmomentkurve) 454 zusammengesetzt werden. Die Kurve für maximales vorhergesagtes Drehmoment liefert einen Drehmomentschätzwert, der bei maximalem Luftdurchfluss, momentanen Umgebungsbedingungen und normalem Maschinenbetriebszustand über einen Bereich von RPM erzeugt würde.
Die Kurve für minimales Drehmoment bei laufender Maschine liefert einen Drehmomentschätzwert, der bei minimalem Luftdurchfluss, momentanen Umgebungsbedingungen und normalem Maschinenbetriebszustand erzeugt würde. Die Minimaldrehmomentkurve liefert einen Drehmomentschätzwert, der bei minimalem Luftdurchfluss, Kraftstoffabschaltung (Maschine läuft nicht) und momentanen Umgebungsbedingungen erzeugt würde. In diesem Fall ist dieser gleichbedeutend mit einem Schätzwert der Maschinenreibung und der Maschinenpumpverluste.
Um nun auf 4 Bezug zu nehmen, kann das minimale Drehmoment geschätzt werden, indem ein RPM-Punkt gewählt wird und dann die minimale Luft pro Zylinder (APC), die erreichbar ist, berechnet wird. Das System kann drei mögliche Quellen der erreichbaren minimalen APC betrachten – die minimal steuerbare Drosselklappenstellung, die minimal verträgliche Kraftstoffeinspritzvorrichtungseinschaltzeit und die minimale Luftdichte für sich selbst unterhaltende Verbrennung. Der größte dieser drei unteren Grenzwerte, wie er durch ein Maximummodul 506 bestimmt wird, liefert die Gesamtuntergrenze der erreichbaren APC.
Die zum Aufrechterhalten einer steuerbaren Drosselklappenstellung erforderliche minimale APC kann durch ein Modul 500 für minimale Luft für zuverlässige Drosselklappensteuerung bestimmt werden. Das Modul 500 für minimale Luft für zuverlässige Drosselklappensteuerung kann seine Berechnung auf Grundlage der folgenden sechs Eingaben ausführen. Die erste ist die Drehzahl der sich drehenden Maschine in Umdrehungen pro Minute (RPM bzw. min^–1). Die zweite ist der barometrische Druck, der als Umgebungsluftdruck bezeichnet werden kann und durch einen Tiefpass gefiltert werden kann.
Die dritte ist die minimale Drosselklappenstellung als Prozentsatz der maximalen Stellung, d. h. der weit geöffneten Drosselklappe (WOT). Ein vollständiges Schließen der Drosselklappe kann dazu führen, dass sie in der Drosselbohrung hängen bleibt. Die vierte Eingabe ist die Temperatur der Luft außerhalb des Fahrzeugs. Diese Temperatur kann von einem Kraftstoffsystem-Temperatursensor, der unter bestimmten Bedingungen arbeitet, geschätzt werden, anstatt von einem dedizierten Sensor abgelesen zu werden.
Die fünfte ist die maximale effektive Fläche der Drosselbohrung in Quadratmillimetern bei weit geöffneter Drosselklappe. Die sechste ist die Anzahl von Zylindern in der Maschine, die von einer Kalibrierung kommen kann. Alternativ kann sich die Anzahl von Zylindern ändern, wenn ausgewählte Zylinder deaktiviert werden.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen können insofern, als sie nicht sofort öffnen und schließen, einen weiteren Grenzwert erzeugen. Kraftstoffeinspritzvorrichtungen können eine minimale Einschaltzeit, für die sie angesteuert werden müssen, besitzen; andernfalls können sie tatsächlich geschlossen bleiben oder sich in eine unbestimmbare Stellung öffnen. Jene minimale Einschaltzeit erzeugt eine minimale Menge an Kraftstoff, die zuverlässig in den Zylinder abgegeben werden kann. Da Benzinmaschinen im Allgemeinen bei einem festen Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden, erzeugt dieser Grenzwert für minimal möglichen zugeführten Kraftstoff wiederum einen Minimal-APC-Grenzwert.
Die durch die minimale Kraftstoffeinspritzvorrichtungseinschaltzeit auferlegte minimale Luft kann durch ein Modul 502 für minimale Luft für Kraftstoffeinspritzvorrichtungseinschaltzeit bestimmt werden. Das Modul 502 für minimale Luft für Kraftstoffeinspritzvorrichtungseinschaltzeit kann seine Berechnung auf Grundlage der Maschinen-RPM und des momentanen effektiven Einspritzvorrichtungsdurchflusses in Milligramm/Sekunde ausführen. Der momentane effektive Einspritzvorrichtungsdurchfluss kann eine Funktion des Drucks an der Einspritzvorrichtung und der Arbeitsöffnungsgröße sein.
Ein weiterer APC-Grenzwert kann aus der Anforderung nach stabiler Verbrennung resultieren. Wenn Kraftstofftröpfchen in der Verbrennungskammer zu weit beabstandet sind, kann es vorkommen, dass nicht genug Wärme von der Verbrennung eines Moleküls zu seinen Nachbarn übertragen wird, um eine sich selbst unterhaltende Verbrennung zu erlangen. In einem solchen Fall beginnt die Verbrennung bei der Zündkerze, jedoch gelingt es ihr nicht, alle sämtliche der anderen Tröpfchen in der Verbrennungskammer zu zünden. Die unverbrannten Kraftstofftröpfchen verlassen dann den Auslasskanal und können den Katalysator beschädigen.
Dieser Grenzwert wird im Allgemeinen durch Kalibriereinrichtungen mittels einer Verbrennungsqualitäts-Messeinrichtung als breite Varianz des indizierten mittleren wirksamen Drucks, der in eine Varianzkoeffizientenzahl (coefficient of variance number, COV) transformiert werden kann, beobachtet. Dieser Grenzwert kann auch durch Überwachen der Katalysatortemperatur in Maschinen mit Katalysatortemperatursensoren beobachtet werden. Katalysatortemperaturen beginnen anzusteigen, wenn unverbrannte Kraftstofftröpfchen den Katalysator erreichen.
Die für eine annehmbare Verbrennungsstabilität erforderliche minimale Luft kann durch ein Modul 504 für minimale Luft für Verbrennungsstabilität bestimmt werden. Das Modul 504 für minimale Luft für Verbrennungsstabilität kann seine Berechnung auf Grundlage der Maschinen-RPM und des Umgebungsluftdrucks ausführen.
Das Maximum dieser drei identifizierten Minimal-APC-Grenzwerte kann als minimale APC für die Drehmomentberechnungen bei minimalem Gas verwendet werden. Wenn nicht bekannt ist, dass einer dieser Grenzwerte stets der höchste ist, können verschiedene Implementierungen nur jenen Grenzwert, der entscheidend ist, periodisch neu berechnen.
Bei einer Dieselmaschine kann der minimale Kraftstoff pro Zylinder ähnlich berechnet werden.
Um nun auf 5 Bezug zu nehmen, kann die minimale Luft für zuverlässige Drosselklappensteuerung unter der Annahme berechnet werden, dass der Luftdurchfluss hinter einer nahezu geschlossenen Drosselklappe stets etwa Schallgeschwindigkeit (mach 1) besitzt. Wenn der Luftdurchfluss Schallgeschwindigkeit besitzt, ist das Verhältnis von Absolutladedruck (MAP) zu Einlassdruck kleiner als 0,528 (eine Konstante für Luft). Diese Annahme scheint für Maschinendrehzahlen bei Leerlauf oder darüber gültig zu sein.
Wenn drehmomentgesteuerte Starts implementiert sind, kann das Verwenden dieser Annahme, um das Soll-Drehmoment während des Anlassens einzustellen, jedoch problematisch sein, weil das Anlassen bei RPM erfolgen kann, die viel niedriger als Leerlauf-RPM sind. Bei diesen niedrigen RPM kann der Luftdurchfluss Unterschallgeschwindigkeit besitzen (wobei das Druckverhältnis von MAP zu Einlassdruck größer als 0,528 ist). Mit sich immer langsamer drehender Maschine nähert sich der Druck in dem Einlasskrümmer dem barometrischen Druck, weil der Krümmerdruck und der barometrisch Druck gleich sind, wenn sich die Maschine nicht dreht. Die nun inkorrekte Schallgeschwindigkeits-Luftdurchfluss-Annahme kann zum Berechnen eines sehr hohen Drehmoments bei minimaler APC führen. Folglich könnte die Drosselklappe daran gehindert werden, sich so weit schließen, wie sie sollte, was dann, wenn die Maschine zu laufen beginnt, Maschinen-RPM-Flackern verursachen kann.
Ein Weg, dieses mögliche Problem abzustellen, ist, die minimale APC nur unter Verwendung des Kraftstoffeinspritzvorrichtungsminimum und des Verbrennungsminimums zu bestimmen. Ein anderer Weg, dieses Problem zu verhindern, ist, eine Tabelle von MAP beim Anlassen von RPM zu erzeugen und jene Tabelle zu verwenden, um zu bestimmen ob der Luftdurchfluss Schallgeschwindigkeit oder Unterschallgeschwindigkeit besitzt. Die APC-Berechnung bei minimalem Gas kann dann entsprechend angeglichen werden. Wenn der Luftdurchfluss Unterschallgeschwindigkeit besitzt, kann die Gleichung für Strömung im Unterschallbereich verwendet werden.
Wenn der Luftdurchfluss Schallgeschwindigkeit besitzt, ist es möglich, den Massenluftdurchfluss als (0,685 × baro × area)(R × T_amb)^0,5 zu schätzen, wobei R die ideale Gaskonstante ist, T_amb die Umgebungstemperatur ist, area die Drosselfläche ist und baro der barometrische Druck ist. Das Modul 600 kann eine mathematische Bibliothek sein, die eine Zahl auf eine Potenz erhöht. Beispielsweise kann das Modul 600 eine Eingabe auf eine Potenz von 0,5 erhöhen, was tatsächlich dem Ziehen der Quadratwurzel entspricht.
Die Module 602 und 604 können ein Dividieren mit einer Schutzfunktion, die vor einem Dividieren durch null schützt, ausführen. Diese Funktion kann so entworfen sein, dass sie eine Falle des Dividierens durch den Nullvektor vermeidet, um eine Programmflussumkehr, die zu einem Fehlen von Kraftstoffeinspritzereignissen, Zündereignissen usw. führen könnte, zu vermeiden. Der Fahrer des Fahrzeugs könnte ein solches fehlendes Ereignis als Abwürgen oder als sprunghaften Anstieg empfinden.
Somit können die Module 602 und 604 nach einem Nulldivisor überprüfen, bevor versucht wird, ein Dividieren auszuführen. Wenn ein Nulldivisor gefunden wird, kann der Divisor in die kleinstmögliche Gleitpunktzahl umgewandelt werden. Bei verschiedenen Ausführungen kann dann, wenn der Zähler eine positive Zahl ist, die Ausgabe auf die kleinstmögliche positive Zahl gesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann dann, wenn der Zähler eine negative Zahl ist, die Ausgabe auf die kleinstmögliche negative Zahl gesetzt werden. Das Modul 606 setzt die Drosselfläche in eine Drosselklappenstellung um und kann als Verweistabelle ausgeführt sein.
In 6 wird die minimale APC für zuverlässige Kraftstoffeinspritzvorrichtungsbetätigung bestimmt. Wenn die Einspritzvorrichtungen für weniger als eine minimale Zeit eingeschaltet werden, können sie sich nicht vollständig öffnen, weshalb die Menge an abgegebenem Kraftstoff nicht vorhersagbar ist. Die Verweistabelle 702 kann einen Wert von minimalen Einspritzvorrichtungsöffnungszeiten als Funktion von RPM enthalten. Die ausgewählte minimale Einspritzvorrichtungsöffnungszeit wird dann mit dem effektiven Einspritzvorrichtungsdurchfluss multipliziert, um die minimale APC für Kraftstoffeinspritzung zu erhalten.
In 7 wird nun die für zuverlässige Verbrennung erforderliche minimale APC bestimmt. Die Verweistabelle 712 kann die minimal zulässige Luft pro Zylinder für zuverlässige Verbrennung als Funktion der RPM und des barometrischen Drucks enthalten.
In 8 zeigt nun ein Ablaufplan beispielhafte Schritte, die beim Erzeugen der Kurven für vorhergesagtes Drehmoment ausgeführt werden. Die Drehmomentkurve können von dem ECM in einer Nichthybrid-ICE dazu verwendet werden, die besten Maschinenbetriebspunkte zum Erzielen eines momentanen und eines künftigen vorhergesagten Drehmoments zu wählen. Die Drehmomentkurven können auch durch ein Hybrid-Steuermodul dazu verwendet werden, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit der ICE zu maximieren, wobei die EM dazu verwendet werden, das restliche geforderte Drehmoment zu beschaffen.
Die Drehmomentkurven können für eine kalibrierbare Anzahl von RPM-Punkten erzeugt werden. Die RPM, bei denen Drehmomentkurven berechnet werden, können ebenfalls kalibrierbar sein. Da die Drehmomentkurven für eine gegebene Maschine nicht statisch sind, können die Drehmomentkurven periodisch neu berechnet werden. Beispielsweise können sich die Kurven auf Grund der Außentemperatur, des Umgebungsluftdrucks und der Länge des Fahrzyklus verändern.
Für jeden RPM-Punkt können mehrere Drehmomentwerte bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Drehmomentwert, der dem von der Maschine erzeugten minimalen Drehmoment, während die Maschine noch läuft, entspricht, neu berechnet werden. Außerdem kann das von der Maschine erzeugte minimale Drehmoment, wenn die Maschine nicht läuft, bestimmt werden. Beide dieser Werte können infolge von Reibungs- und Pumpverlusten sogar negativ sein.
Ein Drehmomentwert kann auch für das bei dem RPM-Punkt mögliche maximale Drehmoment berechnet werden. Dies bringt drei Kurven wie etwa jene, die in 3 gezeigt sind, hervor. Bei einer gegebenen RPM kann die Maschine ein Drehmoment zwischen dem minimalen Drehmoment bei laufender Maschine und dem maximalen Drehmoment erzeugen oder das minimale Drehmoment bei abgeschalteter Maschine erzeugen. Die Maschine ist möglicherweise nicht in der Lage, Drehmomente zwischen dem minimalen Drehmoment bei laufender Maschine und dem minimalen Drehmoment bei abgeschalteter Maschine zu erzeugen.
Die Berechnung der Drehmomentwerte für die Drehmomentkurven kann durch dieselben Funktionen oder Module ausgeführt werden, die von dem ECM beim Berechnen des Drehmoments für den momentanen Maschinenbetriebspunkt verwendet werden. Diese Funktionen können als ablaufinvariant bzw. reentrant implementiert sein, damit sie ohne Gefahr einer Datenverfälschung von der Drehmomentkurvenschätzlogik von 4 sowie anderen Modulen des ECM aufgerufen werden können.
Die ICE kann ein aktives Kraftstoffmanagement (AFM) unterstützen, das ausgewählte Zylinder der Maschine deaktiviert. Die Drehmomentkurven können für jeden Satz von Zylindern, der aktiv sein kann, berechnet werden. Beispielsweise können die Drehmomentkurven dafür, dass alle Zylinder aktiv sind, und dafür, dass die Hälfte der Zylinder aktiv ist, berechnet werden.
Die Steuerung beginnt im Schritt 804, wo der erste RPM-Punkt der Drehmomentkurven, der berechnet werden soll, ausgewählt wird. Die Steuerung fährt mit dem Schritt 808 fort, wo die erste Zylinderkonfiguration ausgewählt wird. Beispielsweise kann die erste Zylinderkonfiguration allen aktiven Zylindern entsprechen. Die Steuerung fährt mit dem Schritt 812 fort, wo die minimale Luft pro Zylinder (APC) für eine laufende Maschine berechnet wird.
Die Steuerung fährt mit dem Schritt 816 fort, wo die Stellung des Abgasrückführungs-(AGR)-Ventils, die Phasenstellerposition und die Frühzündung für die ausgewählte RPM und die berechnete APC berechnet werden. Die Steuerung fährt mit dem Schritt 820 fort, wo ein Drehmomentmodell auf Grundlage der AGR-Stellung, der Phasenstellerposition, der Frühzündung, der APC und der RPM das Drehmoment schätzt.
Die Steuerung fährt mit dem Schritt 824 fort, wo der Absolutladedruck (MAP) für den Maschinenabschaltzustand bestimmt wird. Die Steuerung fährt mit dem Schritt 832 fort, wo ein Drehmoment bei abgeschalteter Maschine geschätzt wird. Das Drehmoment bei abgeschalteter Maschine kann auf Grundlage des geschätzten MAP bestimmte Pumpverluste und auf Grundlage der Maschinendrehzahl in min^–1 bestimmte Reibungsverluste umfassen.
Die Steuerung fährt mit dem Schritt 836 fort, wo die maximal mögliche APC bestimmt wird. Die Steuerung fährt mit dem Schritt 840 fort, wo die AGR-Stellung, die Phasenstellerposition und die Frühzündung bestimmt werden. Lediglich als Beispiel liefert die AGR-Stellung für maximale APC möglicherweise keinen AGR-Beitrag (AGR-Ventil vollständig geschlossen). Die Steuerung fährt mit dem Schritt 844 fort, wo das Drehmoment für die maximale APC geschätzt wird.
Die Steuerung fährt mit dem Schritt 848 fort, wo die Steuerung ermittelt, ob die ausgewählte Zylinderkonfiguration die letzte Zylinderkonfiguration ist. Wenn dem so ist, geht die Steuerung zum Schritt 852 weiter; andernfalls geht die Steuerung zum Schritt 856 weiter. Im Schritt 856 wird die nächste Zylinderkonfiguration ausgewählt, worauf die Steuerung zum Schritt 812 zurückkehrt. Lediglich als Beispiel kann die nächste Zylinderkonfiguration sein, dass die Hälfte der Zylinder aktiv ist.
Im Schritt 852 ermittelt die Steuerung, ob der letzte RPM-Punkt in der Drehmomentkurve ausgewählt ist. Wenn dem so ist, kehrt die Steuerung zum Schritt 804 zurück und beginnt mit dem Berechnen einer neuen Folge von Drehmomentkurven. Andernfalls geht die Steuerung zum Schritt 860 weiter. Im Schritt 860 wird der nächste RPM-Punkt ausgewählt, worauf die Steuerung zum Schritt 808 zurückkehrt. Der Prozess des Berechnens von Drehmomentkurven kann so lange weiter gehen, wie der Wagen fährt.
Um eine Überlastung eines Prozessors wie etwa eines Prozessors in dem ECM zu verhindern, ist die Drehmomentkurvenberechnung möglicherweise kontinuierlich. Beispielsweise können die Drehmomentkurven stets zu Beginn eines Zeitintervalls mit einer vorgegebenen Länge berechnet werden. Lediglich als Beispiel können Drehmomentkurven stets am Anfang eines 10-Sekunden-Fensters berechnet werden.
Alternativ können die Drehmomentkurven in Abschnitten berechnet werden. Beispielsweise können ein oder zwei RPM-Punkte berechnet werden, bevor die Steuerung von 8 den Prozessor für andere Tasks freigibt. Lediglich als Beispiel kann die Steuerung Drehmomente, die einem einzelnen RPM-Punkt entsprechen, berechnen und 17 Millisekunden warten, um das Ausführen anderer Tasks in dem Prozessor zuzulassen.
Das Verfahren von 8 kann durchaus an Dieselmaschinen angepasst sein. Beispielsweise können die Schritte 812, 824 und 836 so angepasst sein, dass der minimale Kraftstoff pro Zylinder bestimmt wird. Die AGR-Stellung, die Phasenstellerposition, die Frühzündung und das Drehmoment können dann in den Schritten 816, 820, 828, 832, 940 und 844 auf Grundlage jener bestimmten Kraftstoff-pro-Zylinder-Werte geschätzt werden.

Claims

Drehmomentschätzsystem für ein Fahrzeug, das umfasst: ein Betriebsparametermodul (402, 404, 406, 408), das auf Grundlage der Maschinendrehzahl einen geschätzten Maschinenbetriebsparameter bestimmt; ein Drehmomentschätzmodul (410), das auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters das Maschinendrehmoment schätzt; ein Schätzungssteuermodul (400), das zum Bestimmen des geschätzten Maschinendrehmoments, das eine Funktion der Maschinendrehzahl ist, mehrere Maschinendrehzahlen erzeugt und an das Betriebsparametermodul und das Drehmomentschätzmodul liefert; und ein Hybrid-Steuermodul (56), das auf Grundlage des geschätzten Maschinendrehmoments einen Elektromotor (18) des Fahrzeugs steuert.
Drehmomentschätzsystem nach Anspruch 1, bei dem der geschätzte Maschinenbetriebsparameter (402) die Luft pro Zylinder und/oder der Kraftstoff pro Zylinder ist.
Drehmomentschätzsystem nach Anspruch 1, bei dem der geschätzte Maschinenbetriebsparameter die Luft pro Zylinder (APC) ist und das Betriebsparametermodul wahlweise eine bei der Maschinendrehzahl erforderliche minimale APC bestimmt.
Drehmomentschätzsystem nach Anspruch 3, bei dem die minimale APC auf der für zuverlässige Drosselklappensteuerung erforderlichen minimalen APC und/oder der für zuverlässige Kraftstoffeinspritzung erforderlichen minimalen APC und/oder der für Verbrennungsstabilität erforderlichen minimalen APC basiert.
Drehmomentschätzsystem nach Anspruch 4, bei dem die minimale APC durch ein Maximum unter der für zuverlässige Drosselklappensteuerung erforderlichen minimalen APC, der für zuverlässige Kraftstoffeinspritzung erforderlichen minimalen APC und der für Verbrennungsstabilität erforderlichen minimalen APC festgelegt ist.
Drehmomentschätzsystem nach Anspruch 2 oder 3: bei dem das Betriebsparametermodul (402, 404, 406, 408) den geschätzten Maschinenbetriebsparameter auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des Betriebsmodus bestimmt, wobei der Betriebsmodus dem maximalen Drehmoment oder dem minimalen Drehmoment bei laufender Maschine oder dem minimalen Drehmoment bei abgeschalteter Maschine (16) entspricht; und bei dem das Schätzungssteuermodul (400) für jeden von mehreren der Betriebsmodi die mehreren Maschinendrehzahlen erzeugt und an das Betriebsparametermodul (402, 404, 406, 408) und das Drehmomentschätzmodul (410) liefert.
Drehmomentschätzsystem nach Anspruch 6, bei dem das Schätzungssteuermodul (400) für jeden der Betriebsmodi die mehreren Maschinendrehzahlen erzeugt und an das Betriebsparametermodul und das Drehmomentschätzmodul liefert.
Drehmomentschätzsystem nach Anspruch 6, bei dem das Betriebsparametermodul (402, 404, 406, 408) einen Maximalwert des geschätzten Maschinenbetriebsparameters für den Maximaldrehmomentmodus bestimmt.
Drehmomentschätzsystem nach Anspruch 1, bei dem das Schätzungssteuermodul (400) die mehreren Maschinendrehzahlen für eine erste Anzahl von Zylindern, die aktiv sind, und für eine zweite Anzahl von Zylindern, die aktiv sind, erzeugt und an das Betriebsparametermodul (402, 404, 406, 408) und das Drehmomentschätzmodul (410) liefert.
Drehmomentschätzsystem nach Anspruch 9, bei dem das Fahrzeug eine Maschine (16) mit N Zylindern umfasst, wobei die erste Anzahl gleich N ist und die zweite Anzahl gleich N geteilt durch zwei ist.
Drehmomentschätzsystem nach Anspruch 2 oder 3, das ferner ein Nockenstellerpositionsschätzmodul (406) umfasst, das auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters eine Nockenstellerposition schätzt, wobei das Drehmomentschätzmodul (410) das Maschinendrehmoment auf Grundlage der Nockenstellerposition schätzt.
Drehmomentschätzsystem nach Anspruch 2 oder 3, das ferner ein Frühzündungsschätzmodul (408) umfasst, das auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters die Frühzündung schätzt, wobei das Drehmomentschätzmodul (410) das Maschinendrehmoment auf Grundlage der Frühzündung schätzt.
Drehmomentschätzsystem nach Anspruch 2 oder 3, das ferner ein Abgasrückführungs-(AGR)-Schätzmodul (404) umfasst, das auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters die Öffnung eines AGR-Ventils schätzt, wobei das Drehmomentschätzmodul (410) das Maschinendrehmoment auf Grundlage der AGR-Ventilöffnung schätzt.
Drehmomentschätzsystem nach Anspruch 1, bei dem das Betriebsparametermodul (402) und das Drehmomentschätzmodul (410) jeweils eine Reentrant-Funktion umfassen.
Drehmomentschätzsystem nach Anspruch 1, das ferner ein Maschinensteuermodul umfasst, das auf Grundlage des geschätzten Maschinendrehmoments (54) eine Brennkraftmaschine (16) des Fahrzeugs steuert.
Verfahren zum Schätzen des Drehmoments bei einem Fahrzeug, das umfasst: Bestimmen eines geschätzten Maschinenbetriebsparameters auf Grundlage der Maschinendrehzahl; Schätzen des Maschinendrehmoments auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters; Erzeugen mehrerer Maschinendrehzahlen für das Bestimmen des geschätzten Maschinendrehmoments, das eine Funktion der Maschinendrehzahl ist; und Steuern eines Elektromotors (18) des Fahrzeugs auf Grundlage des geschätzten Maschinendrehmoments.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der geschätzte Maschinenbetriebsparameter die Luft pro Zylinder und/oder der Kraftstoff pro Zylinder ist.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der geschätzte Maschinenbetriebsparameter die Luft pro Zylinder (APC) ist und das ferner das wahlweise Bestimmen einer bei der Maschinendrehzahl erforderlichen minimalen APC umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die minimale APC auf der für zuverlässige Drosselklappensteuerung erforderlichen minimalen APC und/oder der für zuverlässige Kraftstoffeinspritzung erforderlichen minimalen APC und/oder der für Verbrennungsstabilität erforderlichen minimalen APC basiert.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die minimale APC durch ein Maximum unter der für zuverlässige Drosselklappensteuerung erforderlichen minimalen APC, der für zuverlässige Kraftstoffeinspritzung erforderlichen minimalen APC und der für Verbrennungsstabilität erforderlichen minimalen APC festgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, das ferner umfasst: Bestimmen des geschätzten Maschinenbetriebsparameters auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des Betriebsmodus, wobei der Betriebsmodus dem maximalen Drehmoment und/oder dem minimalen Drehmoment bei laufender Maschine oder dem minimalen Drehmoment bei abgeschalteter Maschine entspricht; und Liefern der mehreren Maschinendrehzahlen zum Bestimmen für jeden von mehreren der Betriebsmodi.
Verfahren nach Anspruch 21, das ferner das Liefern der mehreren Maschinendrehzahlen zum Bestimmen für jeden der Betriebsmodi umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, das ferner das Bestimmen eines Maximalwertes des geschätzten Maschinenbetriebsparameters für den Maximaldrehmomentmodus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, das ferner das Liefern der mehreren Maschinendrehzahlen zum Bestimmen für eine erste Anzahl von Zylindern, die aktiv sind, und für eine zweite Anzahl von Zylindern, die aktiv sind, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem das Fahrzeug eine Maschine mit N Zylindern umfasst, wobei die erste Anzahl gleich N ist und die zweite Anzahl gleich N geteilt durch zwei ist.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, das ferner umfasst: Schätzen einer Nockenstellerposition auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters; und Schätzen des Maschinendrehmoments auf Grundlage der Nockenstellerposition.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, das ferner umfasst: Schätzen der Frühzündung auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters; und Schätzen des Maschinendrehmoments auf Grundlage der Frühzündung.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, das ferner umfasst: Schätzen der Öffnung eines AGR-Ventils auf Grundlage der Maschinendrehzahl und des geschätzten Maschinenbetriebsparameters; und Schätzen des Maschinendrehmoments auf Grundlage der AGR-Ventilöffnung.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, das ferner das Steuern einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs auf Grundlage des geschätzten Maschinendrehmoments umfasst.