DE102008054062B4 - Lösung für inverses Drehmomentmodell und Beschränkung - Google Patents

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Abstract

Maschinensteuersystem, das umfasst: ein Zündfunkenmodul (442, 450), das auf der Grundlage eines gewünschten Zündwinkels einen beschränkten Zündwinkel bestimmt; ein Drehmomentmodul (444, 452), das auf der Grundlage des beschränkten Zündwinkels und eines gewünschten Drehmomentswerts einen beschränkten Drehmomentwert bestimmt; und ein Modul (446, 454) für die inverse Drehmomentberechnung, das auf der Grundlage des beschränkten Drehmomentwerts und des Quadrats des beschränkten Zündwinkels einen gewünschten Maschinenluftwert bestimmt.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Steuerung von Brennkraftmaschinen und insbesondere auf Steuersysteme und -verfahren zum Schätzen eines gewünschten Maschinenluftwerts für Brennkraftmaschinen.
  • HINTERGRUND
  • Brennkraftmaschinen verbrennen innerhalb von Zylindern ein Luft- und Kraftstoffgemisch, um Kolben anzutreiben, was ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Der Luftfluss in die Maschine wird über eine Drossel bzw. Drosselklappe reguliert. Genauer stellt die Drossel eine Drosselöffnungsfläche ein, die einen Luftfluss in die Maschine erhöht oder verringert. Während die Drosselöffnungsfläche zunimmt, nimmt der Luftfluss in der Maschine zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate ein, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Gemisch für die Zylinder bereitzustellen. Erhöhen der Luft und des Kraftstoffs zu den Zylindern erhöht die Drehmomentabgabe der Maschine.
  • Es sind Maschinensteuersysteme entwickelt worden, um die Maschinendrehmomentabgabe zum Erzielen eines gewünschten Drehmoments zu steuern. Allerdings steuern herkömmliche Maschinensteuersysteme die Maschinendrehmomentabgabe nicht so genau wie gewünscht. Ferner stellen herkömmliche Maschinensteuersysteme kein so schnelles Ansprechen bereit, um die Signale wie gewünscht zu steuern oder um die Maschinendrehmomentsteuerung zwischen verschiedenen Vorrichtungen, die die Maschinendrehmomentabgabe beeinflussen, zu koordinieren.
  • Aus der DE 10 2006 061 754 A1 sind ein Maschinensteuersystem und ein Verfahren bekannt, bei denen ein gewünschter Maschinenluftwert anhand einer inversen Drehmomentberechnung bestimmt wird.
  • In der DE 198 50 581 C1 , der DE 101 49 477 A1 und der DE 102 02 437 A1 ist ein Modell zur Ermittlung des Drehmoments einer Brennkraftmaschine beschrieben, aus dessen Umkehrung Werte für Stellgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt werden können.
  • Ferner offenbart die DE 103 28 595 A1 die Schätzung eines Drehmoments einer Brennkraftmaschine basierend auf einem quadrierten Zündfunkenzeitpunktsignal bzw. Zündwinkel.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Maschinensteuersystem und ein Verfahren zu schaffen, bei denen Stellglieder für den Luftfluss in eine Brennkraftmaschine genau und effizient angesteuert werden, um deren Drehmoment zu steuern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Maschinensteuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
  • Dieser Abschnitt bietet eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Umfangs oder aller ihrer Merkmale.
  • In einer Form schafft die vorliegende Offenbarung ein Maschinensteuersystem, das umfasst: ein Zündfunkenmodul, das auf der Grundlage eines gewünschten Zündfunkenwerts einen beschränkten Zündfunkenwert bestimmt, ein Drehmomentmodul, das auf der Grundlage des beschränkten Zündfunkenwerts und eines gewünschten Drehmomentwerts einen beschränkten Drehmomentwert bestimmt, und ein Modul für die inverse Drehmomentberechnung, das auf der Grundlage des beschränkten Drehmomentswerts und des Quadrats des beschränkten Zündfunkenwerts einen gewünschten Maschinenluftwert bestimmt. Der Maschinenluftwert kann eine gewünschte APC oder ein gewünschter MAP sein. Der beschränkte Zündfunkenwert und die beschränkten Drehmomentwerte können auf der Grundlage einer oder mehrerer von mehreren Maschinenstellgliedstellungen bestimmt werden.
  • In einer beispielhaften Implementierung schafft die vorliegende Offenbarung das Modul für die inverse Drehmomentberechnung, das den gewünschten Maschinenluftwert unter Verwendung eines Drehmomentmodells zweiter Ordnung bestimmen kann, das wie folgt definiert ist: T = KA2·A2 + KA·A + KAS·A·S + KAS2·A·S2 + KS·S + KS2·S2 + KR, wobei A gleich dem Maschinenluftwert ist; S gleich dem beschränkten Zündfunkenwert ist, T gleich dem beschränkten Drehmomentwert ist und KA2, KA, KAS, KAS2, KS, KS2 und KR vorgegebene Drehmomentempfindlichkeitskonstanten sind, die auf mehreren Maschinenstellgliedstellungen beruhen. In einem verwandten Merkmal schafft die vorliegende Offenbarung, dass der beschränkte Zündfunkenwert auf der Grundlage einer Anzahl von Zündfunkenpolen bestimmt werden kann, wobei die Anzahl der Zündfunkenpole auf der Grundlage der Drehmomentempfindlichkeitskonstanten bestimmt wird.
  • Der beschränkte Drehmomentwert kann auf der Grundlage des beschränkten Zündfunkenwerts und der Drehmomentempfindlichkeitskonstanten KA2 bestimmt werden. Der Maschinenluftwert kann der MAP sein und die Drehmomentempfindlichkeitskonstante KA2 kann gleich null sein. Die Drehmomentempfindlichkeitskonstante KA kann größer als null sein. Die mehreren gewünschten Maschinenstellgliedstellungen können Einlass- und Auslassnocken-Phasenstellerwinkel und/oder ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis und/oder eine Öltemperatur und/oder eine Anzahl der gegenwärtig mit Kraftstoff beaufschlagten Zylinder und/oder einen Dualimpulsmodus und/oder einen Ethanoläquivalenzmodus enthalten.
  • In weiteren Merkmalen kann das Maschinensteuersystem ferner ein inverses MAP-Modul umfassen, das auf der Grundlage des beschränkten Drehmomentwerts und des Quadrats des beschränkten Zündfunkenwerts einen gewünschten MAP-Wert bestimmt, wobei das Modul für die inverse Drehmomentberechnung einen gewünschten APC-Wert bestimmt.
  • In nochmals weiteren Merkmalen kann das Maschinensteuersystem ferner ein Drehmomentschätzmodul umfassen, das auf der Grundlage eines tatsächlichen Luftwerts bzw. Ist-Luftwerts und des gewünschten Zündfunkens bzw. Soll-Zündfunkens unter Verwendung des Drehmomentmodells zweiter Ordnung einen geschätzten Maschinendrehmomentwert bestimmt.
  • In einer weiteren Form schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Maschinenluftwerts, das umfasst: das Bestimmen eines beschränkten Zündfunkenwerts auf der Grundlage eines gewünschten Zündfunkenwerts, das Bestimmen eines beschränkten Drehmomentwerts auf der Grundlage des beschränkten Zündfunkenwerts und das Bestimmen des Maschinenluftwerts auf der Grundlage des beschränkten Drehmomentwerts und des Quadrats des beschränkten Zündfunkenwerts.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglicher Implementierungen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken. Die vorliegende Erfindung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, in denen:
  • 1 ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Maschinensystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 2 ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Maschinensteuersystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 3 ein Funktionsblockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des in 2 gezeigten Moduls für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 4 ein Funktionsblockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des in 3 gezeigten inversen APC-Moduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 5 ein Funktionsblockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des in 3 gezeigten inversen MAP-Moduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 6 ein Ablaufplan ist, der beispielhafte Schritte zeigt, die durch das Modul des vorhergesagten Drehmoments gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden;
  • 7 ein Teilablaufplan ist, der beispielhafte Schritte zeigt, die durch das inverse APC-Modul und durch das inverse MAP-Modul gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden;
  • 8 ein Teilablaufplan ist, der zusätzliche beispielhafte Schritte zeigt, die durch das inverse APC-Modul und durch das inverse MAP-Modul gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden;
  • 9 ein Teilablaufplan ist, der zusätzliche beispielhafte Schritte zeigt, die durch das inverse APC-Modul und durch das inverse MAP-Modul gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden;
  • 10 und 11 beispielhafte zweidimensionale graphische Darstellungen des Drehmoments in Abhängigkeit von dem Zündfunken gemäß dem inversen Drehmomentmodell der vorliegenden Offenbarung sind;
  • 12 eine Zusammenfassungstabelle von neun charakteristischen dT/dA-Ebenen gemäß dem inversen Drehmomentmodell der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 13 bis 21 beispielhafte zweidimensionale graphische Darstellungen der APC in Abhängigkeit von dem Zündfunken für die in 12 gezeigten neun Ebenen sind, die untere und obere Zündfunkenbeschränkungen und Zündfunkenpole gemäß dem inversen Drehmomentmodell der vorliegenden Offenbarung enthalten; und
  • 22 bis 30 beispielhafte zweidimensionale graphische Darstellungen des Drehmoments in Abhängigkeit von dem Zündfunken sind, die die unteren und die oberen Zündfunkenpole und die unteren und die oberen Drehmomentbeschränkungen gemäß dem inversen Drehmomentmodell der vorliegenden Offenbarung enthalten.
  • Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen in den mehreren Ansichten der Zeichnungen durchgängig entsprechende Teile.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken. Der Klarheit halber sind in den Zeichnungen zur Identifizierung ähnlicher Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Wie der Ausdruck wenigstens eines von A, B und C hier verwendet ist, soll er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden logischen Oder bedeuten. Selbstverständlich können Schritte innerhalb eines Verfahrens in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
  • Wie der Begriff Modul hier verwendet ist, bezieht er sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), auf eine elektronische Schaltung, auf einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und auf Speicher, die eines oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, auf eine Kombinationslogikschaltung und/oder auf andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
  • Nunmehr anhand von 1 ist ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Maschinensystems 100 gezeigt. Das Maschinensystem 100 enthält eine Maschine 102, die auf der Grundlage eines Fahrereingabemoduls 104 ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug zu erzeugen. Durch eine Drosselklappe 112 wird Luft in einen Einlasskrümmer 110 angesaugt. Ein Maschinensteuermodul (ECM) 114 weist ein Drosselstellgliedmodul 116 an, das Öffnen der Drosselklappe 112 so zu regulieren, dass die Menge der in den Einlasskrümmer 110 angesaugten Luft gesteuert wird.
  • Die Luft von dem Einlasskrümmer 110 wird in die Zylinder der Maschine 102 angesaugt. Obgleich die Maschine 102 mehrere Zylinder (d. h. zwei oder mehr) enthalten kann, ist zu Veranschaulichungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Das ECM 114 kann ein Zylinderstellgliedmodul 120 anweisen, einige der Zylinder wahlweise abzuschalten, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Wie der Begriff abschalten hier verwendet wird, bedeutet er ein Verhindern der Verbrennung, üblicherweise durch Verhindern der Kraftstoffverteilung und des Zündfunkens zu einem gewünschten Zylinder.
  • Die Luft von dem Einlasskrümmer 110 wird durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 angesaugt. Das ECM 114 steuert die Menge des durch ein Kraftstoffeinspritzsystem 124 eingespritzten Kraftstoffs. Das Kraftstoffeinspritzsystem 124 kann Kraftstoff an einem zentralen Ort in den Einlasskrümmer 110 einspritzen oder kann Kraftstoff an mehreren Orten wie etwa in der Nähe des Einlassventils jedes Zylinders 118 in den Einlasskrümmer 110 einspritzen. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzsystem 124 Kraftstoff direkt in den Zylinder 118 einspritzen.
  • In dem Zylinder 118 mischt sich der eingespritzte Kraftstoff mit der Luft und erzeugt das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Ein (nicht gezeigter) Kolben innerhalb des Zylinders 118 verdichtet das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Ein Zündfunkenstellgliedmodul 126 setzt eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 auf der Grundlage eines Signals von dem ECM 114 unter Strom, was das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Die Zeiteinstellung der Zündkerze kann relativ zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben in seiner obersten Stellung ist, spezifiziert werden, der als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird und der der Punkt ist, an dem das Luft/Kraftstoff-Gemisch am meisten verdichtet ist.
  • Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs treibt den Kolben nach unten an und treibt dadurch eine rotierende Kurbelwelle (nicht gezeigt) an. Daraufhin beginnt sich der Kolben wieder nach oben zu bewegen und stößt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 aus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden von dem Fahrzeug über ein Auspuffsystem 134 ausgestoßen.
  • Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. In verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen mehrere Einlassventile pro Zylinder steuern und/oder können sie die Einlassventile mehrerer Zylinderbänke steuern. Ähnlich können mehrere Auslassnockenwellen mehrere Auslassventile pro Zylinder steuern und/oder können sie die Auslassventile für mehrere Zylinderbänke steuern. Das Zylinderstellgliedmodul 120 kann Zylinder durch Verhindern von Kraftstoff und Zündfunken für die Zylinder und/oder durch Sperren ihrer Auslass- und/oder Einlassventile abschalten.
  • Der Zeitpunkt, zu dem das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben-TDC durch einen Einlassnockenphasensteller 148 geändert werden. Der Zeitpunkt, zu dem das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben-TDC durch einen Auslassnockenphasensteller 150 geändert werden. Ein Phasensteller-Stellgliedmodul 158 steuert den Einlassnockenphasensteller 148 und den Auslassnockenphasensteller 150 auf der Grundlage von von dem ECM 114 empfangenen Signalen.
  • Das Maschinensystem 100 kann eine Ladedruckvorrichtung enthalten, die dem Einlasskrümmer 110 Druckluft zuführt. Zum Beispiel zeigt 1 einen Turbolader 160. Der Turbolader 160 wird durch Abgase angetrieben, die durch das Auspuffsystem 134 strömen, und liefert eine Druckluftladung an den Einlasskrümmer 110. Die zum Erzeugen der Druckluftladung verwendete Luft kann von dem Einlasskrümmer 110 angesaugt werden.
  • Ein Ladedruckregelventil 164 kann ermöglichen, dass Abgas den Turbolader 160 umgeht, und kann dadurch die Abgabe (oder den Ladedruck) des Turboladers verringern. Das ECM 114 steuert den Turbolader 160 über ein Ladedruckstellgliedmodul 162 (2). Das Ladedruckstellgliedmodul 162 kann den Ladedruck des Turboladers 160 durch Steuern der Stellung des Ladedruckregelventils 164 modulieren. Die Druckluftladung wird durch den Turbolader 160 an den Einlasskrümmer 110 geliefert.
  • Ein Zwischenkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der Wärme der Druckluftladung ableiten, die erzeugt wird, wenn die Luft verdichtet wird, und die außerdem durch die Nähe zu dem Auspuffsystem 134 erhöht werden kann. Alternative Maschinensysteme können einen Superlader enthalten, der an den Einlasskrümmer 110 Druckluft liefert und durch die Kurbelwelle angetrieben wird.
  • Das Maschinensystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 enthalten, das wahlweise Abgas zurück zu dem Einlasskrümmer 110 umleitet. Das Maschinensystem 100 kann unter Verwendung eines RPM-Sensors 180 die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (RPM) messen. Die Temperatur des Maschinenkühlmittels kann unter Verwendung eines Maschinenkühlmitteltemperatur-Sensors (ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann sich innerhalb der Maschine 102 oder an anderen Orten, an denen das Kühlmittel umgewälzt wird, wie etwa bei einem Kühler (nicht gezeigt) befinden.
  • Der Druck innerhalb des Einlasskrümmers 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdruck-Sensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. In verschiedenen Implementierungen kann der Maschinenunterdruck gemessen werden. wobei der Maschinenunterdruck die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck innerhalb des Einlasskrümmers 110 ist. Die Masse der in den Einlasskrümmer 110 fließenden Luft kann unter Verwendung eines Luftmassenflusssensors (MAF-Sensors) 186 gemessen werden.
  • Das Drosselstellgliedmodul 116 kann unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselstellungssensoren (TPS) 190 die Stellung der Drosselklappe 112 überwachen. Die Umgebungstemperatur der in das Maschinensystem 100 angesaugten Luft kann unter Verwendung eines Einlasslufttemperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den verschiedenen hier diskutierten Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Maschinensystem 100 zu treffen.
  • Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 kommunizieren, um das Schalten der Gänge in einem Getriebe (nicht gezeigt) zu koordinieren. Zum Beispiel kann das ECM 114 während einer Gangschaltung das Drehmoment verringern. 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 außerdem als ein Generator wirken und kann zum Erzeugen von Elektroenergie zur Verwendung durch Fahrzeugelektriksysteme und/oder zur Speicherung in einer Batterie verwendet werden. In verschiedenen Implementierungen können das ECM 114, das Getriebesteuermodul 194 und das Hybridsteuermodul 196 zu einem oder zu mehreren Modulen integriert sein.
  • Zur abstrakten Bezugnahme auf die verschiedenen Steuermechanismen der Maschine 102 kann auf jedes System, das einen Maschinenparameter ändert, als ein Stellglied Bezug genommen werden. Zum Beispiel kann das Drosselstellgliedmodul 116 die Klappenstellung und somit die Öffnungsfläche der Drosselklappe 112 ändern. Somit kann auf das Drosselstellgliedmodul 116 als ein Stellglied Bezug genommen werden und kann auf die Drosselöffnungsfläche als eine Stellgliedstellung oder als ein Stellgliedwert Bezug genommen werden.
  • Ähnlich kann auf das Zündfunkenstellgliedmodul 126 als ein Stellglied Bezug genommen werden, während die entsprechende Stellgliedstellung der Betrag der Zündfunkenverstellung nach früh sein kann. Weitere Stellglieder können das Ladedruckstellgliedmodul 162, das AGR-Ventil 170, das Phasensteller-Stellgliedmodul 158, das Kraftstoffeinspritzsystem 124 und das Zylinderstellgliedmodul 120 enthalten. Der Begriff Stellgliedstellung kann in Bezug auf diese Stellglieder in dieser Reihenfolge dem Ladedruck, der AGR-Ventil-Öffnung, dem Einlass- und dem Auslassnocken-Phasenstellerwinkel, dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Anzahl aktivierter Zylinder entsprechen.
  • Wenn eine Maschine vom Erzeugen eines Drehmoments zum Erzeugen eines anderen Drehmoments übergeht, können sich viele Stellgliedstellungen ändern, um das neue Drehmoment am effizientesten zu erzeugen. Zum Beispiel können sich die Zündfunkenverstellung nach früh, die Drosselstellung, die Abgasrückführungs-Regulierung (AGR-Regulierung) und die Nockenphasenstellerwinkel ändern. Das Ändern einer dieser Stellgliedstellungen erzeugt häufig Maschinenbedingungen, die von Änderungen zu anderen Stellgliedstellungen profitieren würden, die daraufhin zu Änderungen an den ursprünglichen Stellgliedern führen könnten. Diese Rückkopplung führt zur iterativen Aktualisierung von Stellgliedstellungen, bis sie alle so positioniert sind, dass ein gewünschtes Drehmoment am effizientesten erzeugt wird.
  • Nunmehr anhand von 2 ist ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Maschinensteuersystems gezeigt. Ein Maschinensteuermodul (ECM) 300 enthält ein Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 304. Das Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 304 entscheidet zwischen Fahrereingaben von dem Fahrereingabemodul 104 und anderen Achsdrehmomentanforderungen. Die Fahrereingaben können z. B. die Fahrpedalstellung enthalten. Die anderen Achsdrehmomentanforderungen können eine während einer Gangschaltung durch das Getriebesteuermodul 194 angeforderte Drehmomentverringerung, eine während des Radschlupfs durch ein Traktionssteuersystem angeforderte Drehmomentverringerung und Drehmomentanforderungen zum Regeln der Geschwindigkeit von einem Geschwindigkeitsregelungssystem enthalten.
  • Das Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 304 gibt ein vorhergesagtes Drehmoment und ein Sofortdrehmoment aus. Das vorhergesagte Drehmoment ist der Betrag des Drehmoments, das in Zukunft erforderlich sein wird, um die Drehmoment- und/oder Geschwindigkeitsanforderungen des Fahrers zu erfüllen. Das Sofortdrehmoment ist das Drehmoment, das im gegenwärtigen Moment erforderlich ist, um gegenwärtige Drehmomentanforderungen wie etwa Drehmomentverringerungen beim Schalten von Gängen oder wenn die Traktionssteuerung einen Radschlupf erfasst zu erfüllen.
  • Das Sofortdrehmoment kann durch Maschinenstellglieder erzielt werden, die schnell reagieren, während langsamere Maschinenstellglieder das Ziel sind, um das vorhergesagte Drehmoment zu erzielen. Zum Beispiel kann ein Zündfunkenstellglied die Zündfunkenverstellung nach früh schnell ändern können, während Nockenphasensteller oder Drosselstellglieder langsamer ansprechen können. Das Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 304 gibt das vorhergesagte Drehmoment und das Sofortdrehmoment an ein Vortriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 308 aus.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 304 das vorhergesagte Drehmoment und das Sofortdrehmoment an ein Hybridoptimierungsmodul 312 ausgeben. Das Hybridoptimierungsmodul 312 bestimmt, wie viel Drehmoment durch die Maschine erzeugt werden sollte und wie viel Drehmoment durch den Elektromotor 198 erzeugt werden sollte. Daraufhin gibt das Hybridoptimierungsmodul 312 geändert Werte des vorhergesagten Drehmoments und des Sofortdrehmoments an das Vortriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 308 aus. In verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 312 in dem Hybridsteuermodul 196 implementiert sein.
  • Das Vortriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 308 entscheidet zwischen dem vorhergesagten Drehmoment und dem Sofortdrehmoment und Vortriebsdrehmomentanforderungen. Vortriebsdrehmomentanforderungen können Drehmomentverringerungen für den Maschinenüberdrehzahlschutz und Drehmomenterhöhungen zum Verhindern des Stehenbleibens enthalten.
  • Ein Betätigungsmodusmodul 314 empfängt von dem Vortriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 308 das vorhergesagte Drehmoment und das Sofortdrehmoment. Das Betätigungsmodusmodul 314 bestimmt auf der Grundlage einer Moduseinstellung, wie das vorhergesagte Drehmoment und das Sofortdrehmoment erzielt werden. Zum Beispiel kann das Betätigungsmodusmodul 314 in einem ersten Betriebsmodus das vorhergesagte Drehmoment an ein Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments ausgeben. Das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments setzt das vorhergesagte Drehmoment in gewünschte Maschinenparameter wie etwa in einen gewünschten Krümmerabsolutdruck (MAP), in eine gewünschte Drosselöffnungsfläche und/oder in eine gewünschte Luft pro Zylinder (APC) um.
  • In einem ersten Betriebsmodus kann das Betätigungsmodusmodul 314 ein Sofortdrehmoment-Steuermodul 320 anweisen, die gewünschten Maschinenparameter zum Erzielen des maximal möglichen Drehmoments einzustellen. Das Sofortdrehmoment-Steuermodul 320 kann Maschinenparameter steuern, die sich verhältnismäßig schneller als die durch das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments gesteuerten Maschinenparameter ändern. Zum Beispiel kann das Sofortdrehmoment-Steuermodul 320 die Zündfunkenverstellung nach früh steuern, die bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der nächste Zylinder zündet, einen angewiesenen Wert erreichen kann. In dem ersten Betriebsmodus wird die Sofortdrehmomentanforderung durch das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments und durch das Sofortdrehmoment-Steuermodul 320 ignoriert.
  • In einem zweiten Betriebsmodus kann das Betätigungsmodusmodul 314 das vorhergesagte Drehmoment an das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments ausgeben. Das Betätigungsmodusmodul 314 kann das Sofortdrehmoment-Steuermodul 320 anweisen, das Sofortdrehmoment wie etwa durch Verstellen des Zündfunkens nach spät zu erzielen zu versuchen.
  • In einem dritten Betriebsmodus kann das Betätigungsmodusmodul 314 das Zylinderstellgliedmodul 120 anweisen, Zylinder abzuschalten, falls es zum Erzielen der Sofortdrehmomentanforderung notwendig ist. In diesem Betriebsmodus wird das vorhergesagte Drehmoment an das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments ausgegeben und wird das Sofortdrehmoment an das Sofortdrehmoment-Steuermodul 320 ausgegeben.
  • In einem vierten Betriebsmodus gibt das Betätigungsmodusmodul 314 ein verringertes Drehmoment an das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments aus. Das vorhergesagte Drehmoment kann nur so weit verringert sein, wie es notwendig ist, um zu ermöglichen, dass das Sofortdrehmoment-Steuermodul 320 unter Verwendung der Zündfunkenverstellung nach spät die Sofortdrehmomentanforderung erzielt.
  • Das Sofortdrehmoment-Steuermodul 320 empfängt von einem Drehmomentschätzmodul 324 ein geschätztes Drehmoment. Das Sofortdrehmoment-Steuermodul 320 kann die Zündfunkenverstellung nach früh unter Verwendung des Zündfunkenstellgliedmoduls 126 so einstellen, dass das gewünschte Sofortdrehmoment erzielt wird. Das geschätzte Drehmoment kann als der Drehmomentbetrag definiert werden, der durch Einstellen der Zündfunkenverstellung nach früh auf einen kalibrierten Wert sofort erzeugt werden könnte. Dieser Wert kann als die minimale Zündfunkenverstellung nach früh kalibriert werden, die für ein gegebenes RPM und für eine gegebene Luft pro Zylinder das größte Drehmoment erzielt. Daraufhin kann das Sofortdrehmoment-Steuermodul 320 eine kleinere Zündfunkenverstellung nach früh auswählen, die das geschätzte Drehmoment auf das Sofortdrehmoment verringert.
  • Das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments empfängt außerdem das geschätzte Drehmoment und kann ein Signal des gemessenen Luftmassenflusses (MAF) und ein Signal der Maschinenumdrehungen pro Minute (RPM) empfangen. Das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments erzeugt ein Signal des gewünschten Krümmerabsolutdrucks (MAP), das an ein Ladedruckplanungsmodul 328 ausgegeben wird.
  • Das Ladedruckplanungsmodul 328 verwendet das Signal des gewünschten MAP zum Steuern des Ladedruckstellgliedmoduls 162. Daraufhin steuert das Ladedruckstellgliedmodul 162 einen Turbolader wie etwa den Turbolader 160 oder einen Superlader. Das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments erzeugt ein Signal der gewünschten Fläche, das an das Drosselstellgliedmodul 116 ausgegeben wird. Daraufhin reguliert das Drosselstellgliedmodul 116 die Drosselklappe 112, um die gewünschte Drosselöffnungsfläche zu erzeugen.
  • Das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments erzeugt ein Signal der gewünschten Luft pro Zylinder (APC), das an ein Phasenstellerplanungsmodul 332 ausgegeben wird. Das Phasenstellerplanungsmodul 332 weist auf der Grundlage des Signals der gewünschten APC und des RPM-Signals den Einlass- und/oder den Auslassnockenphasensteller 148 und 150 unter Verwendung des Phasensteller-Stellgliedmoduls 158 auf kalibrierte Werte an.
  • Das Drehmomentschätzmodul 324 kann die gegenwärtigen Einlass- und Auslassnocken-Phasenstellerwinkel zusammen mit dem MAF-Signal verwenden, um das geschätzte Drehmoment zu bestimmen. Die gegenwärtigen Einlass- und Auslassnocken-Phasenstellerwinkel können Messwerte sein. Eine weitere Diskussion der Drehmomentschätzung ist in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 6,704,638 mit dem Titel ”Torque Estimator for Engine RPM and Torque Control” zu finden, dessen Offenbarung hier in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
  • Nunmehr anhand von 3 ist ein Funktionsblockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Moduls 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments gezeigt. Das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments implementiert ein inverses Drehmomentmodell zweiter Ordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments verwendet aus dem Modell abgeleitete Gleichungen, um auf der Grundlage eines gewünschten Drehmoments einen oder mehrere Maschinenluftwerte (z. B. APC, MAP) zu berechnen. Die Gleichungen werden aus dem Modell durch Anwenden von Randbedingungen entwickelt, die rationale Lösungen sicherstellen. Das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments kann unter Verwendung der aus dem Modell entwickelten Gleichungen die Maschinenluftwerte genauer und effizienter bestimmen. Das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments kann die Maschinenluftwerte unter Verwendung von weniger Speicher genauer bestimmen.
  • Ein Fahrerdrehmomentfilter 408 empfängt von dem Stellgliedmodusmodul 314 eine Drehmomentanforderung. Das Fahrerdrehmomentfilter 408 kann von dem Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 304 und/oder von dem Vortriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 308 Signale empfangen, die angeben, ob das gegenwärtig angewiesene Drehmoment ein Ergebnis einer Fahrereingabe ist. Wenn das der Fall ist, kann das Fahrerdrehmomentfilter 408 hochfrequente Drehmomentänderungen herausfiltern, wie sie etwa dadurch verursacht werden können, dass der Fuß des Fahrers das Fahrpedal auf einer unebenen Straße moduliert.
  • Das Fahrerdrehmomentfilter 408 gibt ein gewünschtes Drehmoment (Tdes) an ein Regelungsmodul 412 und an ein Summierungsmodul 416 aus. Das Regelungsmodul 412 empfängt das geschätzte Drehmoment von dem Drehmomentschätzmodul 324. Das Regelungsmodul 412 vergleicht das geschätzte Drehmoment mit dem gewünschten Drehmoment und gibt einen Korrekturfaktor an das Summierungsmodul 416 aus. Das Summierungsmodul 416 addiert das gewünschte Drehmoment von dem Fahrerdrehmomentfilter 408 mit dem Korrekturfaktor von dem Regelungsmodul 412.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Regelungsmodul 412 einfach einen Korrekturfaktor ausgeben, der gleich der Differenz zwischen dem gewünschten Drehmoment und dem geschätzten Drehmoment ist. Alternativ kann das Regelungsmodul 412 ein Proportional-Integral-Steuerschema (PI-Steuerschema) verwenden, um das gewünschte Drehmoment von dem Fahrerdrehmomentfilter 408 zu erfüllen. Der Drehmomentkorrekturfaktor kann eine Proportionalabweichung enthalten, die auf der Differenz zwischen dem gewünschten Drehmoment und dem geschätzten Drehmoment beruht. Außerdem kann der Drehmomentkorrekturfaktor eine Abweichung enthalten, die auf einem Integral der Differenz zwischen dem gewünschten Drehmoment und dem geschätzten Drehmoment beruht. Der Drehmomentkorrekturfaktor Tpi, der an das Summierungsmodul 416 ausgegeben wird, kann durch die folgende Gleichung bestimmt werden: Tpi = Kp·(Tdes – Test) + Ki·∫(Tdes – Test)∂t, wobei (1)
  • Kp eine vorgegebene Proportionalkonstante ist und Ki eine vorgegebene Integralkonstante ist.
  • Eine weitere Diskussion der PI-Steuerung ist in der Patentschrift US 7,433,775 B2 mit dem Titel ”Engine Torque Control at High Pressure Ratio” zu finden, welches Patent am 7. Oktober 2008 erteilt wurde und dessen Offenbarung hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme mit aufgenommen ist. Eine zusätzliche Diskussion hinsichtlich der PI-Steuerung der Maschinendrehzahl ist in der Patentschrift US 7,463,970 B2 mit dem Titel ”Torque Based Engine Speed Control” zu finden, welches Patent am 9. Dezember 2008 erteilt wurde und dessen Offenbarung hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
  • Eine Ausgabe des Summierungsmoduls 416 wird von einem Drehmomentgrenzenmodul 420 empfangen. Das Drehmomentgrenzenmodul 420 kann dem gewünschten Drehmoment Grenzen auferlegen. Zum Beispiel kann eine Obergrenze auferlegt werden, die vor Drehmomentanforderungen schützt, die die Maschine beschädigen würden. Außerdem kann das Drehmomentgrenzenmodul 420 eine Untergrenze auferlegen, um ein Stehenbleiben der Maschine 102 zu verhindern.
  • Die Ober- und die Untergrenze können aus dem Speicher wie etwa aus einem Kalibrierungsspeicher 424 bestimmt werden und können auf den RPM beruhen. Das Drehmomentgrenzenmodul 420 gibt das gewünschte Drehmoment wie beschränkt an ein inverses APC-Modul 428 und an ein inverses MAP-Modul 430 aus.
  • Ein Stellgliedbestimmungsmodul 436 empfängt ein RPM-Signal und ein Signal der gemessenen APC. Das Signal der gemessenen APC kann von einem MAF-APC-Umsetzer 438 empfangen werden, der einen gemessenen MAF in eine gemessene APC (APCmeas) umsetzt. Das Stellgliedbestimmungsmodul 436 bestimmt die gewünschten Stellgliedstellungen wie etwa Einlass- und Auslassnocken-Phasenstellerwinkel, Zündfunkenverstellung nach früh und Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Die Einlass- und Auslassnocken-Phasenstellerwinkel und die Zündfunkenverstellung nach früh können Funktionen der RPM und der APC sein, während das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eine Funktion der APC sein kann. Das Stellgliedbestimmungsmodul 436 gibt die gewünschten Stellgliedstellungen an das inverse APC-Modul 428 und an das inverse MAP-Modul 430 aus.
  • Das inverse APC-Modul 428 bestimmt auf der Grundlage des von dem Drehmomentgrenzenmodul 420 empfangenen gewünschten Drehmoments und der von dem Stellgliedbestimmungsmodul 436 empfangenen gewünschten Stellgliedstellungen eine gewünschte APC (APCdes). Das inverse APC-Modul 428 kann ein inverses Drehmomentmodell implementieren, das auf der Grundlage der gewünschten Stellgliedstellungen wie etwa der Zündfunkenverstellung nach früh (S), dem Einlass-(I-) und dem Auslass-(E-)-Nocken-Phasenstellerwinkel, dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AF), der Öltemperatur (OT) und der Anzahl der gegenwärtig mit Kraftstoff beaufschlagten Zylinder (#) die gewünschte APC bestimmt. Für diese Offenbarung bestimmt das inverse APC-Modul 428 die gewünschte APC unter Verwendung eines inversen Drehmomentmodells, das durch die folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden kann: APCdes = T –1 / apc(Tdes, S, I, E, AF, OT, #). (2)
  • Genauer kann das inverse APC-Modul 428 die gewünschte APC unter Verwendung des folgenden Sieben-Terme-Drehmomentmodells zweiter Ordnung bestimmen: T = KA2·A2 + KA·A + KAS·A·S + KAS2·A·S2 + KS·S + KS2·S2 + KR, (3) wobei T ein Drehmomentwert ist, A ein APC-Wert ist, S ein Zündfunkenwert ist und KA2, KA, KAS, KAS2, KS, KS2 und KR APC-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten (APC-k-Werte) sind. Die APC-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten können vorgegebene Werte sein, die auf Stellgliedstellungen wie etwa, aber nicht beschränkt auf, der Zündfunkenverstellung nach früh (S), dem Einlassnocken-(I-Nocken-) und dem Auslassnocken-(E-Nocken-)Phasenstellerwinkel, dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AF), der Öltemperatur (OT), der Anzahl der gegenwärtig mit Kraftstoff beaufschlagten Zylinder (#), dem Dualimpulsmodus und dem Ethanoläquivalenzmodus beruhen können. Die APC-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten können durch empirische Verfahren durch quasistationäre Maschinentests bestimmt werden, in denen die Maschinenstellgliedstellungen geändert werden und die resultierende APC gemessen wird. Die Werte für jede bestimmte APC-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstante können auf der Grundlage der verschiedenen Kombinationen von Stellgliedstellungen variieren. Außerdem können die APC-k-Werte positiv, negativ oder null sein. Die APC-k-Werte können skaliert werden, um in Gleichung (4) ein Einheitsgleichgewicht sicherzustellen und einen bestimmten Bereich gewünschter APC-Werte zu erzeugen. Die APC-k-Werte können in Speichertabellen in dem Kalibrierungsspeicher 424 gespeichert werden und auf der Grundlage der gewünschten Stellgliedstellungen zur Verwendung in dem vorstehenden inversen Drehmomentmodell nachgeschlagen werden.
  • Die Terme von Gleichung (3) können umgestellt werden, was die folgende Gleichung des inversen Drehmomentmodells ergibt: (KA2)·A2 + (KAS2·S2 + KAS·S + KA)·A + (KS·S + KS2·S2 + KR – T) = 0. (4)
  • Gleichung (4) hat die Form einer quadratischen Gleichung, sodass A unter Verwendung der folgenden quadratischen Formel bestimmt werden kann:
    Figure DE102008054062B4_0002
    A = APCdes a = KA2 b = KAS2·S2 + KAS·S + KA c = KS·S + KS2·S2 + KR – T (5) sind. Es wird angemerkt, dass der negative Wurzelterm in dem vorstehenden quadratischen ±-Term ignoriert werden kann, da es erwünscht sein kann, die gewünschte APC auf positive Werte zu begrenzen. Somit kann das inverse APC-Modul 428 die gewünschte APC auf der Grundlage des gewünschten Drehmoments und der gewünschten Stellgliedstellungen durch Implementieren des in Gleichung (4) beschriebenen inversen Drehmomentmodells und unter Verwendung von Gleichung (5) bestimmen. Beispielhafte Schritte, die von dem inversen APC-Modul 428 befolgt werden, um die gewünschte APC zu bestimmen, sind im Folgenden anhand von 7–9 ausführlicher beschrieben. Das inverse APC-Modul 428 gibt die gewünschte APC an ein MAF-Berechnungsmodul 456 und an das Phasenstellerplanungsmodul 332 aus.
  • Das inverse MAP-Modul 430 bestimmt auf der Grundlage des von dem Drehmomentgrenzenmodul 420 empfangenen gewünschten Drehmoments und der von dem Stellgliedbestimmungsmodul 436 empfangenen gewünschten Stellgliedstellungen einen gewünschten MAP (MAPdes). Das inverse MAP-Modul 430 bestimmt unter Verwendung eines Drehmomentmodells zweiter Ordnung, das im Wesentlichen ähnlich dem in Gleichung (3) beschriebenen Modell ist, den gewünschten MAP. Genauer bestimmt das inverse MAP-Modul 430 den gewünschten MAP unter Verwendung der folgenden Gleichungen: T = K'A2·A'2 + K'A·A' + K'AS·A'·S + K'AS2·A'·S2 + K'S·S + K'S2·S2 + K'R (6) (K'A2)·A'2 + (K'AS2·S2 + K'AS·S + K'A)·A' + (K'S·S + K'S2·S2 + K'R – T) = 0 (7)
    Figure DE102008054062B4_0003
    A' = MAPdes
    a' = K'A2
    b' = K'AS2·S2 + K'AS·S + K'A
    c' = K'S·S + K'S2·S2 + K'R – T
    sind.
  • In den vorstehenden Gleichungen sind K'A2, K'A, K'AS, K'AS2, K'S, K'S2 und K'R MAP-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten (MAP-k'-Werte). Die MAP-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten können vorgegebene Werte sein, die auf Stellgliedstellungen wie etwa, aber nicht beschränkt auf, der Zündfunkenverstellung nach früh (S), dem Einlass-(I-) und dem Auslass-(E-)-Nockenphasenstellerwinkel, dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AF), der Öltemperatur (OT), der Anzahl der gegenwärtig mit Kraftstoff beaufschlagten Zylinder (#), dem Dualimpulsmodus und dem Ethanoläquivalenzmodus beruhen können. Die MAP-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten können wie die zuvor diskutierten APC-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten durch empirische Verfahren durch Durchführen quasistationärer Maschinentests bestimmt werden, in denen die Maschinenstellgliedstellungen geändert werden und der resultierende MAP gemessen wird.
  • Die Werte für jede bestimmte MAP-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstante können auf der Grundlage der verschiedenen Kombinationen von Stellgliedstellungen variieren. Außerdem können die MAP-k'-Werte positiv, negativ oder null sein. Für die vorliegende Offenbarung ist der Wert von K'A2 null. Die MAP-Drehmomentempfindlichkeitswerte können skaliert werden, um in Gleichung (7) das Einheitsgleichgewicht sicherzustellen und einen bestimmten Bereich gewünschter MAP-Werte zu erzeugen. Die MAP-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten können in dem Kalibrierungsspeicher 424 gespeichert werden und auf der Grundlage der gewünschten Stellgliedstellungen zur Verwendung in dem vorstehenden inversen Drehmomentmodell nachgeschlagen werden.
  • Somit kann das inverse MAP-Modul 430 den gewünschten MAP auf der Grundlage des gewünschten Drehmoments und der gewünschten Stellgliedstellungen durch Implementieren des inversen Drehmomentmodells in Gleichung (7) und unter Verwendung von Gleichung (8) bestimmen. Die bestimmten Schritte, die von dem inversen MAP-Modul 430 befolgt werden, um den gewünschten MAP zu bestimmen, sind im Folgenden ausführlicher anhand von 7–9 beschrieben. Das inverse MAP-Modul 430 gibt den gewünschten MAP an ein Modul 464 für kompressiblen Fluss und an das Ladedruckplanungsmodul 328 aus.
  • Nunmehr anhand von 4 ist ein Funktionsblockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des inversen APC-Moduls 428 gezeigt. Ein Drehmomentempfindlichkeitskonstanten-Modul 440 empfängt von dem Stellgliedbestimmungsmodul 436 die gewünschten Stellgliedstellungen. Das Drehmomentempfindlichkeitskonstanten-Modul 440 gewinnt unter Verwendung der gewünschten Stellgliedstellungen die entsprechenden APC-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten (d. h. KA2, KA, KAS, KAS2, KS, KS2 und KR) aus dem Kalibrierungsspeicher 424 wieder (d. h. schlägt sie nach). Das Drehmomentempfindlichkeitskonstanten-Modul 440 gibt die APC-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten an ein Zündfunkenschrankenmodul 442, an ein Drehmomentschrankenmodul 444 und an ein Modul 446 für die inverse APC-Berechnung aus.
  • Das Zündfunkenschrankenmodul 442 empfängt von dem Stellgliedbestimmungsmodul 436 den gewünschte Zündfunken (Sdes) und von dem Drehmomentempfindlichkeitskonstanten-Modul 440 die APC-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten. Das Zündfunkenschrankenmodul 442 bestimmt auf der Grundlage des gewünschten Zündfunkens (Sdes) und der APC-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten einen beschränkten Zündfunkenwert (Sbound). Das Zündfunkenschrankenmodul 442 gibt den beschränkten Zündfunkenwert an das Drehmomentschrankenmodul 444 und an das Modul 446 für die inverse APC-Berechnung aus.
  • Das Drehmomentschrankenmodul 444 empfängt von dem Zündfunkenschrankenmodul 442 den beschränkten Zündfunkenwert, von dem Drehmomentempfindlichkeitskonstanten-Modul 440 die APC-Empfindlichkeitskonstanten und von dem Drehmomentgrenzenmodul 420 das gewünschte Drehmoment (Tdes). Das Drehmomentschrankenmodul 444 bestimmt auf der Grundlage des beschränkten Zündfunkenwerts, der APC-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten und des gewünschten Drehmoments einen beschränkten Drehmomentwert (Tbound). Das Drehmomentschrankenmodul 444 gibt den beschränkten Drehmomentwert an das Modul 446 für die inverse APC-Berechnung aus.
  • Das Modul 446 für die inverse APC-Berechnung empfängt von dem Zündfunkenschrankenmodul 442 den beschränkten Zündfunkenwert (Sbound), von dem Drehmomentschrankenmodul 444 den beschränkten Drehmomentwert (Tbound) und von dem Drehmomentempfindlichkeitskonstanten-Modul 440 die APC-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten (APC-k-Werte). Das Modul 446 für die inverse APC-Berechnung bestimmt auf der Grundlage des beschränkten Zündfunkenwerts, des beschränkten Drehmomentwerts und der APC-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten eine gewünschte APC (APCdes). Das Modul 446 für die inverse APC-Berechnung gibt die gewünschte APC an das MAF-Berechnungsmodul 456 aus.
  • Nunmehr anhand von 5 ist ein Funktionsblockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des inversen MAP-Moduls 430 gezeigt. Ein Drehmomentempfindlichkeitskonstanten-Modul 448 empfängt von dem Stellgliedbestimmungsmodul 436 die gewünschten Stellgliedstellungen. Das Drehmomentempfindlichkeitskonstanten-Modul 448 gewinnt unter Verwendung der gewünschten Stellgliedstellungen die entsprechenden MAP-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten (d. h. K'A2, K'A, K'AS, K'AS2, K'S, K'S2 und K'R) aus dem Kalibrierungsspeicher 424 wieder. Das Drehmomentempfindlichkeitskonstanten-Modul 448 gibt die MAP-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten an ein Zündfunkenschrankenmodul 450, an ein Drehmomentschrankenmodul 452 und an ein Modul 454 für die inverse MAP-Berechnung aus.
  • Das Zündfunkenschrankenmodul 450 empfängt von dem Stellgliedbestimmungsmodul 436 den gewünschten Zündfunken (Sdes) und von dem Drehmomentempfindlichkeitskonstanten-Modul 448 die MAP-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten (MAP-k'-Werte). Das Zündfunkenschrankenmodul 450 bestimmt auf der Grundlage des gewünschten Zündfunkens und der MAP-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten einen beschränkten Zündfunkenwert (S'bound). Das Zündfunkenschrankenmodul 450 gibt den beschränkten Zündfunkenwert an das Drehmomentschrankenmodul 452 und an das Modul 446 für die inverse MAP-Berechnung aus.
  • Das Drehmomentschrankenmodul 452 empfängt von dem Zündfunkenschrankenmodul 450 den beschränkten Zündfunkenwert (S'bound), von dem Drehmomentempfindlichkeitskonstanten-Modul 448 die MAP-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten (MAP-k'-Werte) und von dem Drehmomentgrenzenmodul 420 das gewünschte Drehmoment (Tdes). Das Drehmomentschrankenmodul 452 bestimmt auf der Grundlage des beschränkten Zündfunkenwerts, der MAP-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten und des gewünschten Drehmoments einen beschränkten Drehmomentwert (T'bound). Das Drehmomentschrankenmodul 452 gibt den beschränkten Drehmomentwert an das Modul 454 für die inverse MAP-Berechnung aus.
  • Das Modul 454 für die inverse MAP-Berechnung empfängt von dem Zündfunkenschrankenmodul 450 den beschränkten Zündfunkenwert (S'bound), von dem Drehmomentschrankenmodul 452 den beschränkten Drehmomentwert (T'bound) und von dem Drehmomentempfindlichkeitskonstanten-Modul 448 die MAP-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten (MAP-k'-Werte) und bestimmt auf der Grundlage des beschränkten Zündfunkenwerts, des beschränkten Drehmomentswerts und der MAP-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten einen gewünschten MAP (MAPdes). Das Modul 454 für die inverse MAP-Berechnung gibt den gewünschten MAP an das Ladedruckplanungsmodul 328 und an das Modul 464 für kompressiblen Fluss aus.
  • Wieder anhand von 3 bestimmt das MAF-Berechnungsmodul 456 auf der Grundlage der gewünschten APC (APCdes) einen gewünschten MAF (MAFdes). Der gewünschte MAF kann unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden:
    Figure DE102008054062B4_0004
    wobei # die Anzahl der gegenwärtig mit Kraftstoff beaufschlagten Zylinder ist. Der gewünschte MAF wird an das Modul 464 für kompressiblen Fluss ausgegeben.
  • Das Modul 464 für kompressiblen Fluss bestimmt auf der Grundlage des gewünschten MAP und des gewünschten MAF eine gewünschte Drosselöffnungsfläche (Areades). Die gewünschte Fläche kann unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden:
    Figure DE102008054062B4_0005
    und wobei Rgas die ideale Gaskonstante ist, T die Einlasslufttemperatur ist und Pbaro der Barometerdruck ist. Pbaro kann unter Verwendung eines Sensors wie etwa des IAT-Sensors 192 direkt gemessen werden oder kann unter Verwendung anderer gemessener oder geschätzter Parameter berechnet werden.
  • Die Φ-Funktion kann Änderungen des Luftflusses wegen Druckdifferenzen auf einer Seite der Drosselklappe 112 berücksichtigten. Die Φ-Funktion kann wie folgt spezifiziert sein:
    Figure DE102008054062B4_0006
    und wobei γ eine Konstante der spezifischen Wärme ist, die für Luft näherungsweise zwischen 1,3 und 1,4 liegt. Pcritical ist als das Druckverhältnis definiert, bei dem die Geschwindigkeit der durch die Drosselklappe 112 fließenden Luft gleich der Schallgeschwindigkeit ist, was als gesperrter oder kritischer Fluss bezeichnet wird. Das Modul 464 des kompressiblen Fluss gibt die gewünschte Fläche an das Drosselstellgliedmodul 116 aus, das die Drosselklappe 112 steuert, um die gewünschte Öffnungsfläche bereitzustellen.
  • Nunmehr anhand von 6 zeigt ein Ablaufplan beispielhafte Schritte, die durch das Modul 316 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments ausgeführt werden. Die Steuerung beginnt in Schritt 600, wo die Steuerung das gewünschte Maschinendrehmoment (Tdes) bestimmt. Die Steuerung wird in Schritt 602 fortgesetzt, wo die Steuerung auf der Grundlage der gegenwärtig gemessenen APC (APCmeas) die gewünschten Stellgliedstellungen bestimmt. Die Steuerung wird in Schritt 604 fortgesetzt, wo die Steuerung auf der Grundlage der gegenwärtig gewünschten Stellgliedstellungen, des gegenwärtig gewünschten Zündfunkens (Sdes) und des gegenwärtig gewünschten Drehmoments (Tdes) eine gewünschte APC (APCdes) und einen gewünschten MAP (MAPdes) bestimmt. Die Steuerung wird in Schritt 606 fortgesetzt, wo die Steuerung auf der Grundlage der gewünschten APC einen gewünschten MAF (MAFdes) bestimmt. Die Steuerung wird in Schritt 608 fortgesetzt, wo die Steuerung auf der Grundlage des gewünschten MAF/der gewünschten APC und/oder des gewünschten MAP eine neue gewünschte Stellgliedstellung bestimmt. In verschiedenen Implementierungen kann die in Schritt 608 bestimmte gewünschte Stellgliedstellung nicht als eine der in Schritt 602 bestimmten gewünschten Stellgliedstellungen enthalten sein.
  • Zum Beispiel kann die Steuerung auf der Grundlage des gewünschten MAF und des gewünschten MAP eine gewünschte Drosselöffnungsfläche bestimmen. Außerdem kann die Steuerung auf der Grundlage des gewünschten MAP den gewünschten Ladedruck bestimmen. Außerdem kann die Steuerung auf der Grundlage der gewünschten APC den gewünschten Phasenstellerwinkel bestimmen. Von Schritt 608 kehrt die Steuerung zu Schritt 600 zurück.
  • Nunmehr anhand von 7 zeigt ein Ablaufplan beispielhafte Schritte, die von dem inversen APC-Modul 428 ausgeführt werden, um die gewünschte APC zu bestimmen. Die Steuerung beginnt in Schritt 700, wo die Steuerung eine untere Zündfunkenbeschränkung (SL) und eine obere Zündfunkenbeschränkung (SU) bestimmt, die zum Bestimmen des beschränkten Zündfunkenwerts (Sbound) verwendet werden. Die untere und die obere Zündfunkenbeschränkung definieren einen Bereich von Zündfunkenwerten, für den der Anstieg der Drehmomentkurve in Gleichung (3) immer positiv bleibt. Diese erste Beschränkungsbedingung ist erwünscht, um eine direkte Beziehung (das heißt eine positive Beziehung) zwischen den in das inverse Drehmomentmodell eingegebenen Drehmomentwerten (z. B. dem gewünschten Drehmoment) und den unter Verwendung des inversen Drehmomentmodells bestimmten APC-Werten sicherzustellen. Somit nimmt der durch das Modell bestimmte Wert der gewünschten APC ebenfalls zu, während der in das Modell eingegebene Wert des beschränkten Drehmoments zunimmt.
  • Obgleich hier zur Bestimmung der gewünschten APC eine direkte Beziehung erwünscht ist und bereitgestellt wird, wird betrachtet, dass zum Berechnen anderer Stellgliedstellungen auf der Grundlage des in das inverse Drehmomentmodell eingegebenen Drehmomentwerts alternativ eine inverse Beziehung erwünscht sein kann. Die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ermöglichen, dass der Fachmann auf dem Gebiet ein inverses Drehmomentmodell implementiert, das eine inverse Beziehung zwischen in das inverse Drehmomentmodell eingegebenen Drehmomentwerten und der unter Verwendung des Modells bestimmten Stellgliedstellung sicherstellt.
  • Eine direkte Beziehung zwischen Drehmoment und APC kann dadurch sichergestellt werden, dass die in Gleichung (4) und (5) verwendeten Zündfunkenwerte begrenzt werden, um sicherzustellen, dass die Ableitung des Drehmoments in Gleichung (3) nach A (d. h. dT/dA) positiv bleibt. Bilden der Ableitung (dT/dA) von Gleichung (3) führt zu der Gleichung: dT/ dA = KAS2·S2 + KAS·S + KA + 2·KA2·A. (13)
  • Dadurch, dass dT/dA in Gleichung (13) gleich null gesetzt wird und für den entsprechenden Wert von A gelöst wird, kann der kritische Wert (Acrit) bestimmt werden, bei dem sich das Vorzeichen von dT/dA ändert (z. B. von positiv nach negativ oder von negativ nach positiv übergeht). Zur Bezugnahme auf Punkte, bei denen das wie in Gleichung (13) definierte dT/dA gleich null ist, wird hier der Begriff Zündfunkenpole verwendet.
  • Nullsetzen von dT/dA in Gleichung (13) und Lösen für A ergibt die folgenden Gleichungen:
    Figure DE102008054062B4_0007
  • Somit behält dT/dA für einen gegebenen Zündfunkenwert sein Vorzeichen, bis der kritische Wert (Acrit) erreicht ist. Anders gesagt, dT/dA ist für alle Drehmomentwerte zwischen einer unteren Drehmomentbeschränkung (TL) und einer oberen Drehmomentbeschränkung (TU) positiv, falls der Wert von dT/dA bei TL positiv ist. Darüber hinaus ist dT/dA von TL bis TU positiv, falls dT/dA bei A = 0 positiv ist. Außerdem kann dadurch, dass gefordert wird, dass KA positiv ist, sichergestellt werden, dass dT/dA bei S = 0 und A = 0 positiv ist (siehe Gleichung (13) oben). Die untere Zündfunkenbeschränkung (SL) und die obere Zündfunkenbeschränkung (SU) können dann dadurch bestimmt werden, dass A in Gleichung (14) gleich null gesetzt wird und unter Verwendung der folgenden Gleichungen für die entsprechenden Zündfunkenwerte gelöst wird:
    Figure DE102008054062B4_0008
    a = KAS2 (oder K'AS2)
    b = KAS (oder K'AS)
    c = KA (oder K'A)
    ist.
  • Somit kann die Steuerung in Schritt 700 Gleichung (16) verwenden, um die untere Zündfunkenbeschränkung (SL) zu bestimmen, und Gleichung (17) verwenden, um die obere Zündfunkenbeschränkung (SU) zu bestimmen. Anhand der vorstehenden Gleichungen (16) und (17) sollte gewürdigt werden, dass es für bestimmte Werte KAS2 und KAS keine praktische Untergrenze für SL und/oder keine praktische Obergrenze für SU gibt. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann die Steuerung in diesem Fall den Wert der entsprechenden Zündfunkenbeschränkung auf einen Standard-Zündfunkenbeschränkungswert einstellen.
  • In 8 zeigt ein Ablaufplan die beispielhaften Schritte, die durch die Steuerung in Schritt 700 ausgeführt werden, um unter Verwendung der Gleichungen (16) und (17) die untere und die obere Zündfunkenbeschränkung zu bestimmen. Beginnend in Schritt 702 stellt die Steuerung den Wert der unteren Zündfunkenbeschränkung (SL) auf einen Standardwert der unteren Zündfunkenbeschränkung ein und stellt sie den Wert der oberen Zündfunkenbeschränkung (SU) auf einen Standardwert der oberen Zündfunkenbeschränkung ein. Für Beispielzwecke kann der Standardwert der unteren Zündfunkenbeschränkung –100 Grad sein und kann der Standardwert der oberen Zündfunkenbeschränkung +100 Grad sein.
  • Nachfolgend bestimmt die Steuerung in Schritt 704, ob der Wert von KAS2 (a in den Gleichungen (16–17)) größer als null ist. Falls KAS2 größer als null ist, endet die Steuerung in Schritt 700 und wird die Steuerung in Schritt 720 (7) fortgesetzt. Falls KAS2 nicht größer als null ist, wird die Steuerung in Schritt 706 fortgesetzt. In Schritt 706 bestimmt die Steuerung, ob der Wert von KAS2 kleiner als null ist. Falls KAS2 kleiner als null ist, wird die Steuerung in Schritt 708 fortgesetzt, andernfalls wird die Steuerung in Schritt 710 fortgesetzt. In Schritt 708 bestimmt die Steuerung unter Verwendung von Gleichung (16) bzw. (17) den Wert der unteren und der oberen Zündfunkenbeschränkung (SL und SU). Daraufhin stellt die Steuerung in Schritt 708 die Werte der unteren und der oberen Zündfunkenbeschränkung gleich den unter Verwendung von Gleichung (16) und (17) erhaltenen Werten ein. Von Schritt 708 endet die Steuerung in Schritt 700 und wird die Steuerung in Schritt 720 fortgesetzt.
  • In Schritt 710 bestimmt die Steuerung, ob der Wert von KAS (b in Gleichung (16–17)) größer als null ist. Falls KAS größer als null ist, wird die Steuerung in Schritt 712 fortgesetzt, andernfalls wird die Steuerung in Schritt 714 fortgesetzt. In Schritt 712 bestimmt die Steuerung unter Verwendung von Gleichung (16) den Wert der unteren Zündfunkenbeschränkung (SL). Somit stellt die Steuerung in Schritt 712 den Wert der unteren Zündfunkenbeschränkung gleich dem unter Verwendung von Gleichung (16) erhaltenen Wert ein. Von Schritt 712 endet die Steuerung in Schritt 700 und wird die Steuerung in Schritt 720 (7) fortgesetzt. In Schritt 714 bestimmt die Steuerung unter Verwendung von Gleichung (17) den Wert der oberen Zündfunkenbeschränkung (SU). Somit stellt die Steuerung in Schritt 714 den Wert der unteren Zündfunkenbeschränkung gleich dem unter Verwendung von Gleichung (17) erhaltenen Wert ein. Von Schritt 714 endet die Steuerung in Schritt 700 und wird die Steuerung in Schritt 720 (7) fortgesetzt.
  • Wieder anhand von 7 wird die Steuerung in Schritt 720 fortgesetzt, wo die Steuerung bestimmt, ob der gewünschte Zündfunkenwert (Sdes) größer oder gleich der unteren Zündfunkenbeschränkung (SL) und kleiner oder gleich der oberen Zündfunkenbeschränkung (SU) ist, die in Schritt 700 bestimmt worden sind. Falls der gewünschte Zündfunkenwert größer oder gleich der unteren Zündfunkenbeschränkung und kleiner oder gleich der oberen Zündfunkenbeschränkung ist, wird die Steuerung in Schritt 722 fortgesetzt, andernfalls wird die Steuerung in Schritt 724 fortgesetzt. In Schritt 722 stellt die Steuerung den beschränkten Zündfunkenwert (Sbound) gleich dem gewünschten Zündfunkenwert (Sdes) ein und wird die Steuerung in Schritt 730 fortgesetzt.
  • In Schritt 724 bestimmt die Steuerung, ob der gewünschte Zündfunkenwert (Sdes) größer als die obere Zündfunkenbeschränkung (SU) ist. Falls der gewünschte Zündfunkenwert größer als die obere Zündfunkenbeschränkung ist, wird die Steuerung in Schritt 726 fortgesetzt, andernfalls wird die Steuerung in Schritt 728 fortgesetzt. In Schritt 726 stellt die Steuerung den beschränkten Zündfunkenwert (Sbound) gleich dem Wert der oberen Zündfunkenbeschränkung (SU) ein und wird die Steuerung in Schritt 730 fortgesetzt. In Schritt 728 stellt die Steuerung den beschränkten Zündfunkenwert (Sbound) gleich dem Wert der unteren Zündfunkenbeschränkung (SL) ein und wird die Steuerung in Schritt 730 fortgesetzt.
  • Anhand der vorstehenden Schritte 720–728 sollte gewürdigt werden, dass der beschränkte Zündfunkenwert gleich dem gewünschten Zündfunkenwert ist, wenn der gewünschte Zündfunkenwert innerhalb des durch die untere Zündfunkenbeschränkung und durch die obere Zündfunkenbeschränkung definierten Bereichs von Zündfunkenwerten liegt. Wenn der gewünschte Zündfunkenwert außerhalb des durch die untere und durch die obere Zündfunkenbeschränkung definierten Bereichs von Zündfunkenwerten liegt, wird der beschränkte Zündfunkenwert je nachdem, welcher Wert dem gewünschten Zündfunkenwert am nächsten ist, entweder auf die untere Zündfunkenbeschränkung oder auf die obere Zündfunkenbeschränkung eingestellt. Außerdem sollte gewürdigt werden, dass der beschränkte Zündfunkenwert, gegenüber der unteren und der oberen Zündfunkenbeschränkung, auf der Grundlage der Anzahl von Zündfunkenpolen bestimmt wird. Wie in den Schritten 704, 706, 710 (siehe 8) veranschaulicht ist, hängt die Anzahl der Zündfunkenpole von den APC-k-Werten, genauer von KAS2 und von KAS, ab.
  • Die Steuerung wird in Schritt 730 fortgesetzt, wo die Steuerung die untere Drehmomentbeschränkung (TL) und die obere Drehmomentbeschränkung (TU) bestimmt, die zur Bestimmung eines beschränkten Drehmomentwerts (Tbound) verwendet werden. Die untere und die obere Drehmomentbeschränkung repräsentieren den minimalen bzw. den maximalen Drehmomentwert, wie er durch das durch Gleichung (4) repräsentierte inverse Drehmomentmodell definiert ist.
  • Gemäß dem inversen Drehmomentmodell in Gleichung (4) tritt die untere Drehmomentbeschränkung (TL) auf, wenn der APC-Wert (d. h. A) null ist. Somit kann die Steuerung in Schritt 730 die untere Drehmomentgrenze (TL) unter Verwendung von Gleichung (3) dadurch bestimmen, dass sie A gleich null und S gleich dem beschränkten Zündfunkenwert (Sbound) setzt. Die resultierende Gleichung kann wie folgt ausgedrückt werden: TL = KS2·(Sbound)2 + KS·(Sbound) + KS2·(Sbound)2 + KR. (18)
  • Gemäß dem inversen Drehmomentmodell in Gleichung (4) wird das maximale Drehmoment bei einem APC-Wert (d. h. A) erzeugt, bei dem dT/dA gleich null ist. Somit kann die obere Drehmomentbeschränkung (TU) dadurch bestimmt werden, dass die Formel für den kritischen Wert (Acrit) in Gleichung (15) für A in Gleichung (3) eingesetzt wird und nach dem resultierenden Drehmomentwert gelöst wird. Allerdings sollte gewürdigt werden, dass die resultierende Gleichung für das maximale Drehmoment eine Gleichung vierter Ordnung im Zündfunken ist und es somit keinen theoretischen maximalen Drehmomentwert gibt, wenn der Wert von KA2 größer oder gleich null ist. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben ist, kann die Steuerung den Wert der oberen Drehmomentbeschränkung in diesem Fall auf einen Standardwert der oberen Drehmomentbeschränkung einstellen. Die folgende Tabelle fasst die Werte für den minimalen und für den maximalen Drehmomentwert, die sich aus der vorstehenden Diskussion ergeben, zusammen.
    Drehmomentbeschränkungen KA2
    > 0 = 0 < 0
    Minimum T(S, A = 0) T(S, A = 0) T(S, A = 0)
    Maximum unendlich unendlich T(S, Acrit)
  • Nunmehr anhand von 9 zeigt ein Ablaufplan die beispielhaften Schritte, die durch die Steuerung in Schritt 730 ausgeführt werden, um unter Verwendung der Gleichungen (3) und (15) die untere und die obere Drehmomentbeschränkung zu bestimmen. Beginnend in Schritt 732 stellt die Steuerung den Wert der oberen Drehmomentbeschränkung (TU) gleich einem Standardwert der oberen Drehmomentbeschränkung ein. Beispielhaft kann der Wert des Standardwerts der oberen Drehmomentbeschränkung 1·106 sein. Von Schritt 732 wird die Steuerung in Schritt 734 fortgesetzt, wo die Steuerung unter Verwendung von Gleichung (3) den Wert der unteren Drehmomentbeschränkung (TL) bestimmt, indem sie A gleich null setzt und S gleich dem beschränkten Zündfunkenwert (Sbound) setzt und für den resultierenden Drehmomentwert löst. In Schritt 734 stellt die Steuerung den Wert der unteren Drehmomentbeschränkung gleich dem somit erhaltenen resultierenden Drehmomentwert ein.
  • Die Steuerung wird in Schritt 736 fortgesetzt, wo die Steuerung bestimmt, ob der Wert von KA2 größer oder gleich null ist. Falls KA2 größer oder gleich null ist, endet die Steuerung in Schritt 730 und wird die Steuerung in Schritt 740 (7) fortgesetzt. Falls KA2 nicht größer oder gleich null ist, wird die Steuerung in Schritt 738 fortgesetzt. In Schritt 738 bestimmt die Steuerung zunächst unter Verwendung von Gleichung (15) den Wert von Acrit, indem sie S gleich dem beschränkten Zündfunkenwert (Sbound) einstellt. Nachfolgend bestimmt die Steuerung unter Verwendung von Gleichung (3) den Wert der oberen Drehmomentbeschränkung (TU), indem sie A gleich dem unter Verwendung von Gleichung (15) bestimmten Wert von Acrit einstellt und S gleich dem beschränkten Zündfunkenwert (Sbound) einstellt. In Schritt 738 stellt die Steuerung den Wert der oberen Drehmomentbeschränkung gleich dem somit erhaltenen resultierenden Drehmomentwert ein. Von Schritt 738 endet die Steuerung in Schritt 730 und wird die Steuerung in Schritt 740 fortgesetzt.
  • Wieder anhand von 7 bestimmt die Steuerung in Schritt 740, ob der gewünschte Drehmomentwert (Tdes) größer oder gleich der unteren Drehmomentbeschränkung (TL) und kleiner oder gleich der oberen Drehmomentbeschränkung (TU) ist. Falls das gewünschte Drehmoment größer oder gleich der unteren Drehmomentbeschränkung ist und kleiner oder gleich der oberen Drehmomentbeschränkung ist, wird die Steuerung in Schritt 742 fortgesetzt, andernfalls wird die Steuerung in Schritt 744 fortgesetzt. In Schritt 742 stellt die Steuerung den beschränkten Drehmomentwert (Tbound) gleich dem gewünschten Drehmomentwert (Tdes) ein. Von Schritt 742 wird die Steuerung in Schritt 750 fortgesetzt.
  • In Schritt 744 bestimmt die Steuerung, ob der gewünschte Drehmomentwert (Tdes) größer als die obere Drehmomentbeschränkung (TU) ist. Falls das gewünschte Drehmoment größer als die obere Drehmomentbeschränkung ist, wird die Steuerung in Schritt 746 fortgesetzt, andernfalls wird die Steuerung in Schritt 748 fortgesetzt. In Schritt 746 stellt die Steuerung den beschränkten Drehmomentwert (Tbound) gleich dem Wert der oberen Drehmomentbeschränkung (TU) ein. Von Schritt 746 wird die Steuerung in Schritt 750 fortgesetzt. In Schritt 748 stellt die Steuerung den beschränkten Drehmomentwert (Tbound) gleich dem Wert der unteren Drehmomentbeschränkung (TL) ein. Von Schritt 748 wird die Steuerung in Schritt 750 fortgesetzt.
  • Aus den vorstehenden Schritten 740–748 sollte gewürdigt werden, dass der beschränkte Drehmomentwert gleich dem gewünschten Drehmomentwert ist, wenn das gewünschte Drehmoment innerhalb des durch die untere Drehmomentbeschränkung und durch die obere Drehmomentbeschränkung definierten Bereichs von Drehmomentwerten liegt. Außerdem sollte gewürdigt werden, dass der beschränkte Drehmomentwert je nachdem, welcher Wert dem gewünschten Drehmomentwert am nächsten ist, entweder auf die untere Drehmomentbeschränkung oder auf die obere Drehmomentbeschränkung eingestellt wird, wenn der gewünschte Drehmomentwert außerhalb des durch die untere und durch die obere Drehmomentbeschränkung definierten Bereichs von Drehmomentwerten liegt.
  • Die Steuerung wird in Schritt 750 fortgesetzt, wo die Steuerung auf der Grundlage des beschränkten Zündfunkenwerts und des beschränkten Drehmomentwerts unter Verwendung von Gleichung (5) einen gewünschten APC-Wert (APCdes) bestimmt, indem sie S in Gleichung (5) gleich dem beschränkten Zündfunkenwert (Sbound) einstellt und T in Gleichung (5) gleich dem beschränkten Drehmomentwert (Tbound) einstellt.
  • Weiter anhand von 7–9 werden nun die von dem inversen MAP-Modul 430 ausgeführten Schritte zum Bestimmen des gewünschten MAP (MAPdes) beschrieben. Wegen der wesentlichen Ähnlichkeit zwischen den von dem inversen MAP-Modul 430 und den wie zuvor beschriebenen von dem inversen APC-Modul 428 ausgeführten Schritten werden nur Unterschiede zwischen den von dem inversen MAP-Modul und vom dem inversen APC-Modul ausgeführten Schritten ausführlich beschrieben.
  • Die Steuerung beginnt in Schritt 700 und wird über Schritt 750 wie zuvor für das inverse APC-Modul 428 beschrieben einschließlich der Schritte 702–714 und der Schritte 732–738 fortgesetzt. Allerdings beruhen die Bestimmungen der unteren und der oberen Zündfunkenbeschränkung in den Schritten 704–714 (S'L und S'U), der unteren und der oberen Drehmomentbeschränkung (T'L und T'U) in den Schritten 734–738, des beschränkten Zündfunkenwerts (S'bound) in den Schritten 720–728, des beschränkten Drehmomentwerts (T'bound) in den Schritten 740–748 und des gewünschten MAP in Schritt 750 stattdessen auf den MAP-Drehmoment-Empfindlichkeitskonstanten (MAP-k'-Werten).
  • Anhand von 10–11 sind beispielhafte graphische Darstellungen des Drehmoments in Abhängigkeit vom Zündfunken gemäß dem Drehmomentmodell der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Der Klarheit halber ist ein Gebiet (r) der Zündfunken-Drehmoment-Ebene angegeben und identifiziert, in dem das Drehmomentmodell rationale Drehmomentwerte erzeugt und dT/dA größer oder gleich null ist. Ähnlich ist ein Gebiet (i) der Zündfunken-Drehmoment-Ebene angegeben und identifiziert, in dem das Drehmomentmodell irrationale Drehmomentwerte erzeugt und dT/dA kleiner als null ist.
  • Anhand von 12–21 sind beispielhafte graphische Darstellungen der APC in Abhängigkeit vom Zündfunken gezeigt, die untere und obere Zündfunkenbeschränkungen/Pole gemäß dem inversen Drehmomentmodell der vorliegenden Offenbarung enthalten. Die 12–21 veranschaulichen neun charakteristische dT/dA-Ebenen, die in den Zeichnungen als Fälle bezeichnet sind und die sich aus Drehmomentempfindlichkeitskonstanten ergeben, die zwischen bestimmten positiven Werten, bestimmten negativen Werten und dem Wert Null variieren. Der Klarheit halber ist in 12–21 ein Gebiet (p) mit positivem dT/dA identifiziert. Außerdem sind untere und obere Zündfunkenpole (d. h. Zündfunkenbeschränkungspunkte) dargestellt und identifiziert.
  • Anhand von 22–30 sind beispielhafte graphische Darstellungen der Zündfunken-Drehmoment-Ebenen für beispielhafte Werte der Drehmomentempfindlichkeitskonstanten gezeigt. Die 22–30 veranschaulichen neun charakteristische Zündfunken-Drehmoment-Ebenen, die sich aus Drehmomentempfindlichkeitskonstanten ergeben, die zwischen bestimmten positiven Werten, bestimmten negativen Werten und dem Wert null variieren. Der Klarheit halber ist in 22–30 ein Gebiet (R) positiver und reeller Lösung identifiziert, für das dT/dA positiv ist. Außerdem sind die unteren und die oberen Zündfunken- und Drehmomentbeschränkungskurven dargestellt und identifiziert.
  • Obgleich die Implementierung eines inversen Drehmomentmodells zweiter Ordnung in dem inversen APC-Modul 428 und in dem inversen MAP-Modul 430 diskutiert ist, kann das Drehmomentmodell zweiter Ordnung der vorliegenden Offenbarung z. B. ebenfalls auf das Drehmomentschätzmodul 324 angewendet werden, um das geschätzte Drehmoment zu berechnen.

Claims (23)

  1. Maschinensteuersystem, das umfasst: ein Zündfunkenmodul (442, 450), das auf der Grundlage eines gewünschten Zündwinkels einen beschränkten Zündwinkel bestimmt; ein Drehmomentmodul (444, 452), das auf der Grundlage des beschränkten Zündwinkels und eines gewünschten Drehmomentswerts einen beschränkten Drehmomentwert bestimmt; und ein Modul (446, 454) für die inverse Drehmomentberechnung, das auf der Grundlage des beschränkten Drehmomentwerts und des Quadrats des beschränkten Zündwinkels einen gewünschten Maschinenluftwert bestimmt.
  2. Maschinensteuersystem nach Anspruch 1, bei dem der gewünschte Maschinenluftwert eine gewünschte APC oder ein gewünschter MAP ist.
  3. Maschinensteuersystem nach Anspruch 1, bei dem das Modul (446, 454) für die inverse Drehmomentberechnung den gewünschten Maschinenluftwert auf der Grundlage der Quadratwurzel einer Summe einer vierten Potenz des beschränkten Zündwinkels und des beschränkten Drehmomentwerts bestimmt und wobei die Summe größer oder gleich null ist.
  4. Maschinensteuersystem nach Anspruch 1, bei dem das Modul (446, 454) für die inverse Drehmomentberechnung den gewünschten Maschinenluftwert unter Verwendung einer Drehmomentgleichung zweiter Ordnung bestimmt, die definiert ist als: T = KA2·A2 + KA·A + KAS·A·S + KAS2·A·S2 + KS·S + KS2·S2 + KR, wobei A gleich dem gewünschten Maschinenluftwert ist, S gleich dem beschränkten Zündwinkel ist, T gleich dem beschränkten Drehmomentwert ist und KA2, KA, KAS, KAS2, KS, KS2 und KR vorgegebene Drehmomentempfindlichkeitskonstanten sind, die auf einer Maschinenstellgliedstellung beruhen.
  5. Maschinensteuersystem nach Anspruch 4, bei dem der beschränkte Zündwinkel auf der Grundlage einer Anzahl von Polen des Zündwinkels, bei denen die Ableitung des beschränkten Drehmomentwerts T nach dem gewünschten Maschinenluftwert A gleich null ist, bestimmt wird und wobei die Anzahl der Pole des Zündwinkels auf der Grundlage der Drehmomentempfindlichkeitskonstanten bestimmt wird.
  6. Maschinensteuersystem nach Anspruch 4, bei dem der beschränkte Drehmomentwert auf der Grundlage der Drehmomentempfindlichkeitskonstanten KA2 bestimmt wird.
  7. Maschinensteuersystem nach Anspruch 4, bei dem der gewünschte Maschinenluftwert MAP ist und bei dem die Drehmomentempfindlichkeitskonstante KA2 gleich null ist.
  8. Maschinensteuersystem nach Anspruch 4, bei dem die Drehmomentempfindlichkeitskonstante KA größer als null ist.
  9. Maschinensteuersystem nach Anspruch 4, bei dem die vorgegebenen Drehmomentempfindlichkeitskonstanten auf einer aus einer Gruppe beruhen, die einen Nockenphasenstellerwinkel, ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis, eine Öltemperatur, eine Anzahl der gegenwärtig mit Kraftstoff beaufschlagten Zylinder, einen Dualimpulsmodus und einen Ethanoläquivalenzmodus enthält.
  10. Maschinensteuersystem nach Anspruch 4, das ferner ein Drehmomentschätzmodul (324) umfasst, das unter Verwendung der Drehmomentgleichung zweiter Ordnung ein geschätztes Maschinendrehmoment bestimmt, wobei A gleich einem gemessenen Maschinenluftwert ist und S gleich dem gewünschten Zündwinkel ist.
  11. Maschinensteuersystem nach Anspruch 1, das ferner ein inverses MAP-Modul (430) umfasst, das auf der Grundlage des beschränkten Drehmomentwerts und des Quadrats des beschränkten Zündwinkels einen gewünschten MAP-Wert bestimmt, wobei das Modul (446, 454) für die inverse Drehmomentberechnung einen gewünschten APC-Wert bestimmt.
  12. Verfahren, das umfasst: Bestimmen eines beschränkten Zündwinkels auf der Grundlage eines gewünschten Zündwinkels; Bestimmen eines beschränkten Drehmomentwerts auf der Grundlage des beschränkten Zündwinkels und eines gewünschten Drehmomentwerts; und Bestimmen eines gewünschten Maschinenluftwerts auf der Grundlage des beschränkten Drehmomentwerts und des Quadrats des beschränkten Zündwinkels.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der gewünschte Maschinenluftwert eine gewünschte APC oder ein gewünschter MAP ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Bestimmen des beschränkten Zündwinkels das Bestimmen des beschränkten Zündwinkels auf der Grundlage einer Anzahl von Polen des Zündwinkels enthält, bei denen die Ableitung des beschränkten Drehmomentwerts T nach dem gewünschten Maschinenluftwert A gleich null ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Bestimmen des gewünschten Maschinenluftwerts das Bestimmen der Quadratwurzel einer Summe einer vierten Potenz des beschränkten Zündwinkels und des beschränkten Drehmomentwerts enthält, wobei die Summe größer oder gleich null ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Bestimmen des gewünschten Maschinenluftwerts das Bestimmen des gewünschten Maschinenluftwerts unter Verwendung einer Drehmomentgleichung zweiter Ordnung enthält, die definiert ist als: T = KA2·A2 + KA·A + KAS·A·S + KAS2·A·S2 + KS·S + KS2·S2 + KR, wobei A gleich dem gewünschten Maschinenluftwert ist, S gleich dem beschränkten Zündwinkel ist, T gleich dem beschränkten Drehmomentwert ist und KA2, KA, KAS, KAS2, KS, KS2 und KR vorgegebene Drehmomentempfindlichkeitskonstanten sind, die auf einer Maschinenstellgliedstellung beruhen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner das Bestimmen einer Anzahl von Polen des Zündwinkels, bei denen die Ableitung des beschränkten Drehmomentwerts T nach dem gewünschten Maschinenluftwert A gleich null ist, auf der Grundlage der Drehmomentempfindlichkeitskonstanten umfasst, wobei das Bestimmen des beschränkten Zündwinkels das Bestimmen des beschränkten Zündwinkels auf der Grundlage der Anzahl der Pole des Zündwinkels enthält.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Bestimmen des beschränkten Drehmomentwerts das Bestimmen des beschränkten Drehmomentwerts auf der Grundlage der Drehmomentempfindlichkeitskonstanten KA2 enthält.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der gewünschte Maschinenluftwert der MAP ist und die Drehmomentempfindlichkeitskonstante KA2 gleich null ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Drehmomentempfindlichkeitskonstante KA größer als null ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die mehreren gewünschten Maschinenstellgliedstellungen eine aus einer Gruppe enthalten, die Einlass- und Auslassnocken-Phasenstellerwinkel, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, eine Öltemperatur, eine Anzahl der gegenwärtig mit Kraftstoff beaufschlagten Zylinder, einen Dualimpulsmodus und einen Ethanoläquivalenzmodus enthält.
  22. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner das Bestimmen eines geschätzten Maschinendrehmoments unter Verwendung der Drehmomentgleichung zweiter Ordnung umfasst, wobei A gleich einem gemessenen Maschinenluftwert ist und S gleich dem gewünschten Zündwinkel ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Bestimmen eines gewünschten MAP-Werts auf der Grundlage des beschränkten Drehmomentwerts und des Quadrats des beschränkten Zündwinkels umfasst, und wobei der gewünschte Maschinenluftwert ein gewünschter APC-Wert ist.
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