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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft die Adaption eines Verlustmomentes bzw. eines
Schleppmomentes eines Antriebsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors,
wobei insbesondere die Temperaturabhängigkeit des modellierten Schlepp-
bzw. Verlustmomentes berücksichtigt
wird.
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Stand der Technik
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Zum
Betreiben von herkömmlichen
Motorsystemen ist es notwendig, das Schleppmoment des Antriebsmotors
bzw. die Verlustmomente der Nebenaggregate zu bestimmen. Dies erfolgt überlicherweise
mit Hilfe von geeigneten Funktionen z. B. in Form von Kennlinien
bzw. Kennfeldern, die abhängig
von Zustandsgrößen des
Verbrennungsmotors, die den Betriebspunkt bestimmen, das Schleppmoment
des Verbrennungsmotors bzw. die Verlustmomente der Nebenaggregate
angeben. Um über
die Lebensdauer des Motorsystems auftretende Abweichungen der in
den Kennlinien bzw. Kennfeldern angegebenen Momentengrößen zu kompensieren,
werden die entsprechenden Momentenwerte in der Regel permanent adaptiert.
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Die
Adaption des Schleppmoments bzw. der Verlustmomente erfolgt mit
Hilfe einer Leerlaufregelung, die im Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors die
Drehzahl des Verbrennungsmotors auf eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl
einstellt. Die Leerlaufregelung enthält einen I-Anteil, dessen eingeschwungener
Wert sich für
die Ermittlung eines Korrekturwertes zur Adaption des Schleppmomentes
bzw. der Verlustmomente besonders eignet.
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Um
nicht vorhersehbare Störeinflüsse z. B. aufgrund
von Viskositätsunterschieden
des verwendeten Motoröls,
unterschiedlichen Temperaturausdehnungen von Motorteilen und dergleichen
nicht zu fehlerhaften Adaptionen führen zu lassen, erfolgt die Adaption
des Schleppmoments bzw. der Verlustmomente bislang nur bei Betriebstemperatur
des Verbrennungsmotors, d. h. in einem Temperaturbereich eines warmgelaufenen
Antriebsmotors. Die bei Betriebstemperatur adaptierten Werte des
Schleppmomentes bzw. der Verlustmomente werden jedoch im gesamten
Temperaturbereich und auch im Nichtleerlaufbetrieb verwendet.
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Das
Kennfeld für
das Verlustmoment des Verbrennungsmotors kann ebenfalls die Motor-
bzw. die Öltemperatur
berücksichtigen,
so dass während des
Motorwarmlaufens die Abweichung des gerechneten zum tatsächlichen
Verlustmoment verringert werden kann. Somit kann auch bei niedrigen
Motor- bzw. Öltemperaturen
das Schleppmoment oder das Verlustmoment bereitgestellt werden.
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Die
Adaption erfolgt in der Regel durch Beaufschlagen des sich aus dem
Kennfeld ergebenden Wertes des Schleppmoments bzw. des Verlustmoments
an den momentanen Betrieb z. B. durch Addition eines Korrekturwertes.
Dies hat jedoch den Nachteil, dass verschiedene Abweichungen bei
verschiedenen Temperaturen mit Hilfe des Korrekturwertes nicht sinnvoll
berücksichtigt
werden können. Im
Extremfall kann es beispielsweise vorkommen, dass eine applizierte
Verlustmomentenkennlinie in einem hohen Temperaturbereich ein niedrigeres
Moment als das tatsächliche
Schleppmoment bzw. Verlustmoment und in einem niedrigeren Temperaturbereich
ein höheres
Moment als das tatsächliche Schleppmoment
bzw. Verlustmoment angibt. Die Beaufschlagung der Kennlinie mit
einem Korrekturwert kann also in einem Temperaturbereich der Kennlinie zu
einer Vergrößerung der
Abweichung führen.
Da die Adaption vorzugsweise bei einem betriebswarmen Verbrennungsmotor
durchgeführt
wird, wird insbesondere das aus der Adaption resultierende Schleppmoment
bzw. Verlustmoment bei einem kalten Verbrennungsmotor stark von
den tatsächlichen Verlustmomenten
abweichen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Verfügung
zu stellen, mit denen die Adaption der Verlustmomente in verbes serter
Weise, insbesondere unter Berücksichtigung
der Temperaturabhängigkeit
der Änderungen
des Schleppmoments bzw. des Verlustmoments, über die Lebensdauer des Motorsystems
durchgeführt
werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren zum Adaptieren eines Schleppmomentes
bzw. eines Verlustmomentes eines Antriebsmotors gemäß Anspruch
1 sowie durch die Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch
gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Adaptieren eines Schleppmoments
oder eines Verlustmoments eines Antriebmotors, insbesondere eines
Verbrennungsmotors, vorgesehen. Das Verfahren umfasst folgenden
Schritte:
- – Bereitstellen
einer Referenz-Funktion, um das Schleppmoment bzw. das Verlustmoment
des Antriebmotors abhängig
von einem Betriebsunkt darzustellen;
- – Bereitstellen
eines Korrekturwerts abhängig
von einem momentanen Betriebspunkt des Antriebsmotors;
- – Beaufschlagen
eines durch die Referenz-Funktion an dem momentanen Betriebspunkt
definierten Schleppmoments bzw. Verlustmoments des Antriebsmotors
mit dem Korrekturwert.
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Eine
Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Adaption des
Schleppmoments bzw. des Verlustmoments temperaturabhängig durchzuführen. D.
h. der Korrekturwert, mit dem der momentane betriebspunktabhängige Wert
des Schleppmoments bzw. des Verlustmoments beaufschlagt wird, wird
gemäß einem
Betriebspunkt bestimmt bzw. bereitgestellt. Auf diese Weise kann
die applizierte Kennlinie genauer an das tatsächliche Schleppmoment bzw.
Verlustmoment bei dem entsprechenden Betriebspunkt angepasst werden.
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Insbesondere
kann das Bereitstellen des Korrekturwerts abhängig davon durchgeführt werden,
in welchem Betriebspunktbereich der Betriebspunkt liegt, wobei der
Betriebspunktbereich einen Wertebereich für Betriebspunkte angibt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann das Beaufschlagen des durch den momentanen Betriebspunkt definierten
Schleppmoments bzw. Verlustmoments des Antriebsmotors durch Addition
oder Multiplikation des Korrekturwerts durchgeführt werden.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Referenz-Funktion das Schleppmoment
oder das Verlustmoment eines neuen Antriebsmotors oder Referenz-Antriebsmotors
abhängig
von einem Betriebspunkt darstellt.
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Weiterhin
kann der Betriebspunkt durch eine Motortemperatur oder durch eine Öltemperatur
definiert werden. Auch kann der Korrekturwert für einen Betriebspunkt bzw.
Betriebsbereich abhängig
von einem Integratoranteil eines Drehzahlreglers ermittelt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Adaptieren eines Schleppmoments oder
eines Verlustmoments eines Antriebsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors,
vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst:
- – einen
Funktionsblock zum Bereitstellen einer Referenz-Funktion, um das
Schleppmoment bzw. das Verlustmoment des Antriebsmotors abhängig von
einem Betriebspunkt darzustellen;
- – eine
Speichereinheit zum Bereitstellen eines Korrekturwerts abhängig von
einem momentanen Betriebspunkt des Antriebsmotors; und
- – eine
Adaptionseinheit zum Beaufschlagen eines durch die Referenz-Funktion an dem momentanen
Betriebspunkt definierten Schleppmoments bzw. Verlustmoments des
Antriebsmotors mit dem Korrekturwert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das einen Programmcode
enthält,
der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird,
das obige Verfahren ausführt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen
werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm zur Darstellung eines Motorsystems; und
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2 ein
Diagramm zur Veranschaulichung einer Kennlinie für ein appliziertes Verlustmoment über einer
Motor- bzw. Öltemperatur
im Vergleich zu dem tatsächlichen
Verlustmomentenverlauf über
der Motortemperatur bzw. der Öltemperatur.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt
ein Motorsystem 1 mit einem Antriebsmotor 2, insbesondere
einem Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor 2 ist im
gezeigten Ausführungsbeispiel
als Diesel- oder Ottomotor ausgebildet. Der Verbrennungsmotor 2 wird
mit Hilfe eines Motorsteuergerätes 3 angesteuert.
Das Motorsteuergerät 3 empfängt dazu
eine vorgegebene Momentenanforderung M und setzt diese in Ansteuersignale
AS um, um den Verbrennungsmotor 2 anzusteuern. Die Ansteuersignale
können
beispielsweise Signale zum Einstellen einer Drosselklappe, Signale zum
Festlegen eines Einspritzzeitpunkts und einer Einspritzdauer, Signale
zum Bestimmen eines Zündzeitpunktes
(bei Ottomotoren) und dergleichen entsprechen. Die Ansteuersignale
AS für
den Verbrennungsmotor 2 werden betriebspunktabhängig in
dem Motorsteuergerät 3 ermittelt,
wozu das Motorsteuergerät 3 Betriebsgrößen BG von
dem Verbrennungsmotor 2 empfängt. Die Betriebsgrößen können z.
B. Sensorgrößen wie
z. B. ein Drehzahlsignal, eine Angabe über einen Luftmassenstrom in
einen Luftzuführungsabschnitt
des Verbrennungsmotors 2, einen Lambdawert und dergleichen
umfassen.
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Erreicht
die Momentenanforderung M einen unteren Schwellenwert, kann eine
Leerlaufdrehzahlregelung in dem Motorsteuergerät 3 aktiviert werden, die
mit Hilfe eines Leerlaufdrehzahlreglers 4 ausgeführt wird.
Der Leerlaufdrehzahlregler 4 regelt die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 auf
eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl durch Vorgabe einer Angabe eines
entsprechenden Stellmoments, die in entsprechende Ansteuergrößen AS zur
Realisierung des Stellmoments durch den Verbrennungsmotor 2 umgesetzt
wird. Der Leerlaufdrehzahlregler 4 umfasst einen PID-Regler
mit einem P-Block 5, der einen Proportionalanteil einer
Stellgröße berechnet,
einen D-Block 6, der einen differenziellen Anteil der Stellgröße berechnet,
und einen I-Block 7, der einen Integralanteil der Stellgröße berechnet.
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Die
Parameter (Proportionalitätskonstante, Integrationskonstante
usw.) der Leerlaufdrehzahlregelung des Leerlaufdrehzahlreglers 4 sind
an den Verbrennungs motor 2 per Werkseinstellung angepasst.
Die Parameter sind an den Verbrennungsmotor im Neuzustand bzw. an
einen Referenz-Verbrennungsmotor angepasst, wobei dessen Schleppmoment
bzw. dessen Verlustmoment berücksichtigt sind.
Im Idealfall ergibt sich bei einem betriebswarmen Verbrennungsmotor
bei aktiver Leerlaufregelung im eingeschwungenen Betrieb ein Integratoranteil
von Null oder nahe Null. Das Schleppmoment des Verbrennungsmotors 2 entspricht
einem Moment, das durch Reibungskräfte, Kompressionskräfte und dergleichen
von dem Verbrennungsmotor 2 bei einem Schleppen des Verbrennungsmotors 2 bewirkt wird
und dem Antriebsmoment entgegenwirkt.
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Weichen
das Schleppmoment bzw. die Verlustmomente in dem Verbrennungsmotor 2 von
denen des Neu-Verbrennungsmotors bzw. des Referenz-Verbrennungsmotors
ab, z. B. aufgrund von Alterung, geänderter Ölsorte, Ablagerungen und dergleichen,
so wird der veränderte
Wert des Schleppmoments bzw. des Verlustmoments durch den Leerlaufdrehzahlregler 4 ausgeglichen.
Dazu kann der Integratoranteil des Leerlaufdrehzahlreglers 4 für die Stellgröße verwendet
werden. Der Integratoranteil der Stellgröße wird dann zur Ermittlung
eines Korrekturwertes für
die Adaption des Schleppmomentes bzw. des Verlustmomentes berücksichtigt.
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Das
Schleppmoment bzw. das Verlustmoment des Verbrennungsmotors 2 ist
eine Größe, die zudem
verschiedenen Komponenten des Motorsystems 1 bereitgestellt
werden kann. Insbesondere eine Getriebesteuerung 8 fordert
zum genauen Schalten zwischen Schaltstufen eines Getriebes die Kenntnis
des vom Motor bereitgestellten Abtriebsmoments, was eine Kenntnis
des Schleppmoments bzw. des Verlustmoments des Verbrennungsmotors 2 erfordert.
Die Adaptionen von Verlustmomenten für Verbrennungsmotoren sind
daher insbesondere für Getriebesteuergeräte und andere
Aggregate notwendig.
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Zum
Bereitstellen eines adaptierten Schleppmoments bzw. eines adaptierten
Verlustmomentes ist eine Adaptionseinheit 9 vorgesehen,
die im gezeigten Ausführungsbeispiel
außerhalb
des Motorsteuergeräts 3 angeordnet
ist, jedoch auch in dem Motorsteuergerät 3 implementiert
sein kann. Die Adaptionseinheit 9 stellt den modellierten
Wert des Verlustmoments MVerlust_app dem
Motorsteuergerät 3 zur
Verfügung.
Das Motorsteuergerät 3 errechnet
mit Hilfe des modellierten Ver lustmoments ein effektives Motormoment
(wirksames Motormoment an der Kurbelwelle) und stellt dieses der
Getriebesteuereinheit 8 zur Verfügung.
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Die
Adaptionseinheit 9 umfasst einen Verlustmomenten-Funktionsblock 20,
der eine Verlustmomenten-Funktion in Form einer Verlustmomentenkennlinie
MVerlust_app bereitstellt. Die Verlustmomenten-Funktion
MVerlust_app gibt den Verlauf des Schleppmomentes
bzw. des Verlustmomentes für
einen Neu-Verbrennungsmotor bzw. für einen Referenz-Verbrennungsmotor über einer
Temperatur an. Die Verlustmomentenkennlinie ist durch Werkseinstellungen
appliziert und kann entweder als Look-up-Tabelle oder als mathematische
Funktion oder als physikalisches Modell in dem Verlustmomenten-Funktionsblock 20 gespeichert
sein. In 2 ist mit der Kurve des modellierten
Verlustmoments ein Beispiel für
eine applizierte Verlustmomentenkennlinie MVerlust_app dargestellt.
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Die
Temperatur, abhängig
von der das Schleppmoment bzw. das Verlustmoment bereitgestellt
wird, entspricht einer Motortemperatur bzw. einer Öltemperatur,
die die Adaptionseinheit 9 von einem mit dem Verbrennungsmotor 2 gekoppelten Temperatursensor 10 erhält.
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Die
Adaptionseinheit 9 adaptiert die Verlustmomentenkennlinie
permanent, periodisch oder zu vorgegebenen Zeitpunkten abhängig von
dem Integrationsanteil des Leerlaufdrehzahlreglers 4. Dazu wird
abhängig
von dem Integrationsanteil des Leerlaufdrehzahlreglers 4 ein
Korrekturwert KW ermittelt, der in geeigneter Weise in einer Speichereinheit 11 der
Adaptionseinheit 9 gespeichert wird. Dies ist möglich, da
der Integratoranteil eines Reglers in der Regel systematische Regelabweichungen
auffängt, so
dass eine Korrektur einer Eingangsgröße, d. h. der Sollgröße oder
der Istgröße des Reglers,
den Integratoranteil auf Null zurücksetzt.
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In 2 ist
mit Kurve K2 eine tatsächliche Verlustmomentenkennlinie
MVerlust_akt eines beispielhaften Verbrennungsmotors 2 dargestellt.
Man erkennt, dass bei niedrigen Motortemperaturen tmot die tatsächlichen
Verlustmomente M niedriger sind als die durch die applizierte Verlustmomentenkennlinie MVerlust_app des Verlustmomenten-Funktionsblocks 20 der
Adaptionseinheit 9 angegebenen Verlustmomente M. Bei höheren Temperaturen
sind hingegen die durch das Ver lustmomentenmodell angegebenen Verlustmomente
niedriger als die tatsächlichen
Verlustmomente MVerlust_akt.
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Um
die unterschiedlichen Verläufe
des tatsächlichen
Verlustmomentes MVerlust_akt und des Verlustmomentenmodells
aneinander anzupassen, ist ein einzelner Korrekturwert KW, mit dem
die Kennlinie des Verlustmomentenmodells beaufschlagt wird, nicht
geeignet. Es wird daher vorgesehen, Korrekturwerte KW für verschiedene
Temperaturen tmot in der Speichereinheit 11 zu speichern,
je nach aktueller Motortemperatur bzw. Öltemperatur des Verbrennungsmotors 2 den
entsprechenden Korrekturwert aus der Speichereinheit 11 auszulesen
und das Verlustmoment, das sich aus der Verlustmomentenfunktion
bei der aktuellen Motortemperatur bzw. Öltemperatur ergibt, mit dem
Korrekturwert zu beaufschlagen. Der Korrekturwert KW, der in der
Speichereinheit 11 gespeichert wird, kann ein additiver
Korrekturwert sein, der auf das durch das Modell vorgegebene Verlustmoment
addiert wird. Alternativ kann auch ein multiplikativer Korrekturfaktor
vorgesehen werden, der mit dem durch das Verlustmomentmodell angegebenen
Verlustmoment multipliziert wird.
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Die
Adaption erfolgt im Wesentlichen in ähnlicher Weise, wobei der Integratoranteil
des Leerlaufdrehzahlreglers 4 bei der aktuellen Motortemperatur bzw. Öltemperatur
des Verbrennungsmotors 2 nur zu einer Adaption des Korrekturwertes
führt,
der der momentanen Temperatur tmot bzw. einem momentanen Temperaturbereich,
in dem die momentane Temperatur liegt, zugeordnet ist.
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Die
Speichereinheit 11 dient dazu, entweder Korrekturwerte
bei bestimmten Temperaturen zu speichern, d. h. die Adaption bzw.
die Korrektur findet nur bei bestimmten Temperaturen statt, oder
Korrekturwerte für
die der momentanen Temperatur zugeordneten Temperaturbereiche zu
speichern. Die Korrekturwerte können
beispielsweise durch den Integratoranteil des Leerlaufdrehzahlreglers 4 bestimmt werden,
so dass die Integratorwerte als Korrekturwerte zugeordnet zu einem
Temperaturbereich, in dem sich die momentane Motortemperatur bzw.
die momentane Öltemperatur
befindet, in der Speichereinheit 11 gespeichert werden.
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Sind
nun Korrekturwerte KW für
bestimmte Temperaturen tmot gespeichert, so kann die Adaption der
Verlustmomentenfunktion durch Interpolation der Korrek turwerte zwischen
zwei benachbarten Temperaturen, zu denen Korrekturwerte gespeichert sind,
durchgeführt
werden.