DE102009007808A1 - Internal combustion engine operating method, involves shifting Eigen values of model to engine operating points by scaling factor in stable area of numerical solution process, where points are analyzed with respect to calculation stability - Google Patents

Internal combustion engine operating method, involves shifting Eigen values of model to engine operating points by scaling factor in stable area of numerical solution process, where points are analyzed with respect to calculation stability Download PDF

Info

Publication number
DE102009007808A1
DE102009007808A1 DE102009007808A DE102009007808A DE102009007808A1 DE 102009007808 A1 DE102009007808 A1 DE 102009007808A1 DE 102009007808 A DE102009007808 A DE 102009007808A DE 102009007808 A DE102009007808 A DE 102009007808A DE 102009007808 A1 DE102009007808 A1 DE 102009007808A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
combustion engine
internal combustion
model
numerical solution
scaling factor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102009007808A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102009007808B4 (en
Inventor
Robert Beckmann
Elmar Dr.Rer.Nat. Millich
Wolfgang Dr.-Ing. Drewelow
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr filed Critical IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority to DE102009007808.8A priority Critical patent/DE102009007808B4/en
Publication of DE102009007808A1 publication Critical patent/DE102009007808A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102009007808B4 publication Critical patent/DE102009007808B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1413—Controller structures or design
    • F02D2041/1429—Linearisation, i.e. using a feedback law such that the system evolves as a linear one
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1433—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a model or simulation of the system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F02D2200/0402—Engine intake system parameters the parameter being determined by using a model of the engine intake or its components
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

The method involves providing a model of an internal combustion engine for controlling and regulating the combustion engine. The model is calculated by a numerical solution process with a fixed increment, and Eigen values of the linearized model are shifted to operating points of the combustion engine by a scaling factor in a stable area of the numerical solution process. The operating points are analyzed with respect to the stability of the calculation, and a determination is made that whether the numerical solution process is stable based on estimation of stability criteria.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.The The present invention relates to a method of operating an internal combustion engine with the features of claim 1.

Es ist allgemein bekannt, der Steuerung und Regelung einer Verbrennungskraftmaschine physikalische Modellansätze zu Grunde zu legen, die mit numerischen Lösungsverfahren berechnet werden. Beispielsweise kann die so genannte Füll- und Entleermethode zur Beschreibung des Ansaug- und Abgassystems einer Verbrennungskraftmaschine herangezogen werden. Bei derartigen physikalischen Ansätzen handelt es sich allgemein um nichtlineare zeitkontinuierliche Modelle. Diese Modelle haben von Arbeitspunkt zu Arbeitspunkt eine verschiedene Dynamik und Bandbreite. Verfügt die zu Grunde liegende Verbrennungskraftmaschine beispielsweise über eine in der Ansauganlage angeordnete Drosselklappe zur Einstellung der den Zylindern zuzuführenden Frischluftmasse und ist die Drosselklappe nahezu geschlossen, ändert sich das Druckverhältnis über der Drosselklappe nur sehr langsam, da sich nur ein geringer Massenstrom über der Drosselklappe ausbildet. Ist dem hingegen die Drosselklappe weit geöffnet, kann sich ein großer Massenstrom über der Drosselklappe ausbilden, wodurch sich das Druckverhältnis sehr schnell ändert. Mit anderen Worten ist bei vollständig geöffneter Drosselklappe das Druckverhältnis über der Drosselklappe praktisch eins und die Behälter vor und hinter der Drosselklappe wirken wie ein einziger Behälter. Derartige Effekte können auch bei einer Verbrennungskraftmaschine auftreten, die über einen Abgasturbolader verfügt, wobei sich ebenfalls große Massenströme über dem Verdichter beziehungsweise der Turbine ausbilden und die Behälter vor und hinter dem Verdichter oder der Turbine wie ein einziger Behälter wirken. Zur Berechnung langsamer Ausgleichsvorgänge genügen große Integrationsschrittweiten, wohingegen schnelle Zustandsänderungen kleine Schrittweiten erfordern. Mit anderen Worten kommt es zwischen den zwei Behältern zu sehr schnellen Druckänderungen, für deren Berechnung eine bestimmte feste Schrittweite unter Umständen nicht genügt. Da die zwei genannten Drosselklappenszenarien beziehungsweise Massenstromänderungen über dem Verdichter und der Turbine im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine permanent auftreten, kann zur Berechnung des jeweiligen Mo dells ein numerisches Lösungsverfahren mit variabler Schrittweite eingesetzt werden. Dieses ist in der Lage, die Integrationsschrittweite während der Berechnung an das zu berechnende Modell anzupassen. Als Alternative kann ein Verfahren mit einer festen Schrittweite eingesetzt werden, wobei diese so klein zu wählen ist, dass die schnellen Ausgleichsvorgänge stabil berechnet werden können. Das bedeutet jedoch, dass die Berechnung des Modells je nach Bandbreite des Modells vergleichsweise viel Rechenzeit konsumiert. Während die Wahl des Berechnungsverfahrens in einer Entwicklungsumgebung noch relativ frei ist, ist sie das bei einer Implementierung in dem Steuergerät einer Verbrennungskraftmaschine nicht. Hier kann nicht gewartet werden, bis das Verfahren eine Lösung in einem sehr steifen Dynamikbereich berechnet hat. Vielmehr muss zu definierten Zeitpunkten die Lösung vorliegen. Aus diesem Grund ist die Integrationsschrittweite im Steuergerät festgelegt. Für die Berechnung des Ansaugsystems ist beispielsweise eine Schrittweite von 10 ms vorgesehen. Unter den Verfahren mit einer festen Schrittweite gibt es zahlreiche Methoden, die sich hinsichtlich ihres Konvergenz- und Stabilitätsverhaltens zum Teil deutlich unterscheiden. Aufwendige Verfahren besitzen bei gleicher Schrittweite häufig ein besseres Stabilitätsverhalten als einfache Ansätze, benötigen dafür jedoch auch mehr Rechenschritte und damit mehr Rechenzeit. Da diese im Steuergerät einer Verbrennungskraftmaschine sehr begrenzt ist, ist es erforderlich, ein einfaches numerisches Verfahren zur näherungsweisen Lösung zu nutzen, beispielsweise das so genannte Euler-Verfahren zur numerischen Lösung von Differentialgleichungssystemen. Praktische Versuche haben jedoch gezeigt, dass, wenn bei einem in einer Entwicklungsumgebung implementierten Modell einer Verbrennungskraftmaschine das Lösungsverfahren von einem Verfahren mit variabler Schrittweite auf das Euler-Verfahren mit einer festen Integrationsschrittweite von 10 ms gewechselt wird, die Simulation in den meisten der Arbeitspunkte instabil ist.It is well known, the control of an internal combustion engine based on physical model approaches that with numerical solution method can be calculated. For example can the so-called filling and emptying method for description used the intake and exhaust system of an internal combustion engine become. In such physical approaches is they are generally nonlinear time-continuous models. These Models have a different one from operating point to working point Dynamics and bandwidth. Has the underlying Internal combustion engine, for example, a in the Intake system arranged throttle valve for adjusting the cylinders supplied fresh air mass and is the throttle almost closed, the pressure ratio changes over the throttle only very slowly, since only a small mass flow over the throttle valve is formed. Is this, however, the throttle wide open, a large mass flow can over forming the throttle, causing the pressure ratio changes very fast. In other words, when fully open Throttle the pressure ratio across the throttle practically one and the containers in front of and behind the throttle act like a single container. Such effects can also occur in an internal combustion engine, over has an exhaust gas turbocharger, which also large Mass flows over the compressor or train the turbine and the containers in front of and behind the Compressor or the turbine act as a single container. To calculate slow compensation procedures suffice large integration step sizes, whereas fast state changes require small increments. In other words it comes between the two containers to very fast pressure changes, for their calculation a certain fixed step size may not be enough. Because the two mentioned throttle valve scenarios or mass flow changes over the Compressor and the turbine in the operation of the internal combustion engine permanently occurring, can be used to calculate the respective model a numerical solution method with variable step size be used. This is capable of the integration step size during the calculation to the model to be calculated. As an alternative, a method with a fixed step size be used, this being so small to choose that the fast compensation processes are calculated stably can be. However, that means that the calculation of the model comparatively much depending on the bandwidth of the model Computer time consumed. While choosing the calculation method is relatively free in a development environment, that's it in an implementation in the control unit of an internal combustion engine Not. Here can not be waited until the procedure is a solution calculated in a very stiff dynamic range. Rather, it must the solution is available at defined times. For this The reason is the integration step size defined in the control unit. For the calculation of the intake system is, for example a step size of 10 ms provided. Among the procedures with There are numerous methods that can be used in a fixed increment in terms of their convergence and stability behavior partly clearly different. Elaborate procedures have the same Increment often a better stability behavior as simple approaches, need for it but also more calculation steps and thus more computing time. This one very limited in the control unit of an internal combustion engine is, it is necessary to use a simple numerical method for to use an approximate solution, for example the so-called Euler method for numerical solution of differential equation systems. Practical experiments, however, have shown that when implemented in one in a development environment Model of an internal combustion engine the solution method from a variable step method to the Euler method with a fixed integration increment of 10 ms, the simulation is unstable in most of the operating points.

Aufgabetask

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für den Betrieb beziehungsweise die Steuerung und Regelung einer Verbrennungskraftmaschine ein Verfahren zur stabilen Berechnung eines linearisierten Modells einer Verbrennungskraftmaschine mittels eines numerischen Lösungsverfahrens mit einer festen Schrittweite bereitzustellen, so dass auch in Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine, in denen zwei über eine Trennstelle wie beispielsweise eine Drosselklappe, ein Turbinen- oder ein Verdichterrad miteinander verbundene Behälter wie ein einziger Behälter wirken, das jeweilige Modell sicher mittels eines gängigen Steuergerätes berechnet werden kann.It is the object of the present invention, for the operation or the control and regulation of an internal combustion engine a method for the stable calculation of a linearized model of a Internal combustion engine by means of a numerical solution method to provide with a fixed increment so that even at operating points the internal combustion engine, in which two over a separation point such as a throttle, a turbine or a compressor wheel interconnected containers as a single container act, the respective model safely by means of a common Control unit can be calculated.

Lösungsolution

Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung dadurch gelöst, dass zur stabilen Berechnung eines zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine dienenden Modells einer Verbrennungskraftmaschine mittels eines numerischen Lösungsverfahrens mit einer festen Schrittweite sämtliche Eigenwerte des linearisierten Modells in Arbeitspunkten der Verbrennungskraftmaschine, die hinsichtlich der Stabilität der Berechnung kritisch sind, in einen stabilen Bereich des numerischen Lösungsverfahrens verschoben werden. Die Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, dass die Eigenwerte eines linearisierten Modells beziehungsweise eines linearisierten Systems, bestehend aus zwei durch eine Trennstelle gekoppelten Behältern insbesondere durch den durch die Trennstelle erzeugten Eigenwertbeitrag bestimmt werden. Eine Trennstelle zwischen zwei Behältern ist dabei bevorzugt eine Drosselklappe oder ein Verdichter in der Ansaugleitung oder eine Turbine in der Abgasleitung einer Verbrennungskraftmaschine. Eine Entscheidung, ob das numerische Lösungsverfahren stabil ist, erfolgt bevorzugt anhand einer Untersuchung des Stabilitätskriteriums für zeitdiskrete Systeme in Zustandsdarstellung, wie im Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist. Im Sinne der vorliegenden Erfindung entspricht der insbesondere von dem Massenstrom über eine Trennstelle zwischen zwei Behältern erzeugte Eigenwertbeitrag mindestens einem Eigenwertbeitrag mehrerer möglicher Eigenwertbeiträge der Systemmatrix eines linearen Differentialgleichungssystems, wobei das numerische Lösungsverfahren dann stabil arbeitet, wenn alle Eigenwerte der Systemmatrix eine von der Schrittweite des numerischen Lösungsverfahrens abhängige Bedingung erfüllen. Das Differentialgleichungssystem beschreibt dabei zumindest ein Teilmodell einer Verbrennungskraftmaschine und die Systemmatrix wird durch Linearisierung des zu Grunde liegenden Differentialgleichungssystems gebildet, wie im Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist. Die Verschiebung von mindestens einem Eigenwert, der insbesondere durch den Eigenwertbeitrag des Massenstroms über eine Trennstelle zwischen zwei Behältern bestimmt ist, in einen stabilen Bereich erfolgt erfindungsgemäß mittels eines Skalierungsfaktors. Insbesondere beschreibt der Skalierungsfaktor einen Korrekturmassen strom. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird der Skalierungsfaktor als Funktion des Eigenwertbeitrages des Massenstromes über die jeweilige Trennstelle gewählt, wobei in einer besonders vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung das Kriterium dabei ist, dass der Eigenwertbeitrag gleich einem Grenzwert ist, wobei nur dann in das zugrunde liegende Modell eingegriffen wird, wenn der Eigenwertbeitrag des Massenstroms über die jeweilige Trennstelle kleiner als dieser Grenzwert ist.This object is achieved by the present invention in that for stable calculation ei For example, with a fixed pitch numerical solution method for operating an internal combustion engine, all eigenvalues of the linearized model in operating points of the internal combustion engine critical to the stability of the calculation are shifted to a stable range of the numerical solution method. The invention is based on the recognition that the eigenvalues of a linearized model or a linearized system consisting of two containers coupled by a separation point are determined in particular by the eigenvalue contribution generated by the separation point. A separation point between two containers is preferably a throttle valve or a compressor in the intake line or a turbine in the exhaust pipe of an internal combustion engine. A decision as to whether the numerical solution method is stable is preferably made on the basis of an examination of the stability criterion for time-discrete systems in a state representation, as described in greater detail in the exemplary embodiment. For the purposes of the present invention, the eigenvalue contribution produced in particular by the mass flow via a separation point between two containers corresponds to at least one eigenvalue contribution of several possible eigenvalue contributions of the system matrix of a linear differential equation system, the numerical solution method then operating stably if all eigenvalues of the system matrix are one of the increment of the numerical value Solution method dependent condition. The differential equation system describes at least a partial model of an internal combustion engine and the system matrix is formed by linearization of the underlying differential equation system, as described in more detail in the exemplary embodiment. The displacement of at least one eigenvalue, which is determined in particular by the eigenvalue contribution of the mass flow via a separation point between two containers, into a stable region is effected according to the invention by means of a scaling factor. In particular, the scaling factor describes a correction mass flow. In one embodiment of the present invention, the scaling factor is selected as a function of the eigenvalue contribution of the mass flow over the respective separation point, wherein in a particularly advantageous embodiment of the present invention, the criterion is that the eigenvalue contribution is equal to a limit value, whereby only in the underlying Model is intervened when the eigenvalue contribution of the mass flow over the respective separation point is smaller than this limit.

Durch die vorliegende Erfindung wird demnach der Vorteil erreicht, dass Modelle zur Beschreibung des Betriebsverhaltens einer Verbrennungskraftmaschine, die insbesondere zur Steuerung und Regelung einer Verbrennungskraftmaschine verwendet werden, mit numerischen Lösungsverfahren, wie dem Euler-Verfahren und einer festen Schrittweite von beispielsweise 10 ms berechnet und in dem Steuergerät einer Verbrennungskraftmaschine echtzeitfähig implementiert werden können. Da kritische Komponenten, wie die Drosselklappe oder der Verdichter in der Ansaugleitung beziehungsweise die Turbine in der Abgasleitung in einigen Arbeitspunkten zu große Eigenwertbeiträge in den umgebenden Zuständen liefern, ist nicht durchgängig eine echtzeitfähige Berechnung der dazugehörigen Modelle, beispielsweise mit dem Euler-Verfahren, möglich. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird ein Ansatz zur Beeinflussung der Dynamik in den betreffenden Volumina und Arbeitspunkten angewendet. Dieser Ansatz erzeugt keinen stationären Fehler und insbesondere bei der Drosselklappe nur einen sehr kleinen dynamischen Fehler. Insgesamt wird mit diesen Maßnahmen ein echtzeitfähiges Modell erstellt, welches keinen zusätzlichen stationären Fehler erzeugt.By the present invention is therefore achieved the advantage that Models for describing the operating behavior of an internal combustion engine, in particular for the control and regulation of an internal combustion engine can be used with numerical solution methods, such as the Euler method and a fixed step size of, for example Calculated 10 ms and in the control unit of an internal combustion engine Real-time capable can be implemented. There critical components, such as the throttle or the compressor in the intake pipe or the turbine in the exhaust pipe in some work points too large own value contributions Deliver in the surrounding states is not consistent a real-time calculation of the associated Models, for example, with the Euler method, possible. According to the invention, an approach to the invention is advantageous Influencing the dynamics in the respective volumes and operating points applied. This approach does not generate a steady state error and especially at the throttle only a very small dynamic Error. Overall, these measures are a real-time Model created, which does not require additional stationary Error generated.

Ausführungsbeispielembodiment

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the present invention are the subsequent embodiment and the dependent To claim.

Hierbei zeigen:in this connection demonstrate:

1: Modell der Ansauganlage einer Verbrennungskraftmaschine, 1 : Model of the intake system of an internal combustion engine,

2: Darstellung der Eigenwerte der Systemmatrix, 2 : Representation of the eigenvalues of the system matrix,

3: Darstellung einer Funktionsstruktur, 3 : Representation of a functional structure,

4: Darstellung eines Details der Funktionsstruktur. 4 : Representation of a detail of the function structure.

Ein allgemein bekannter physikalischer Modellansatz zur Steuerung und Regelung einer Verbrennungskraftmaschine beschreibt die Ansauganlage. Wie in 1 dargestellt, beschreibt ein einfaches Modell der Ansauganlage einen ersten Behälter 1 und einen zweiten Behälter 2, die durch eine Drosselklappe 3 voneinander getrennt sind beziehungsweise durch das Schließen der Drosselklappe 3 voneinander getrennt werden können. Dem Behälter 2 fließt über einen Luftfilter 4 Umgebungsluft m .LF zu, wie durch den Pfeil angedeutet. In dem Behälter 2 herrscht die Temperatur T2i und der Druck p2i und in dem Behälter 1 die Temperatur T1i und der Druck p1i. Vereinfachend wird bei diesem isothermen Modellansatz davon ausgegangen, dass die Temperaturen T1i und T2i in den Behältern 1 und 2 sowie die Umgebungstemperatur gleiche Werte haben und konstant sind. Außerdem wird angenommen, dass die Temperatur T1i, T2i in beiden Behältern 1 und 2 gleich der Temperatur der einströmenden Umgebungsluft ist und es zu keinem Wärmeaustausch mit der Umgebung kommt. Über die Drosselklappe 3 fließt dem Behälter 1 ein Massenstrom m .DK zu. Aus dem Behälter 1 fließt weiterhin ein Massenstrom m .EV zu den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine aus dem Behälter 1 ab. Aufbauend auf dem allgemeinen Gasgesetz kann unter den genannten Annahmen und definierten Größen die Zustandsdifferentialgleichung des Druckes p1i im Behälter 1 als Funktion der Massenströme m .DK und m .EV gemäß Gleichung (1) dargestellt werden.A well-known physical model approach for controlling an internal combustion engine describes the intake system. As in 1 a simple model of the intake system describes a first container 1 and a second container 2 passing through a throttle 3 are separated from each other or by closing the throttle 3 can be separated from each other. The container 2 flows through an air filter 4 Ambient air m. LF to, as indicated by the arrow tet. In the container 2 the temperature T 2i and the pressure p 2i and in the container prevails 1 the temperature T 1i and the pressure p 1i . For simplification, it is assumed in this isothermal model approach that the temperatures T 1i and T 2i in the containers 1 and 2 as well as the ambient temperature have the same values and are constant. In addition, it is assumed that the temperature T 1i , T 2i in both containers 1 and 2 is equal to the temperature of the incoming ambient air and there is no heat exchange with the environment. About the throttle 3 flows to the container 1 a mass flow m. DK too. Out of the container 1 a mass flow m continues to flow. EV to the combustion chambers of the internal combustion engine from the container 1 from. Based on the general gas law can under the assumptions and defined variables, the state differential equation of the pressure p 1i in the container 1 as a function of the mass flows m. DK and m. EV are represented according to equation (1).

Figure 00050001
Figure 00050001

Der Massenstrom m .DK über die Drosselklappe 3 kann wie allgemein bekannt gemäß Gleichung (2) dargestellt werden, wobei A der durchströmten Fläche als Funktion des Drosselklappenwinkels αDK und Ψ der Durchflussfunktion entspricht, welche die Wirkung der Drosselklappe 3 in Abhängigkeit des Druckverhältnisses über der Drosselklappe 3 beschreibt.The mass flow m. DK over the throttle 3 can be represented as generally known according to equation (2), where A is the flow area as a function of the throttle angle α DK and Ψ the flow function corresponds to the effect of the throttle 3 depending on the pressure ratio across the throttle 3 describes.

Figure 00060001
Figure 00060001

Die Herleitung der Durchflussfunktion Ψ ist beispielsweise der Literaturstelle Merker, G. P.; Schwarz, C.; Stiesch, G.: Verbrennungsmotoren. Simulation der Verbrennung und Schadstoffbildung. Teuber, 2004 zu entnehmen.The derivation of the flow function Ψ is for example the reference Markers, GP; Black, C .; Stiesch, G .: internal combustion engines. Simulation of combustion and pollutant formation. Teuber, 2004 refer to.

Der Massenstrom m .EV, der zu den Brennräumen aus dem Behälter 1 abfließt, kann weiterhin gemäß Gleichung (3) beschrieben werden, wobei KMot einer motorspezifischen Konstante mit der Einheit

Figure 00060002
und nMot der Drehzahl der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine entspricht. Die beiden Koeffizienten cEV,1 und cEV,2 beschreiben ferner den im Wesentlichen linearen funktionalen Zusammenhang zwischen dem Druck p1i im Behälter 1 und einer so genannten relativen Füllung, wobei die relative Füllung als Quotient der aktuellen Luftfüllung zu einer Luftfüllung unter bestimmten Normbedingungen, multipliziert mit 100%, beschrieben wird. m .EV = KMot·nMot·(cEV,1·p1i + cEV,2) (3) The mass flow m. EV leading to the combustion chambers from the container 1 can be further described according to equation (3), where K Mot of a motor-specific constant with the unit
Figure 00060002
and n Mot corresponds to the rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine. The two coefficients c EV, 1 and c EV, 2 further describe the substantially linear functional relationship between the pressure p 1i in the container 1 and a so-called relative filling, wherein the relative filling is described as the quotient of the actual air charge to an air charge under certain standard conditions, multiplied by 100%. m. EV = K Mot · n Mot · (C EV, 1 · p 1i + c EV, 2 ) (3)

Zusätzlich wird der Behälter 2 gemäß Gleichung (4) betrachtet.

Figure 00060003
In addition, the container becomes 2 considered according to equation (4).
Figure 00060003

Der Behälter 2 wird über die Drosselklappe 3 entleert und über einen linearen Strömungswiderstand gegen den Druck der Umgebungsluft pUmg abgegrenzt, wobei der Strömungswiderstand als linearisierte Darstellung des Luftfilters 4 gemäß Gleichung (5) interpretiert wird. m .LF = cLF(pUmg – p2i) (5) The container 2 gets over the throttle 3 deflated and delimited by a linear flow resistance to the pressure of the ambient air p Umg , wherein the flow resistance as a linearized representation of the air filter 4 is interpreted according to equation (5). m. LF = c LF (p Umg - p 2i ) (5)

Der Koeffizient cLF beschreibt dabei den Strömungswiderstand, der durch den Luftfilter 4 bedingt ist.The coefficient c LF describes the flow resistance through the air filter 4 is conditional.

Zum weiteren Verständnis wird weiterhin vorerst auf das Euler-Verfahren zur numerischen Lösung von gewöhnlichen Differentialgleichungssystemen erster Ordnung der Form gemäß Gleichung (5.1) eingegangen,

Figure 00070001
das mit der Anfangsbedingung gemäß (5.2)
Figure 00070002
beschrieben werden kann. Dafür werden (5.1) und (5.2) zunächst in die Integralform gemäß (5.3) überführt.For further understanding, the Euler method for the numerical solution of ordinary differential equation systems of the first order of the form according to equation (5.1) will be considered for the time being,
Figure 00070001
that with the initial condition according to (5.2)
Figure 00070002
can be described. For this, (5.1) and (5.2) are first converted into the integral form according to (5.3).

Figure 00070003
Figure 00070003

Die Lösung von (5.3) zum Zeitpunkt t0 + Δt entspricht demnach wie (5.4) in dargestellt.The solution of (5.3) at time t 0 + Δt therefore corresponds to (5.4) in FIG.

Figure 00070004
Figure 00070004

Da der Integrand in vielen Fällen nicht numerisch integrierbar ist, wird angenommen, dass dieser im Intervall [t0, t0 + Δt] für eine genügend kleine Integrationsschrittweite Δt gemäß (5.5) beziehungsweise (5.6) konstant ist. f(x(s)) = f(x0) (5.5)

Figure 00080001
Since the integrand can not be numerically integrated in many cases, it is assumed that it is constant in the interval [t 0 , t 0 + Δt] for a sufficiently small integration step size Δt according to (5.5) or (5.6). f (x (s)) = f (x 0 ) (5.5)
Figure 00080001

Aus der Gleichung für den ersten Schritt (5.6) wird die Rekursionsgleichung (5.7) für die approximierte Lösung von (5.1) und (5.2) im gesamten Intervall [t0, T] abgeleitet. x(ti + tΔ) = x(ti) + Δt·f(x(ti)) (5.7) From the equation for the first step (5.6), the recurrence equation (5.7) for the approximate solution of (5.1) and (5.2) is derived over the entire interval [t 0 , T]. x (t i + tΔ) = x (t i ) + Δt · f (x (t i ) (5.7)

Für eine bessere Übersicht wird im folgenden die Schreibweise gemäß (5.8) verwendet. xi+1 = xi + Δt·f(xi) (5.8) For a better overview, the notation according to (5.8) is used in the following. x i + 1 = x i + Δt · f (x i ) (5.8)

Die Konvergenz des Euler-Verfahrens hängt wesentlich von der gewählten Schrittweite Δt ab. Kommt es innerhalb eines Integrationsschrittes zu ausgeprägten Änderungen in den Zuständen x, ist das Euler-Verfahren nicht in der Lage diese abzubilden. Nicht nur die Konvergenz des Verfahrens, sondern auch die Stabilität hängt von der gewählten Schrittweite Δt ab. Ist die Schrittweite zur Berechnung einer bestimmten Eigenbewegung in (5.1), (5.2) zu groß, kommt es zu einem exponentiellen Wachstum des Verfahrensfehlers und das Euler-Verfahren wird instabil. Die Stabilität des Euler-Verfahrens in Verbindung mit dem zu Grunde liegenden Modell der Verbrennungskraftmaschine wird nur in ausgewählten Arbeitspunkten des Systems nachgewiesen. Ist das Euler-Verfahren in allen am Prüfstand gemessenen Arbeitspunkten stabil und sind diese eng genug gewählt, wird angenommen, dass auch alle Arbeitspunktübergänge stabil berechnet werden können und das Verfahren im interessierenden Arbeitsbereich insgesamt stabil arbeitet. Als Arbeitsbereich wird dabei der von den Arbeitspunkten abgedeckte Raum verstanden. Die Verfahrensstabilität selbst wird anhand des Stabilitätskriteriums für zeitdiskrete Systeme in Zustandsdarstellung untersucht.The Convergence of the Euler method depends essentially on the selected step size .DELTA.t from. It comes within an integration step to pronounced changes in the states x, the Euler method is not in the Able to map these. Not only the convergence of the process, but also the stability depends on the chosen one Step size Δt. Is the step size for the calculation a certain proper motion in (5.1), (5.2) too big, there is an exponential growth of the procedural error and the Euler method becomes unstable. The stability of the Euler method in conjunction with the underlying model the internal combustion engine is selected only in selected Operating points of the system proved. Is the Euler method stable in all working points measured on the test bench and if these are chosen narrow enough, it is believed that also all working point transitions are calculated stable and the procedure in the area of interest works stable overall. The work area will be that of understood the working areas covered space. The process stability itself is determined by the stability criterion for discrete-time systems in state representation examined.

Zur Beschreibung der Systemdynamik wird die Änderung der Systemzustände f(x(t)) in (5.1) im Arbeitspunkt xR linearisiert. Die Bezeichnung Arbeitspunkt meint dabei, dass sich das System in diesem Punkt in einer Ruhelage befindet, die Zustände somit konstant sind. Die Reihenentwicklung von f(x) gemäß (5.9)

Figure 00090001
wird nach dem Linearglied abgebrochen, vergleiche (5.10).To describe the system dynamics, the change of the system states f (x (t)) in (5.1) is linearized at the operating point x R. The term operating point means that the system is in a rest position at this point, the states are thus constant. The series expansion of f (x) according to (5.9)
Figure 00090001
is aborted after the linear member, compare (5.10).

Figure 00090002
Figure 00090002

Die Linearisierung von (5.1) soll die Systemdynamik nur in der Umgebung von xR beschreiben, da xR eine Ruhelage des Systems (5.1) ist, gilt f(xR) = 0, wodurch sich (5.10) gemäß (5.11) vereinfacht.The linearization of (5.1) should describe the system dynamics only in the vicinity of x R , since x R is a rest position of the system (5.1), f (x R ) = 0, which simplifies (5.10) according to (5.11).

Figure 00090003
Figure 00090003

Die linearisierte Darstellung von (5.1) im Arbeitspunkt xR entspricht damit der Darstellung gemäß (5.12).The linearized representation of (5.1) at the operating point x R thus corresponds to the representation according to (5.12).

Figure 00090004
Figure 00090004

Üblicherweise wird die Verschiebung x(t) – xR in der Schreibweise vernachlässigt, so dass die im Arbeitspunkt linearisierte Darstellung des Systems (5.12) mit ddt xR = 0 gemäß (5.13)

Figure 00090005
beziehungsweise gemäß (5.14)
Figure 00100001
lautet. Damit kann die Gleichung des Euler-Verfahrens (5.8) gemäß (5.15) beziehungsweise gemäß (5.16) und mit Φ = (In + Δt·A) gemäß (5.17) geschrieben werden.
Figure 00100002
xi+1 = (In + Δt·A)xi (5.16) xi+1 = Φxi (5.17) Usually, the shift x (t) - x R is neglected in the notation, so that the linearized in the operating point representation of the system (5.12) with d dt x R = 0 according to (5.13)
Figure 00090005
or according to (5.14)
Figure 00100001
reads. Thus, the equation of the Euler method (5.8) can be written according to (5.15) and according to (5.16) and with Φ = (I n + Δt · A) according to (5.17).
Figure 00100002
x i + 1 = (I n + Δt · A) x i (5.16) x i + 1 = Φx i (5.17)

Das System (5.17) ist stabil, wenn alle Eigenwerte λΦ,k der Matrix Φ die Bedingung gemäß (5.18) erfüllen, wie beispielsweise der Literaturstelle Lunze, D. I. J.: Regelungstechnik 2. Bd. 2. 2. Springer, 2002 zu entnehmen ist. |λΦ,k| ≤ 1 (k = 1, 2, ..., n) (5.18) The system (5.17) is stable if all the eigenvalues λ Φ, k of the matrix Φ satisfy the condition according to (5.18), such as the reference Lunze, DIJ: Control Engineering 2nd Vol. 2. 2. Springer, 2002 can be seen. | λ Φ, k | ≤ 1 (k = 1, 2, ..., n) (5.18)

Daraus folgt, dass die Eigenwerte λA,k der Systemmatrix A für die Stabilität von (5.15) der Bedingung gemäß (5.19) genügen müssen. |λA,k·Δt + 1| ≤ 1 (k = 1, 2, ..., n) (5.19) It follows that the eigenvalues λ A, k of the system matrix A for the stability of (5.15) must satisfy the condition according to (5.19). | λ A, k · Δt + 1 | ≤ 1 (k = 1, 2, ..., n) (5.19)

Mit diesen Ungleichungen (5.18, 5.19) wird der Zusammenhang zwischen der Systemdynamik des Modells und der für eine stabile Berechnung erforderlichen Abtastzeit formuliert. Um eine Aussage zu treffen, ob ein gegebenes System (5.1, 5.2) mit der Abtastzeit Δt im Ruhepunkt xR beziehungsweise einer gewissen Umgebung um diesen Punkt stabil mit dem Euler-Verfahren berechnet werden kann, wird das System in diesem Arbeitspunkt linearisiert, die Systemmatrix A berechnet und anhand der Ei genwerte λA,k der Systemmatrix A entschieden, ob die Ungleichungen aus (5.19) erfüllt sind. Aus (5.19) folgt, dass die reellen Eigenwerte λA,k der Systemmatrix A bei einer Abtastzeit von 10 ms im Bereich gemäß (5.20) liegen müssen. –200 s–1 ≤ λA,k ≤ 0 s–1 (5.20) These inequalities (5.18, 5.19) formulate the relationship between the system dynamics of the model and the sampling time required for a stable calculation. In order to make a statement as to whether a given system (5.1, 5.2) with the sampling time Δt at rest x R or a certain environment around this point can be stably calculated using the Euler method, the system is linearized in this operating point, the system matrix A is calculated and based on the Ei λ λ , k of the system matrix A decided whether the inequalities of (5.19) are satisfied. From (5.19) it follows that the real eigenvalues λ A, k of the system matrix A must lie within a range of (5.20) at a sampling time of 10 ms. -200 s -1 ≤ λ A, k ≤ 0 s -1 (5.20)

Sind die Eigenwerte komplex, muss (5.19) komplexwertig ausgewertet werden.are the eigenvalues complex, must be evaluated (5.19) complex valued.

Um den Einfluss des Massenstroms m .DK über die Drosselklappe 3 auf die Dynamik des jeweiligen Modells beispielhaft zu beschreiben, werden alle Prozessgrößen auf Messungen gesetzt, die in einem Arbeitspunkt unter Einsatz eines Motorprüfstandes und geeigneter messtechnischer Mittel bestimmt wurden. Dabei wird bevorzugt ein Arbeitspunkt gewählt, bei dem das Druckverhältnis p1i/p2i über die Drosselklappe 3 nahe eins ist. Die Parameter des Modells und die Prozessgrößen in dem gemessenen Arbeitspunkt sind gemäß Tabelle (a) dargestellt. Tabelle (a) p1i = 1.2921·105 Pa T1i = 300 K V1i = 2 dm3 nMot = 1500 1/min p2i = 1.3133·105 Pa T2i = 300 K V2i = 1 dm3 αDK = 34% A(αDK) = 3.5·10–4 m2 RLuft = 287 J/K·kg cLF = 1.5·10–7 kg/s·Pa KMot = 2.155·10–7 cEV,1 = 7.4051·10–4 cEV,2 = –4.8540 κ = 1.4 To the influence of the mass flow m. DK over the throttle 3 To describe the dynamics of each model by way of example, all process variables are set to measurements that were determined at an operating point using an engine test bench and suitable metrological means. In this case, an operating point is preferably selected in which the pressure ratio p 1i / p 2i via the throttle valve 3 is near one. The parameters of the model and the process variables in the measured operating point are shown in Table (a). Table (a) p 1i = 1.2921 x 10 5 Pa T 1i = 300K V 1i = 2 dm 3 n Mot = 1500 rpm p 2i = 1.3133 x 10 5 Pa T 2i = 300K V 2i = 1 dm 3 α DK = 34% A (α DK ) = 3.5 × 10 -4 m 2 R air = 287 J / K · kg c LF = 1.5 × 10 -7 kg / s × Pa K Mot = 2.155 x 10 -7 c EV, 1 = 7.4051 x 10 -4 c EV, 2 = -4.8540 κ = 1.4

Zur weiteren Beschreibung des Einflusses des Massenstroms m .DK über die Drosselklappe 3 auf die Dynamik des jeweiligen Modells wird im weiteren Verlauf zunächst die Dynamik der Differentialgleichung gemäß (1) untersucht. Dazu wird gemäß (6, 6.1, 6.2) eine Systemmatrix A von Gleichung (1) durch Linearisierung gebildet.For further description of the influence of the mass flow m. DK over the throttle 3 In the further course, the dynamics of the differential equation according to (1) is first examined for the dynamics of the respective model. For this purpose, according to (6, 6.1, 6.2) a system matrix A of equation (1) is formed by linearization.

Figure 00110001
Figure 00110001

Figure 00120001
Figure 00120001

Der Eigenwertbeitrag λEV des Massenstroms m .EV durch die Einlassventile kann daher gemäß (7, 7.1, 7.2) auf Grundlage von Gleichung (3) bestimmt werden.The eigenvalue contribution λ EV of the mass flow m. EV through the intake valves can therefore be determined according to (7, 7.1, 7.2) based on equation (3).

Figure 00120002
Figure 00120002

Der Eigenwertbeitrag λEV ist betragsmäßig klein und hängt nicht vom Druck p1i im Behälter 1 oder vom Druck p2i im Behälter 2 ab.The eigenvalue contribution λ EV is small in magnitude and does not depend on the pressure p 1i in the container 1 or from the pressure p 2i in the tank 2 from.

Der Eigenwertbeitrag λDK des Massenstroms m .DK über die Drosselklappe 3 hängt demgegenüber durch die Durchflusskennlinie

Figure 00120003
sehr stark vom Druckverhältnis über die Drosselklappe 3 ab, wie gemäß (8, 8.1, 8.2) dargestellt.The eigenvalue contribution λ DK of the mass flow m. DK over the throttle 3 In contrast, depends on the flow characteristic
Figure 00120003
very much of the pressure ratio across the throttle 3 from as shown in (8, 8.1, 8.2).

Figure 00120004
Figure 00120004

Ursache dafür ist, dass die Ableitung der Durchflusskennlinie

Figure 00130001
theoretisch für Druckverhältnisse nahe eins gegen minus unendlich geht. Das bedeutet, dass auch der Eigenwertbeitrag λDK des Massenstroms m .DK über die Drosselklappe 3 gegen minus unendlich geht.The reason for this is that the derivative of the flow characteristic
Figure 00130001
theoretically for pressure ratios close to one goes to minus infinity. This means that the eigenvalue contribution λ DK of the mass flow m. DK over the throttle 3 goes against minus infinity.

Wird das Modell gemäß den Gleichungen (1) und (4) betrachtet, so wird dessen Dynamik durch die Eigenwerte λ1 und λ2 der Systemmatrix A gemäß (9, 9.1) charakterisiert.If the model is considered according to equations (1) and (4), its dynamics are characterized by the eigenvalues λ 1 and λ 2 of the system matrix A according to (9, 9.1).

Figure 00130002
Figure 00130002

Es wird deutlich, dass das Modell bestehend aus den Behältern 1 und 2 und der Drosselklappe 3 mit dem Euler-Verfahren und einer Schrittweite von 10 ms nicht berechnet werden kann. Dieses Ergebnis kann auf ein übergeordnetes Gesamtmodell übertragen werden.It becomes clear that the model consists of the containers 1 and 2 and the throttle 3 can not be calculated with the Euler method and a step size of 10 ms. This result can be transferred to a superordinate overall model.

Um das Modell gemäß (1) und (4) mit einer Schrittweite von 10 ms berechnen zu können, wird erfindungsgemäß ein Skalierungsfaktor γ eingeführt, Gleichung (10).Around the model according to (1) and (4) with a step size of 10 ms to be, according to the invention a Scaling factor γ introduced, equation (10).

Figure 00130003
Figure 00130003

Anschließend wird ein zusätzlicher Korrekturmassenstrom m .DKK eingeführt. Weiterhin wird ein Zusammenhang zwischen dem Skalierungsfaktor γ und dem Korrekturmassenstrom m .DKK gesucht, Gleichung (11).Subsequently, an additional correction mass flow m. DKK introduced. Furthermore, a relationship between the scaling factor γ and the correction mass flow m. DKK sought, equation (11).

Figure 00140001
Figure 00140001

Werden die Gleichungen (10) und (11) gleichgesetzt, kann m .DKK durch den Skalierungsfaktor γ ausgedrückt werden, Gleichungen (12) und (13).If equations (10) and (11) are equated, m. DKK are expressed by the scaling factor γ, equations (12) and (13).

Figure 00140002
Figure 00140002

Der Skalierungsfaktor γ wird als Funktion des Eigenwertbeitrages λDK, der nach Gleichung (8) definiert sei, gewählt. Kriterium ist dabei, dass der Eigenwertbeitrag λDK gleich einem Grenzwert λG sein soll, Gleichung (14).The scaling factor γ is chosen as a function of the eigenvalue contribution λ DK , which is defined according to equation (8). The criterion is that the eigenvalue contribution λ DK should be equal to a limit λ G , equation (14).

Figure 00140003
Figure 00140003

Gleichung (14) wird nach dem Skalierungsfaktor γ umgestellt, Gleichung (15).equation (14) is converted to the scaling factor γ, equation (15).

Figure 00140004
Figure 00140004

Weiterhin wird erfindungsgemäß nur dann in die Dynamik eingegriffen, wenn der Eigenwertbeitrag λDK des Drosselklappenmassenstromes m .DK kleiner als der Grenzwert λG ist. Die Bestimmungsgleichung für den Skalierungsfaktor γ lautet daher gemäß Gleichung (16).Furthermore, the invention intervenes only in the dynamics, if the eigenvalue contribution λ DK of the throttle mass flow m. DK is smaller than the limit λ G. The equation of determination for the scaling factor γ is therefore according to equation (16).

Figure 00140005
Figure 00140005

Ist also der Eigenwertbeitrag λDK des Drosselklappenmassenstromes m .DK größer als der Grenzwert λG, bleibt die Dynamik mit γ = 1 unverändert. Erst wenn der Eigenwertbeitrag λDK kleiner als der Grenzwert λG ist, erfolgt ein Eingriff in die Dynamik des Modells.So is the eigenvalue contribution λ DK of the throttle mass flow m. DK is greater than the limit λ G , the dynamics remain unchanged with γ = 1. Only when the eigenvalue contribution λ DK is smaller than the limit λ G , an intervention in the dynamics of the model takes place.

Um einen insgesamt geschlossenen Ansatz zu erhalten, wird der Korrekturmassenstrom m .DKK auch in die Massenbilanz des Behälters 2 aufgenommen. Insgesamt besitzt das gekoppelte System dadurch die Form gemäß Gleichungen (17) bis (20).To obtain an overall closed approach, the correction mass flow m. DKK also in the mass balance of the container 2 added. Overall, the coupled system thereby has the form according to Equations (17) to (20).

Figure 00150001
Figure 00150001

Um zu untersuchen, wie der beschriebene Ansatz die Dynamik des Modells im geschlossenen Kreis beeinflusst, wird das System gemäß den Gleichungen (17) und (18) linearisiert und es werden die Eigenwerte λ1 und λ2 der Systemmatrix A als Funktion des Grenzwertes λG berechnet, Gleichung (21).To investigate how the approach described affects the dynamics of the closed-loop model, the system is linearized according to equations (17) and (18) and the eigenvalues become λ 1 and λ 2 of the system matrix A are calculated as a function of the limit value λ G , equation (21).

Figure 00150002
Figure 00150002

In 2 sind die beiden Eigenwerte λ1 und λ2 der Systemmatrix A über dem Grenzwert λG dargestellt. Es ist zu erkennen, dass ein Eigenwert ab λG = –10 1s nahe rungsweise konstant –10 1 / s ist. Der zweite Eigenwert wird hingegen ab λG = –10 1s annähernd linear mit λG skaliert. Durch die Kopplung der beiden Teilsysteme (Behälter 2 und 1 über die Drosselklappe 3) legt λG keinen Eigenwert direkt fest, sondern wirkt als Skalierungsfaktor auf den kritischen Eigenwert des Systems.In 2 the two eigenvalues λ 1 and λ 2 of the system matrix A are shown above the limit λ G. It can be seen that starting from an eigenvalue λ G = -10 1 s is approximately constant -10 1 / s. The second eigenvalue, on the other hand, will decrease λ G = -10 1 s scaled approximately linearly with λ G. By coupling the two subsystems (container 2 and 1 over the throttle 3 ) λ G determines no eigenvalue directly, but acts as a scaling factor on the critical eigenvalue of the system.

3 zeigt weiterhin eine Funktionsstruktur 5, die im Rahmen des Betriebs, also der Steuerung und Regelung einer Verbrennungskraftmaschine, den Massenstrom m .DK' über die Drosselklappe 3 berechnet. Das Hochkomma ' symbolisiert dabei, dass es sich dabei um einen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelten Wert handelt, da bei dessen Berechnung mittels eines numerischen Lösungsverfahrens in kritischen Arbeitspunkten eine Verschiebung der Eigenwerte der Systemmatrix des linearisierten Systems gemäß Gleichung (1) und (4) in einen stabilen Bereich des numerischen Lösungsverfahrens erfolgt. In einem ersten Block 6 der Funktionsstruktur 5 erfolgt, wie allgemein bekannt, die Berechnung des Massenstroms m .DK über die Drosselklappe 3 gemäß Gleichung (2). Dazu werden Block 6 die in Gleichung (2) einfließenden Größen zugeführt. In einem weiteren Block 7 erfolgt die erfindungsgemäße Berechnung des Korrekturmassenstroms m .DKK. Mit dem Block 7 ist weiterhin ein Block 8 verbunden. In Block 8 erfolgt in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Druckverhältnisses p1i/p2i über die Drosselklappe 3 eine Entscheidung, ob eine Berechnung des Korrekturmassenstroms m .DKK erfolgen soll oder nicht. Soll keine solche Berechnung erfolgen, wird der Korrekturmassenstrom m .DKK auf null gesetzt. Erfolgt jedoch eine Berechnung des Korrekturmassenstroms m .DKK, werden der gemäß Gleichung (2) berechnete Massenstrom m .DK und der Korrekturmassenstrom m .DKK in Block 9 addiert, so dass der Massenstrom m .DK' über die Drosselklappe 3 einer weiteren Verarbeitung bereitsteht. Das Resultat einer ersten Berechnung des Massenstroms m .DK über die Drosselklappe 3 gemäß Gleichung (2) wird wie in 3 gezeigt, dem Block 7 zugeführt, wie auch weitere Größen, die im folgenden näher beschrieben werden. 3 also shows a functional structure 5 , in the context of the operation, so the control and regulation of an internal combustion engine, the mass flow m. DK 'over the throttle 3 calculated. The apostrophe 'symbolizes that this is a value determined by means of the method according to the invention, since a calculation of the eigenvalues of the system matrix of the linearized system according to equation (1) and (4) in FIG a stable area of the numerical solution process takes place. In a first block 6 the functional structure 5 takes place, as is well known, the calculation of the mass flow m. DK over the throttle 3 according to equation (2). This will be block 6 supplied in equation (2) inflowing quantities. In another block 7 the inventive calculation of the correction mass flow m takes place. DKK . With the block 7 is still a block 8th connected. In block 8th takes place as a function of the respectively present pressure ratio p 1i / p 2i via the throttle valve 3 a decision as to whether a calculation of the correction mass flow m. DKK or not. If no such calculation takes place, the correction mass flow m. DKK set to zero. However, if a calculation of the correction mass flow m. DKK , are calculated according to equation (2) mass flow m. DK and the correction mass flow m. DKK in block 9 added, so that the mass flow m. DK 'over the throttle 3 ready for further processing. The result of a first calculation of the mass flow m. DK over the throttle 3 according to equation (2) becomes as in 3 shown the block 7 fed, as well as other sizes, which are described in more detail below.

4 zeigt den Block 7 im Detail. Block 7 umfasst zunächst einen weiteren Block 10, in dem gemäß Gleichung (8.1) die Berechnung des Eigenwertbeitrages λDK erfolgt. Dazu werden Block 10 die in Gleichung (8.1) einfließenden Größen zugeführt. Im wei teren Verlauf wird ein Quotient aus dem in Block 10 berechneten Eigenwertbeitrag λDK und dem Grenzwert λG beziehungsweise der Skalierungsfaktor γ gebildet. Der Skalierungsfaktor γ wird einem Block 11 zugeführt. Dem Block 11 wird außerdem der Zahlenwert 1 zugeführt. Block 11 umfasst eine Funktion, die den Eingang weitergibt, der jeweils der kleinere ist. Ist demnach der Skalierungsfaktor γ kleiner 1, wird der Skalierungsfaktor γ weitergegeben. Ist der Skalierungsfaktor γ größer als 1, wird der Wert 1 weitergegeben. In einem noch weiteren Block 12 wird von dem jeweils von Block 11 weitergegebenen Wert der Wert 1 abgezogen beziehungsweise die Differenz (γ - 1) gebildet. In einem noch weiteren Block 13 werden die Differenz (γ – 1) und die Differenz (m .DK – m .EV) multipliziert, so dass Gleichung (19) zur Berechnung des Korrekturmassenstroms m .DKK gebildet wird. 4 shows the block 7 in detail. block 7 first includes another block 10 in which, according to equation (8.1), the calculation of the eigenvalue contribution λ DK takes place. This will be block 10 supplied in equation (8.1) inflowing quantities. In the further course, a quotient of the in block 10 calculated eigenvalue contribution λ DK and the limit λ G or the scaling factor γ formed. The scaling factor γ becomes one block 11 fed. The block 11 will also be the numerical value 1 fed. block 11 includes a function that passes the input, which is the smaller one. Accordingly, if the scaling factor γ is less than 1, the scaling factor γ is passed on. If the scaling factor γ is greater than 1, the value 1 is passed on. In another block 12 is from each block 11 passed value of the value 1 deducted or the difference (γ - 1) formed. In another block 13 the difference (γ - 1) and the difference (m · DK - m · EV ) are multiplied, so that equation (19) for calculating the correction mass flow m. DKK is formed.

11
Behältercontainer
22
Behältercontainer
33
Drosselklappethrottle
44
Luftfilterair filter
55
Funktionsstrukturfunctional structure
6–136-13
Blöcke der Funktionsstrukturblocks the functional structure

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Merker, G. P.; Schwarz, C.; Stiesch, G.: Verbrennungsmotoren. Simulation der Verbrennung und Schadstoffbildung. Teuber, 2004 [0014] - flag, GP; Black, C .; Stiesch, G .: internal combustion engines. Simulation of combustion and pollutant formation. Teuber, 2004 [0014]
  • - Lunze, D. I. J.: Regelungstechnik 2. Bd. 2. 2. Springer, 2002 [0029] - Lunze, DIJ: Control Engineering 2. Bd. 2. 2. Springer, 2002 [0029]

Claims (5)

Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, wobei ein zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine dienendes Modell der Verbrennungskraftmaschine mittels eines numerischen Lösungsverfahrens mit einer festen Schrittweite berechnet wird, wobei sämtliche Eigenwerte (λ) des linearisierten Modells in Arbeitspunkten der Verbrennungskraftmaschine, die hinsichtlich der Stabilität der Berechnung kritisch sind, in einen stabilen Bereich des numerischen Lösungsverfahrens verschoben werden.Method for operating an internal combustion engine, one for controlling and regulating the internal combustion engine Serving model of the internal combustion engine by means of a numerical Solution method calculated with a fixed increment where all eigenvalues (λ) of the linearized model in operating points of the internal combustion engine, in terms of the stability of the calculation are critical, in a stable Range of the numerical solution method. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die Entscheidung, ob das numerische Lösungsverfahren stabil ist, anhand einer Untersuchung des Stabilitätskriteriums für zeitdiskrete Systeme in Zustandsdarstellung erfolgt.Method according to claim 1, wherein the decision whether the numerical solution method is stable, based on a Investigation of the stability criterion for discrete-time Systems in state representation takes place. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Verschiebung der Eigenwerte (λ) in einen stabilen Bereich des numerischen Lösungsverfahrens mittels eines Skalierungsfaktors (γ) erfolgt.Method according to claim 1 or 2, wherein the Shift of the eigenvalues (λ) into a stable range of the numerical solution method by means of a scaling factor (γ) takes place. Verfahren nach Patentanspruch 3, wobei der Skalierungsfaktor (γ) einen Korrekturmassenstrom (m .DKK) beschreibt.Method according to claim 3, wherein the scaling factor (γ) describes a correction mass flow (with DKK ). Verfahren nach Patentanspruch 3 oder 4, wobei der Skalierungsfaktor (γ) als Funktion des Eigenwertbeitrages (λDK) des Massenstromes (m .DK) über die jeweilige Trennstelle (3) gewählt wird, wobei das Kriterium dabei ist, dass der Eigenwertbeitrag (λDK) gleich einem Grenzwert (λG) ist, wobei nur dann in die Dynamik eingegriffen wird, wenn der Eigenwertbeitrag (λDK) kleiner als der Grenzwert (λG) ist.Method according to claim 3 or 4, wherein the scaling factor (γ) as a function of the eigenvalue contribution (λ DK ) of the mass flow ( m.KD ) via the respective separation point ( 3 ), whereby the criterion is that the eigenvalue contribution (λ DK ) is equal to a limit value (λ G ), whereby the dynamics is intervened only if the eigenvalue contribution (λ DK ) is smaller than the limit value (λ G ) is.
DE102009007808.8A 2009-02-04 2009-02-04 Method for operating an internal combustion engine Active DE102009007808B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009007808.8A DE102009007808B4 (en) 2009-02-04 2009-02-04 Method for operating an internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009007808.8A DE102009007808B4 (en) 2009-02-04 2009-02-04 Method for operating an internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102009007808A1 true DE102009007808A1 (en) 2010-08-05
DE102009007808B4 DE102009007808B4 (en) 2022-02-10

Family

ID=42309026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009007808.8A Active DE102009007808B4 (en) 2009-02-04 2009-02-04 Method for operating an internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009007808B4 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2388461A1 (en) * 2010-05-21 2011-11-23 C.R.F. Società Consortile per Azioni Internal exhaust gas recirculation control in an internal combustion engine
DE102011014767A1 (en) 2011-03-21 2012-09-27 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Method for operating internal combustion engine, involves evaluating model of internal combustion engine by explicit Euler process with fixed step size, where model serves for controlling and regulating internal combustion engine

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR9604813A (en) 1995-04-10 1998-06-09 Siemens Ag Method for determining the mass flow of air inside cylinders of an internal combustion engine with the help of a model
JP3373724B2 (en) 1996-04-05 2003-02-04 本田技研工業株式会社 Air-fuel ratio control device for internal combustion engine
DE10158262A1 (en) 2001-11-28 2003-06-12 Volkswagen Ag Determining gas mixture composition in combustion chamber of internal combustion engine with exhaust gas feedback, involves determining state parameters with physically based models

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Lunze, D. I. J.: Regelungstechnik 2. Bd. 2. 2. Springer, 2002
Merker, G. P.; Schwarz, C.; Stiesch, G.: Verbrennungsmotoren. Simulation der Verbrennung und Schadstoffbildung. Teuber, 2004

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2388461A1 (en) * 2010-05-21 2011-11-23 C.R.F. Società Consortile per Azioni Internal exhaust gas recirculation control in an internal combustion engine
DE102011014767A1 (en) 2011-03-21 2012-09-27 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Method for operating internal combustion engine, involves evaluating model of internal combustion engine by explicit Euler process with fixed step size, where model serves for controlling and regulating internal combustion engine
DE102011014767B4 (en) 2011-03-21 2022-09-01 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for operating an internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009007808B4 (en) 2022-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010046456B4 (en) Engine control method, engine control device and engine control program
DE112011105516T5 (en) Sliding mode control and control device of an internal combustion engine system
EP3062176B1 (en) Method for adjusting a control loop, device for generating control parameters and control device
DE10325571A1 (en) Methods and devices for estimating gas temperatures in a motor vehicle engine
EP3732456B1 (en) Method for estimating an internal effective torque of a torque generator
DE102016121338A1 (en) Time-discrete, rate-based, model-predictive control method for air path control of an internal combustion engine
DE102007039691A1 (en) Modeling method and control unit for an internal combustion engine
DE102008001418A1 (en) Method and device for adapting the efficiency of a cooler in the return circuit of exhaust gas in an internal combustion engine
DE102006033483B4 (en) Method and device for controlling an internal combustion engine
EP1896709A1 (en) Method and apparatus for controlling an internal combustion engine
DE102008032935B4 (en) Method for calculating a combustion chamber pressure in real time
DE102009007808A1 (en) Internal combustion engine operating method, involves shifting Eigen values of model to engine operating points by scaling factor in stable area of numerical solution process, where points are analyzed with respect to calculation stability
EP3543514A1 (en) Method and system for determining a variable for adjusting a suction pipe pressure
EP3337961B1 (en) Prediction of the phase position of a camshaft
DE102017120555A1 (en) METHOD AND SYSTEM FOR WASTEGATE CONTROL
DE112008001102T5 (en) Vehicle control device and control method
DE102011014767B4 (en) Method for operating an internal combustion engine
DE102009051514A1 (en) Control device i.e. microcontroller, for controlling pressure of volume of gas stream i.e. compressed air, has combination device providing actual actuating variable to actuating unit to adjust initial-pressure to pre-set reference-pressure
DE102019218869B3 (en) Prediction of the opening and closing times of the gas exchange valves taking into account the dynamics of the camshaft adjuster
DE102014217456B3 (en) Method for determining a drive signal for the actuator of the wastegate of an exhaust gas turbocharger of a motor vehicle
DE102009014533A1 (en) Control device for controlling turbocharger or turbocharger connected to internal combustion engine, is provided with storage device in which turbine map of turbine of turbocharger is stored
DE102009001644A1 (en) Method and apparatus for correlating a cylinder charge and a maximum intake valve lift of an internal combustion engine
DE102017003033A1 (en) Method for processing signals and signal filters
DE102023111180B4 (en) Method for identifying a law for the feedforward control of a control parameter of a powertrain from measurement data
DE102014000395A1 (en) Method for controlling an internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT, DE

Free format text: FORMER OWNER: IAV GMBH INGENIEURGESELLSCHAFT AUTO UND VERKEHR, 10587 BERLIN, DE

R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final