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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/044,179, die am 11. April 2008 eingereicht wurde.
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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Motorsteuersysteme und -verfahren und insbesondere Motorsteuersysteme und -verfahren zum Voraussagen eines Delta-Reibungsdrehmoments eines Motors.
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HINTERGRUND
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Während einer Motorkalibrierung kann eine Korrektur eines Motordrehmoments ausgeführt werden, um ein Delta-Reibungsdrehmoment aufgrund der Temperatur und/oder der Motordrehzahl zu kompensieren. Einige Motorsteuersysteme verwenden eine Nachschlagetabelle der Motordrehzahl und Öltemperaturen, um ein Delta-Reibungsdrehmoment zu ermitteln.
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N. Deußen: Wärmemanagement des Kraftfahrzeugs III; expert Verlag; ISBN 3-8169-2058-6; 2002, beschreibt die Berechnung von Reibungsdrehmomenten in Abhängigkeit von Kühlmittel- und Öltemperatur eines Motors sowie deren Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch.
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In der
DE 100 59 563 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Sollwert für das Drehmoment eines Antriebsstrangs unter Berücksichtigung eines Verlustdrehmoments ermittelt wird, das von einem Servo-Drehmoment abhängt, welches für eine Servolenkung zur Verfügung gestellt werden muss.
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Die
DE 10 2005 022 764 A1 beschreibt ein Motorsteuersystem und -verfahren, bei denen eine Ventilzeitgebung anhand eines Referenzmodells ermittelt wird, in das auch die Kühlmitteltemperatur und Öltemperatur eingehen.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Motorsteuersystem und ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, bei denen die Abhängigkeit eines Reibungsdrehmoments von Kühlmitteltemperatur und Öltemperatur auf einfache und möglichst genaue Weise berücksichtigt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Motorsteuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
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Ein Motorsteuersystem umfasst ein Kühlmitteltemperatur-Wichtungsmodul, das ein Wichtungssignal basierend auf einer Kühlmitteltemperatur erzeugt. Ein Modul zum Erzeugen einer zusammengesetzten Temperatur erzeugt eine zusammengesetzte Temperatur basierend auf der Kühlmitteltemperatur, einer Öltemperatur und dem Wichtungssignal. Ein Delta-Reibungsdrehmomentmodul berechnet ein Delta-Reibungsdrehmoment eines Motors basierend auf der zusammengesetzten Temperatur. Ein Motorbetriebsparametermodul stellt einen Motorbetriebsparameter basierend auf dem Delta-Reibungsdrehmoment ein.
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Erfindungsgemäß erzeugt das Kühlmitteltemperatur-Wichtungsmodul das Wichtungssignal basierend auf: W = (1 – tanh((Tcool – 60)·0,012))/2 wobei W das Wichtungssignal ist und Tcool die Kühlmitteltemperatur ist.
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Gemäß anderen Merkmalen erzeugt das Modul zum Erzeugen der zusammengesetzten Temperatur die zusammengesetzte Temperatur basierend auf: Tc = W·Tcool + (1 – W)·Toil wobei Tc die zusammengesetzte Temperatur ist, Tcool die Kühlmitteltemperatur ist, Toil die Öltemperatur ist und W das Wichtungssignal ist.
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Gemäß anderen Merkmalen berechnet das Delta-Reibungsdrehmomentmodul das Delta-Reibungsdrehmoment basierend auf: TDF = A·T 2 / c + B·Tc + C wobei das Delta-Reibungsdrehmoment TDF ist, A, B und C Konstanten sind und Tc die zusammengesetzte Temperatur ist.
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Gemäß anderen Merkmalen setzt das Delta-Reibungsdrehmomentmodul das Delta-Reibungsdrehmoment auf eine Konstante, wenn die zusammengesetzte Temperatur größer als ein Schwellenwert für die zusammengesetzte Temperatur ist.
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Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachstehend vorgesehenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der Offenbarung einzuschränken.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
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1 ein Funktionsblockdiagramm eines Motorsteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuermoduls mit einem Delta-Reibungsdrehmomentmodul gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
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3 beispielhafte Schritte eines Verfahrens zum Berechnen des Delta-Reibungsdrehmoments gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Zu Zwecken der Klarheit werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung A, B und/oder C derart ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oders bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe) und einen Speicher, die eines oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis der Schaltungslogik und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Herkömmliche Systeme und Verfahren zum Voraussagen eines Delta-Reibungsdrehmoments TDF berücksichtigen nicht die Kühlmitteltemperatur Tcool, die zusätzlich zu der Öltemperatur Toil dazu neigt, das Delta-Reibungsdrehmoment TDF zu beeinflussen, insbesondere bei niedrigen Kühlmitteltemperaturen. Daher schafft die vorliegende Offenbarung eine genaue Voraussage des Delta-Reibungsdrehmoments TDF bei kalten Temperaturen basierend auf der Kühlmitteltemperatur Tcool.
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Die vorliegende Offenbarung führt eine empirische Gleichung für das Delta-Reibungsdrehmoment TDF des Motors als eine Funktion einer zusammengesetzten Temperatur Tc ein. Die zusammengesetzte Temperatur Tc basiert auf der Kühlmitteltemperatur, der Öltemperatur und einer Wichtungsfunktion. Die Verwendung dieser Gleichungen kann die Genauigkeit der Voraussage des Delta-Reibungsdrehmoments verbessern, insbesondere bei niedrigen Kühlmitteltemperaturen.
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Die vorliegende Offenbarung offenbart einen Satz von Gleichungen, die in einem Motorsteuermodul verwendet werden, um das Delta-Reibungsdrehmoment TDF des Motor als eine Funktion der zusammengesetzten Temperatur Tc vorauszusagen.
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Die zusammengesetzte Temperatur Tc wird basierend auf der Kühlmitteltemperatur Tcool und einer Öltemperatur Toil berechnet. Beispielsweise kann ein Kühlmittel-Temperatursensor in dem Motorblock in Fluidverbindung mit dem Kühlmittel angeordnet sein. Ein Öltemperatursensor kann beispielsweise in den Motorpassagen oder dem Motorsumpf in Fluidverbindung mit dem Öl angeordnet sein. Alternativ können die Kühlmitteltemperatur und/oder die Öltemperatur geschätzt werden.
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Die zusammengesetzte Temperatur Tc wird unter Verwendung einer Wichtungsfunktion und einer Funktion für die zusammengesetzte Temperatur berechnet. Lediglich beispielhaft kann die Funktion für die zusammengesetzte Temperatur sein: Tc = W·Tcool + (1 – W)·Toil und die Wichtungsfunktion kann sein: W = (1 – tanh((Tcool – 60)·0,012))/2
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Das Delta-Reibungsdrehmoment kann dann unter Verwendung der folgenden Beziehung erhalten werden: TDF = A·T 2 / c + B·Tc + C wobei A, B und C Konstanten sind.
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In einigen Situationen kann das Delta-Reibungsdrehmoment oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts Tc_TH für die zusammengesetzte Temperatur auf eine Konstante gesetzt werden, wie beispielsweise Null. Lediglich beispielhaft kann der vorbestimmte Schwellenwert Tc_TH für die zusammengesetzte Temperatur gleich 100° Celsius gesetzt werden.
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Nun auf 1 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems 100 dargestellt. Während die vorliegende Offenbarung in Verbindung mit diesem beispielhaften Motor beschrieben werden wird, werden Fachleute einsehen, dass die Lehren der vorliegenden Offenbarung auf ein beliebiges Motorsteuersystem angewendet werden können.
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Lediglich beispielhaft weist das Motorsystem 100 einen Motor 102 auf, der ein Luft/Kraftstoffgemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug basierend auf einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Luft wird durch ein Drosselventil 112 in einen Ansaugkrümmer 110 gesaugt. Ein Motorsteuermodul (ECM) 114 befiehlt einem Drosselaktuatormodul 116, das Öffnen des Drosselventils 112 zu regeln, um die Luftmenge zu steuern, die in den Ansaugkrümmer 110 gesaugt wird.
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Luft aus dem Ansaugkrümmer 110 wird in Zylinder des Motors 102 gesaugt. Während der Motor 102 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zu Darstellungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Lediglich beispielhaft kann der Motor 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen. Das ECM 114 kann ein Zylinderaktuatormodul 120 anweisen, einige der Zylinder selektiv zu deaktivieren, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
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Luft aus dem Ansaugkrümmer 110 wird durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gesaugt. Das ECM 114 steuert die durch ein Kraftstoffeinspritzsystem 124 eingespritzte Kraftstoffmenge. Das Kraftstoffeinspritzsystem 124 kann Kraftstoff an einem zentralen Ort in den Ansaugkrümmer 110 einspritzen oder kann Kraftstoff an mehreren Orten in den Ansaugkrümmer 110 einspritzen, wie beispielsweise in der Nähe des Einlassventils jedes der Zylinder. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzsystem 124 Kraftstoff direkt in die Zylinder einspritzen.
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Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 118. Ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 komprimiert das Luft/Kraftstoffgemisch. Basierend auf einem Signal von dem ECM 114 aktiviert ein Zündfunken-Aktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118, welche das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu der Zeit spezifiziert werden, zu der sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, bezeichnet als oberer Totpunkt (TDC), der Punkt, an dem das Luft/Kraftstoffgemisch am stärksten komprimiert ist.
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Die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs treibt den Kolben abwärts, wodurch eine rotierende Kurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Kolben beginnt danach, sich wieder aufwärts zu bewegen, und treibt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 heraus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden mittels eines Abgassystems 134 aus dem Fahrzeug ausgestoßen.
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Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen mehrere Einlassventile pro Zylinder und/oder die Einlassventile mehrerer Reihen von Zylindern steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen mehrere Auslassventile pro Zylinder und/oder die Auslassventile mehrerer Reihen von Zylindern steuern. Das Zylinderaktuatormodul 120 kann Zylinder deaktivieren, indem die Zufuhr von Kraftstoff und Zündfunken gestoppt wird und/oder ihre Auslass- und/oder Einlassventile deaktiviert werden.
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Die Zeit, zu der das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann durch einen Einlass-Nockenphasensteller 148 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Die Zeit, zu der das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann durch einen Auslass-Nockenphasensteller 150 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Ein Phasensteller-Aktuatormodul 158 steuert den Einlass-Nockenphasensteller 148 und den Auslass-Nockenphasensteller 150 basierend auf Signalen von dem ECM 114.
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Das Motorsystem 100 kann eine Ladedruckeinrichtung aufweisen, die unter Druck stehende Luft an den Ansaugkrümmer 110 liefert. Beispielsweise stellt 1 einen Turbolader 160 dar. Der Turbolader 160 wird durch Abgase angetrieben, die durch das Abgassystem 134 strömen, und liefert eine komprimierte Luftladung an den Ansaugkrümmer 110. Die Luft, die verwendet wird, um die komprimierte Luftladung zu erzeugen, kann aus dem Ansaugkrümmer 110 entnommen werden.
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Ein Ladedruck-Regelventil 164 kann ermöglichen, dass Abgas an dem Turbolader 160 vorbeiströmt, wodurch die Ausgabe des Turboladers (oder der Ladedruck) verringert wird. Das ECM 114 steuert den Turbolader 160 mittels eines Ladedruck-Aktuatormoduls 162. Das Ladedruck-Aktuatormodul 162 kann den Ladedruck des Turboladers 160 modulieren, indem die Position des Ladedruck-Regelventils 164 gesteuert wird. Die komprimierte Luftladung wird durch den Turbolader 160 an den Ansaugkrümmer 110 geliefert. Ein Zwischenkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der Wärme der komprimierten Luftladung dissipieren, die erzeugt wird, wenn Luft komprimiert wird, und die auch durch die Nähe zu dem Abgassystem 134 erhöht werden kann. Alternative Motorsysteme können einen Turbokompressor aufweisen, der komprimierte Luft an den Ansaugkrümmer 110 liefert und von der Kurbelwelle angetrieben wird.
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Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Ansaugkrümmer 110 zurückleitet. Bei verschiedenen Implementierungen kann das AGR-Ventil 170 nach dem Turbolader 160 angeordnet sein. Das Motorsystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (RPM) unter Verwendung eines RPM-Sensors 180 messen. Die Temperatur des Öls kann unter Verwendung eines Öltemperatursensors 181 gemessen werden. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Alternativ können eine oder beide von der Kühlmitteltemperatur und der Öltemperatur geschätzt werden. Der ECT-Sensor 182 kann in dem Motor 102 oder an anderen Orten angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert, wie z. B. einem Kühler (nicht gezeigt).
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Der Druck in dem Ansaugkrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorvakuum gemessen werden, wobei das Motorvakuum die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Ansaugkrümmer 110 ist. Die Luftmasse, die in den Ansaugkrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Luftmassenstromsensors (MAF-Sensors) 186 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse mit dem Drosselventil 112 angeordnet sein.
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Das Drosselaktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Umgebungstemperatur der Luft, die in das Motorsystem 100 gesaugt wird, kann unter Verwendung eines Ansaugluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
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Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 kommunizieren, um ein Wechseln von Gängen in einem Getriebe (nicht gezeigt) abzustimmen. Beispielsweise kann das ECM 114 das Drehmoment während eines Gangwechsels verringern. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um den Betrieb des Motors 102 und eines Elektromotors 198 abzustimmen. Der Elektromotor 198 kann auch als ein Generator wirken und kann verwendet werden, um elektrische Energie zur Verwendung durch die elektrischen Systeme des Fahrzeugs und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen können das ECM 114, das Getriebesteuermodul 194 und das Hybridsteuermodul 196 in einem oder mehreren Modulen integriert werden.
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Um abstrakt auf die verschiedenen Steuermechanismen des Motors 102 Bezug zu nehmen, kann jedes System, das einen Motorparameter variiert, als ein Aktuator bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Drosselaktuatormodul 116 die Klappenposition und damit die Öffnungsfläche des Drosselventils 112 ändern. Das Drosselaktuatormodul 116 kann daher als ein Aktuator bezeichnet werden, und die Öffnungsfläche der Drossel kann als eine Aktuatorposition bezeichnet werden.
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Auf ähnliche Weise kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 als ein Aktuator bezeichnet werden, während die entsprechende Aktuatorposition ein Betrag einer Zündfunkenvorverstellung ist. Andere Aktuatoren umfassen das Ladedruck-Aktuatormodul 162, das AGR-Ventil 170, das Phasensteller-Aktuatormodul 158, das Kraftstoffeinspritzsystem 124 und das Zylinderaktuatormodul 120. Der Ausdruck Aktuatorposition bezogen auf diese Aktuatoren kann dem Ladedruck, der AGR-Ventilöffnung, den Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerwinkeln, dem Luft/Kraftstoffverhältnis bzw. der Anzahl von aktivierten Zylindern entsprechen.
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Nun auf 2 Bezug nehmend, kann das Motorsteuermodul 114 ein Delta-Reibungsdrehmomentmodul 200 umfassen, das die Öltemperatur Toil und die Kühlmitteltemperatur Tcool empfängt, schätzt oder auf andere Weise erhält. Ein Wichtungsmodul 202 für die Kühlmitteltemperatur Tcool erzeugt ein Kühlmittel-Wichtungssignal W. Lediglich beispielhaft kann das Kühlmittel-Wichtungssignal basieren auf W = (1 – tanh((Tcool – 60)·0,012))/2.
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Ein Modul 204 für die zusammengesetzte Temperatur erzeugt ein Signal Tc für die zusammengesetzte Temperatur basierend auf der Wichtungsfunktion, der Kühlmitteltemperatur Tcool und der Öltemperatur Toil. Lediglich beispielhaft kann die zusammengesetzte Temperatur Tc basieren auf Tc = W·Tcool + (1 – W)·Toil.
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Ein Modul 206 zum Berechnen des Delta-Reibungsdrehmoments erzeugt das Delta-Reibungsdrehmoment TDF für den Motor. Lediglich beispielhaft kann das Delta-Reibungsdrehmoment TDF basieren auf: TDF = A·T 2 / c + B·Tc + C wobei A, B und C Konstanten sind. Ein Speichermodul 208 kann die Konstanten speichern. Die Konstanten 208 können Tc_TH, A, B und C umfassen. Das Delta-Reibungsdrehmomentmodul 200 gibt das Delta-Reibungsdrehmoment TDF aus, wie hierin weiter beschrieben.
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Lediglich beispielhaft kann das Delta-Reibungsdrehmoment TDF an ein drehmomentbasiertes Steuersystem 210 oder ein anderes Steuermodul 212 ausgegeben werden. Das drehmomentbasierte Steuersystem 210 oder das andere Steuermodul 212 können einen Motorbetriebsparameter basierend auf dem Delta-Reibungsdrehmoment TDF einstellen. Lediglich beispielhaft kann das Drehmoment eines anderen Aktuators oder Drehmomentzulieferers basierend auf dem Delta-Reibungsdrehmoment TDF verringert oder erhöht werden, um das Delta-Reibungsdrehmoment TDF zu kompensieren.
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Nun auf 3 Bezug nehmend, sind Schritte eines Verfahrens zum Schätzen des Delta-Reibungsdrehmoments TDF gezeigt. Die Steuerung beginnt bei Schritt 300. Bei Schritt 304 erhält die Steuerung Toil und Tcool durch Messen, Schätzen und/oder einem anderen Ansatz. Bei Schritt 312 berechnet die Steuerung das Wichtungssignal W basierend auf Tcool. Bei Schritt 314 berechnet die Steuerung die zusammengesetzte Temperatur Tc basierend auf der Wichtungsfunktion W, Tcool und Toil. Bei Schritt 316 ermittelt die Steuerung, ob Tc kleiner als Tc_TH ist. Wenn Schritt 316 falsch ist, fährt die Steuerung mit Schritt 318 fort und setzt das Delta-Reibungsdrehmoment TDF gleich einer Konstanten, wie beispielsweise Null. Wenn Schritt 316 wahr ist, berechnet die Steuerung bei Schritt 320 das Delta-Reibungsdrehmoment TDF basierend auf den Konstanten A, B und C und der zusammengesetzten Temperatur Tc. Die Steuerung geht von den Schritten 318 und 320 zu Schritt 322 über, und ein oder mehrere Motorbetriebsparameter werden basierend auf dem Delta-Reibungsdrehmoment TDF eingestellt.
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Lediglich beispielhaft kann das Delta-Reibungsdrehmoment TDF unter Verwendung einer universellen Kurve für alle Motoren erhalten werden, wobei: TDF = 0,003444920·T 2 / c + 0,678696783·Tc + 33,823912368
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Alternativ können spezielle Formeln für spezielle Motorfamilien entwickelt werden. Mit anderen Worten können die konstanten A, B und C für einen speziellen Motor ermittelt werden.
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Fachleute können nun anhand der vorstehenden Beschreibung einsehen, dass die breiten Lehren der Offenbarung in einer Vielzahl von Formen implementiert werden können. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen für den erfahrenen Praktiker bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden.
