DE102009051874A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermitteln von Drehmomentreserven und Lasten in einem drehmomentbasierten System - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Vermitteln von Drehmomentreserven und Lasten in einem drehmomentbasierten System Download PDF

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Abstract

Ein Motorsteuermodul umfasst ein Luftsteuermodul, ein Zündfunkensteuermodul und ein Reservenmodul. Das Luftsteuermodul steuert ein Drosselventil eines Motors basierend auf einer angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung. Das Zündfunkensteuermodul steuert einen Zündfunkenzeitpunkt des Motors basierend auf einer angepassten Momentandrehmomentanforderung. Das Reservenmodul ermittelt eine vermittelte Reserve basierend auf einem Maximum von einer Minimalreserve oder einer Additivreservesumme. Das Reservenmodul erzeugt auch die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung basierend auf einer Summe einer vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und einer angeforderten Reserve, wobei die angeforderte Reserve auf der vermittelten Reserve basiert.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/112,473, die am 7. November 2008 eingereicht wurde. Die Offenbarung der obigen Anmeldung ist hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen.
  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein drehmomentbasiertes System und insbesondere Systeme und Verfahren zum Vermitteln von Drehmomentreserveanforderungen und Lasten in einem drehmomentbasierten System.
  • HINTERGRUND
  • Die hierin vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient zu dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der derzeit genannten Erfinder, in dem Maß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, als auch Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung nicht auf andere Weise als Stand der Technik gelten, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
  • Verbrennungsmotoren verbrennen ein Luft- und Kraftstoffgemisch in Zylindern, um Kolben anzutreiben, was ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Ein Luftdurchsatz in Motoren mit Funkenzündung wird mittels einer Drossel geregelt. Insbesondere stellt die Drossel eine Drosselfläche ein, welche den Luftdurchsatz in den Motor vergrößert oder verkleinert. Wenn die Drosselfläche zunimmt, nimmt der Luftdurchsatz in den Motor zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate ein, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, um ein Soll-Luft/Kraftstoffgemisch an die Zylinder zu liefern. Eine Zunahme der Luft- und der Kraftstoffmenge, die an die Zylinder geliefert wird, vergrößert die Drehmomentabgabe des Motors.
  • Motorsteuersysteme wurden entwickelt, um ein Motorausgangsdrehmoment zu steuern, um ein Soll-Drehmoment zu erreichen. Herkömmliche Motorsteuersysteme steuern das Motorausgangsdrehmoment jedoch nicht so genau wie gewünscht. Ferner liefern herkömmliche Motorsteuersysteme kein schnelles Ansprechen auf Steuersignale oder stimmen die Motordrehmomentsteuerung zwischen verschiedenen Einrichtungen nicht ab, welche die Motordrehmomentabgabe beeinflussen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Motorsteuermodul umfasst ein Luftsteuermodul, ein Zündfunkensteuermodul und ein Reservenmodul. Das Luftsteuermodul steuert ein Drosselventil eines Motors basierend auf einer angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung. Das Zündfunkensteuermodul steuert einen Zündfunkenzeitpunkt des Motors basierend auf einer angepassten Momentandrehmomentanforderung. Das Reservenmodul ermittelt eine vermittelte Reserve basierend auf einem Maximum von einer Minimalreserve oder einer Additivreservesumme. Das Reservenmodul erzeugt auch die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung basierend auf einer Summe einer vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und einer angeforderten Reserve, wobei die angeforderte Reserve auf der vermittelten Reserve basiert.
  • Ein Verfahren umfasst, dass ein Drosselventil eines Motors basierend auf einer angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung gesteuert wird; dass ein Zündfunkenzeitpunkt des Motors basierend auf einer angepassten Momentandrehmomentanforderung gesteuert wird; dass eine vermittelte Reserve basierend auf einem Maximum von einer Minimalreserve oder einer Additivreservesumme ermittelt wird; und dass die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung basierend auf einer Summe einer vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und einer angeforderten Reserve erzeugt wird, wobei die angeforderte Reserve auf der vermittelten Reserve basiert.
  • Weitere Anwendbarkeitsgebiete 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 den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
  • 1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 3A–3C graphische Beispiele einer Drehmomentreserve gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung sind;
  • 4 eine beispielhafte Implementierung des Reserven/Lastenmoduls von 2 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist; und
  • 5 ein Flussdiagramm ist, das den beispielhaften Betrieb des Reserven/Lastenmoduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. 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 ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis der Schaltungslogik und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
  • Nun auf 1 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 weist einen Motor 102 auf, der ein Luft/Kraftstoffgemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug basierend auf einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Luft wird durch ein Drosselventil 112 in einen Einlasskrümmer 110 gesaugt. Lediglich beispielhaft kann das Drosselventil 112 ein Schmetterlingsventil mit einem rotierbaren Blatt aufweisen. Ein Motorsteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drosselaktuatormodul 116, welches das Öffnen des Drosselventils 112 regelt, um die Luftmenge zu steuern, die in den Einlasskrümmer 110 gesaugt wird.
  • Luft wird aus dem Einlasskrümmer 110 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, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit unter bestimmten Motorbetriebsbedingungen verbessern kann.
  • Der Motor 102 kann unter Verwendung eines Viertaktzyklus arbeiten. Die vier Takte, die unten beschrieben werden, werden als der Einlasstakt, der Verdichtungstakt, der Verbrennungstakt und der Auslasstakt bezeichnet.
  • Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) treten zwei der vier Takte in dem Zylinder 118 auf. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen notwendig, damit der Zylinder 118 alle vier Takte durchläuft.
  • Während des Einlasstakts wird Luft aus dem Einlasskrümmer 110 durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gesaugt. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoff-Aktuatormodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung regelt, um ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis zu erreichen. Kraftstoff kann an einem zentralen Ort oder an mehreren Orten in den Einlasskrümmer 110 eingespritzt werden, wie z. B. in der Nähe des Einlassventils 122 jedes der Zylinder. Bei verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die den Zylinder zugeordnet sind, eingespritzt werden. Das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 kann die Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder stoppen, die deaktiviert sind.
  • Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 118. Während des Verdichtungstakts verdichtet ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 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, die als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird.
  • Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann durch ein Zeitpunktsignal gesteuert werden, das spezifiziert, wieweit vor oder nach dem TDC der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition direkt auf die Kurbelwellendrehung bezogen ist, kann der Betrieb des Zündfunken-Aktuatormoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 die Lieferung des Zündfunkens an deaktivierte Zylinder stoppen.
  • Das Erzeugen des Zündfunkens kann als ein Zündungsereignis bezeichnet werden. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann die Fähigkeit aufweisen, den Zeitpunkt des Zündfunkens für jedes Zündungsereignis zu variieren. Zusätzlich kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 die Fähigkeit aufweisen, den Zeitpunkt des Zündfunkens für ein gegebenes Zündungsereignis sogar dann zu variieren, wenn eine Änderung in dem Zeitpunktsignal nach dem Zündungsereignis unmittelbar vor dem gegebenen Zündungsereignis empfangen wird.
  • Während des Verbrennungstakts treibt die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs den Kolben abwärts, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Verbrennungstakt kann als die Zeit zwischen dem Erreichen des TDC durch den Kolben und der Zeit definiert werden, zu der der Kolben zu dem unteren Totpunkt (BDC) zurückkehrt.
  • Während des Auslasstakts beginnt der Kolben, sich 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.
  • 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 (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 1118 und/oder die Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) mehrerer Reihen von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 und/oder die Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) für mehrere Reihen von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern.
  • Das Zylinderaktuatormodul 120 kann den Zylinder 118 deaktivieren, indem das Öffnen des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 deaktiviert wird. Bei verschiedenen anderen Implementierungen können das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch andere Einrichtungen als Nockenwellen gesteuert werden, wie beispielsweise elektromagnetische Aktuatoren.
  • 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. Wenn er implementiert ist, kann ein variabler Ventilhub (nicht gezeigt) ebenso durch das Phasensteller-Aktuatormodul 158 gesteuert werden.
  • Das Motorsystem 100 kann auch eine Ladedruckeinrichtung aufweisen, die unter Druck stehende Luft an den Einlasskrümmer 110 liefert. Beispielsweise zeigt 1 einen Turbolader 160, der eine heiße Turbine 160-1 aufweist, die durch heiße Abgase angetrieben wird, die durch das Abgassystem 134 strömen. Der Turbolader weist auch einen von der Turbine 160-1 angetriebenen Kompressor 160-2 für kalte Luft auf, der Luft verdichtet, die in das Drosselventil 112 geführt wird. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein von der Kurbelwelle angetriebener Turbokompressor (nicht gezeigt) Luft von dem Drosselventil 112 verdichten und die verdichtete Luft an den Einlasskrümmer 110 liefern.
  • Ein Ladedruck-Regelventil 162 kann dem Abgas ermöglichen, an dem Turbolader 160 vorbeizuströmen, wodurch der Ladedruck (der Betrag der Einlassluftverdichtung) des Turboladers 160 verringert wird. Das ECM 114 steuert den Turbolader mittels eines Ladedruck-Aktuatormoduls 164. Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers modulieren, indem die Position des Ladedruck-Regelventils 162 gesteuert wird. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Turbolader durch das Ladedruck-Aktuatormodul 164 gesteuert werden. Der Turbolader kann eine variable Geometrie aufweisen, die durch das Ladedruck-Aktuatormodul 164 gesteuert werden kann.
  • Ein Zwischenkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der Wärme der verdichteten Luftladung dissipieren, die erzeugt wird, wenn die Luft verdichtet wird. Die verdichtete Luftladung kann auch Wärme von Komponenten des Abgassystems 134 absorbiert haben. Obwohl sie zu Darstellungszwecken getrennt gezeigt sind, können die Turbine 160-1 und der Kompressor 160-2 aneinander befestigt sein und die Einlassluft in unmittelbarer Nähe zu dem heißen Abgas platzieren.
  • Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Einlasskrümmer 110 zurückleitet. Das AGR-Ventil 170 kann stromaufwärts der Turbolader-Turbine 160-1 angeordnet sein. Das AGR-Ventil 170 kann durch ein AGR-Aktuatormodul 172 gesteuert werden.
  • Das Motorsystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (RPM) unter Verwendung eines RPM-Sensors 180 messen. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 182 gemessen 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).
  • Der Druck in dem Einlasskrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorvakuum gemessen werden, welches die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 110 ist. Die Massendurchsatzrate der Luft, die in den Einlasskrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Luftmassenströmungssensors (MAF-Sensors) 186 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse angeordnet sein, das auch das Drosselventil 112 umfasst.
  • Das Drosselaktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Umgebungstemperatur der Luft, die in den Motor 102 gesaugt wird, kann unter Verwendung eines Einlassluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
  • 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 Motordrehmoment während eines Gangwechsels verringern. Das ECM 114 kann mit einem Hybrid steuermodul 196 kommunizieren, um den Betrieb des Motors 102 und eines Elektromotors 198 abzustimmen.
  • Der Elektromotor 198 kann auch als ein Generator funktionieren und kann verwendet werden, um elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Systeme des Fahrzeugs und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in ein oder mehrere Module integriert werden.
  • Jedes System, das einen Motorparameter variiert, kann als ein Aktuator bezeichnet werden, der einen Aktuatorwert empfangt. Beispielsweise kann das Drosselaktuatormodul 116 als ein Aktuator bezeichnet werden, und die Drosselöffnungsfläche kann als ein Aktuatorwert bezeichnet werden. In dem Beispiel von 1 erreicht das Drosselaktuatormodul 116 die Drosselöffnungsfläche, indem ein Winkel des Blatts des Drosselventils 112 angepasst wird.
  • Auf ähnliche Weise kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 als ein Aktuator bezeichnet werden, während der entsprechende Aktuatorwert der Betrag der Zündfunkenvorverstellung relativ zu dem Zylinder-TDC ist. Andere Aktuatoren können das Zylinderaktuatormodul 120, das Kraftstoff-Aktuatormodul 124, das Phasensteller-Aktuatormodul 158, das Ladedruck-Aktuatormodul 164 und das AGR-Aktuatormodul 172 umfassen. Für diese Aktuatoren können die Aktuatorwerte der Anzahl der aktivierten Zylinder, der Kraftstoffzufuhrrate, den Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerwinkeln, dem Ladedruck bzw. der AGR-Ventilöffnungsfläche entsprechen. Das ECM 114 kann die Aktuatorwerte steu ern, um zu bewirken, dass der Motor 102 ein Soll-Motorausgangsdrehmoment erzeugt.
  • Nun auf 2 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems dargestellt. Eine beispielhafte Implementierung des ECM 114 umfasst ein Fahrerdrehmomentmodul 202. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine Fahrerdrehmomentanforderung basierend auf einer Fahrereingabe von dem Fahrereingabemodul 104 ermitteln. Die Fahrereingabe kann auf einer Position eines Gaspedals basieren. Die Fahrereingabe kann auch auf einem Tempomat basieren, der ein adaptives Tempomatsystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um eine vorbestimmte Nachfolgedistanz aufrecht zu erhalten. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine oder mehrere Abbildungen der Gaspedalposition auf ein Solldrehmoment speichern, und es kann die Fahrerdrehmomentanforderung basierend auf einer ausgewählten der Abbildungen ermitteln.
  • Ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 vermittelt zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung von dem Fahrerdrehmomentmodul 202 und anderen Achsendrehmomentanforderungen. Die Drehmomentanforderungen können absolute Drehmomentanforderungen wie auch relative Drehmomentanforderungen und Rampenanforderungen umfassen. Lediglich beispielhaft können die Rampenanforderungen eine Anforderung umfassen, dass das Drehmoment bis zu einem minimalen Motorabschaltdrehmoment rampenartig abnimmt oder dass das Drehmoment von dem minimalen Motorabschaltdrehmoment rampenartig zunimmt. Die relativen Drehmomentanforderungen können vorübergehende oder dauerhafte Drehmomentverringerungen oder -zunahmen umfassen.
  • Die Achsendrehmomentanforderungen können eine Drehmomentverringerung umfassen, die von einem Traktionssteuersystem angefordert wird, wenn ein positiver Radschlupf detektiert wird. Der positive Radschlupf tritt auf, wenn das Achsendrehmoment die Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet und die Räder gegenüber der Straßenoberfläche zu rutschen beginnen. Die Achsendrehmomentanforderungen können auch eine Anforderung einer Drehmomentzunahme umfassen, um einem negativen Radschlupf entgegenzuwirken, wobei ein Reifen des Fahrzeugs in der anderen Richtung bezogen auf die Straßenoberfläche rutscht, da das Achsendrehmoment negativ ist.
  • Die Achsendrehmomentanforderungen können auch Bremsverwaltungsanforderungen und Drehmomentanforderungen aufgrund überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen. Bremsverwaltungsanforderungen können das Motordrehmoment verringern, um sicherzustellen, dass die Motordrehmomentabgabe nicht die Fähigkeit der Bremsen übersteigt, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug gestoppt wird. Die Drehmomentanforderungen aufgrund überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit können das Motorausgangsdrehmoment verringern, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet. Die Achsendrehmomentanforderungen können auch von Karosseriestabilitäts-Kontrollsystemen hervorgerufen werden.
  • Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 gibt eine vorausgesagte Drehmomentanforderung und eine Momentandrehmomentanforderung basierend auf den Ergebnissen einer Vermittlung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen aus. Wie unten beschrieben, können die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung von dem Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 104 durch andere Module des ECM 114 selektiv angepasst werden, bevor die verwendet werden, um Aktuatoren des Motors 102 zu steuern.
  • Allgemein gesagt ist die Momentandrehmomentanforderung der Betrag des gegenwärtigen Soll-Motorausgangsdrehmoments, während die vorausgesagte Drehmomentanforderung der Betrag des Motorausgangsdrehmoments ist, der kurzfristig benötigt werden kann. Das ECM 114 steuert den Motor 102 daher, um ein Motorausgangsdrehmoment gleich der Momentandrehmomentanforderung zu erzeugen. Verschiedene Kombinationen von Aktuatorwerten können jedoch zu dem gleichen Motorausgangsdrehmoment führen. Das ECM 114 kann daher die Aktuatorwerte anpassen, um einen schnelleren Übergang zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung zu ermöglichen, während das Motorausgangsdrehmoment weiterhin bei der Momentandrehmomentanforderung aufrechterhalten wird.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung auf der Fahrerdrehmomentanforderung basieren. Die Momentandrehmomentanforderung kann kleiner als die vorausgesagte Drehmomentanforderung sein, beispielsweise wenn die Fahrerdrehmomentanforderung einen Radschlupf auf einer vereisten Oberfläche verursacht. In einem derartigen Fall kann ein Traktionssteuersystem (nicht gezeigt) mittels der Momentandrehmomentanforderung eine Verringerung anfordern, und das ECM 114 verringert das durch den Motor 102 erzeugte Drehmoment auf die Momentandrehmomentanforderung. Das ECM 114 steuert den Motor 102 jedoch derart, dass der Motor 102 das Erzeugen der vorausgesagten Drehmomentanforderung schnell fortsetzen kann, sobald der Radschlupf aufhört.
  • Allgemein gesagt kann die Differenz zwischen der Momentandrehmomentanforderung und der höheren vorausgesagten Drehmomentanforderung als eine Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve repräsentiert den Betrag eines zusätzlichen Drehmoments, dessen Erzeugung der Motor 102 mit einer minimalen Verzögerung beginnen kann. Schnelle Motoraktuatoren werden verwendet, um das Ist-Motorausgangsdrehmoment zu erhöhen oder zu verringern. Wie unten in größerem Detail beschrieben, werden die schnellen Motoraktuatoren im Gegensatz zu langsamen Motoraktuatoren definiert.
  • Bei verschiedenen Implementierungen sind die schnellen Motoraktuatoren in der Lage, das Motorausgangsdrehmoment innerhalb eines Bereichs zu variieren, wobei der Bereich durch die langsamen Motoraktuatoren festgelegt wird. Bei derartigen Implementierungen ist die Obergrenze des Bereichs die vorausgesagte Drehmomentanforderung, während die Untergrenze des Bereichs durch die Drehmomentkapazität der schnellen Aktuatoren begrenzt ist. Lediglich beispielhaft können die schnellen Aktuatoren nur in der Lage sein, das Motorausgangsdrehmoment um einen ersten Betrag zu verringern, wobei der erste Betrag ein Maß für die Drehmomentkapazität der schnellen Aktuatoren ist. Der erste Betrag kann basierend auf Motorbetriebsbedingungen variieren, die durch die langsamen Motoraktuatoren festgelegt werden. Wenn die Momentandrehmomentanforderung in dem Bereich liegt, können die schnellen Motoraktuatoren eingestellt werden, um zu bewirken, dass das Motorausgangsdrehmoment gleich der Momentandrehmomentanforderung ist. Wenn das ECM 114 anfordert, dass die vorausgesagte Drehmomentanforderung ausgegeben wird, können die schnellen Motoraktuatoren gesteuert werden, um das Motorausgangsdrehmoment bis zu der Obergrenze des Bereichs zu variieren, welche die vorausgesagte Drehmomentanforderung ist.
  • Allgemein gesagt können schnelle Motoraktuatoren im Vergleich zu langsamen Motoraktuatoren das Motorausgangsdrehmoment schneller ändern. Langsame Aktuatoren können langsamer als schnelle Aktuatoren auf Änderungen ihrer entsprechenden Aktuatorwerte ansprechen. Beispielsweise kann ein langsamer Aktuator mechanische Komponenten aufweisen, die Zeit benötigen, um sich in Ansprechen auf eine Änderung des Aktuatorwerts von einer Position zu einer anderen zu bewegen. Ein langsamer Aktuator kann auch durch den Zeitbetrag charakterisiert werden, der benötigt wird, bis sich das Motorausgangsdrehmoment zu ändern beginnt, sobald der langsame Aktuator beginnt, den geänderten Aktuatorwert zu implementieren. Im Allgemeinen wird dieser Zeitbetrag für langsame Aktuatoren größer als für schnelle Aktuatoren sein. Zusätzlich kann das Motorausgangsdrehmoment sogar nach dem Beginn der Änderung mehr Zeit benötigen, um auf eine Änderung eines langsamen Aktuators vollständig anzusprechen.
  • Lediglich beispielhaft kann das ECM 114 die Aktuatorwerte für die langsamen Aktuatoren auf Werte festlegen, die dem Motor 102 ermöglichen würden, die vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erzeugen, wenn die schnellen Aktuatoren auf geeignete Werte eingestellt würden. In der Zwischenzeit kann das ECM 114 die Aktuatorwerte für die schnellen Aktuatoren auf Werte festlegen, die bei gegebenen Werten für die langsamen Aktuatoren bewirken, dass der Motor 102 die Momentandrehmomentanforderung anstelle der vorausgesagten Drehmomentanforderung erzeugt.
  • Die Werte für die schnellen Aktuatoren können daher bewirken, dass der Motor 102 die Momentandrehmomentanforderung erzeugt. Wenn das ECM 114 entscheidet, das Motorausgangsdrehmoment von der Momentandrehmomentanforderung zu der vorausgesagten Drehmomentanforde rung überzuleiten, ändert das ECM 114 die Aktuatorwerte für einen oder mehrere schnelle Aktuatoren auf Werte, die der vorausgesagten Drehmomentanforderung entsprechen. Da die Werte für die langsamen Aktuatoren bereits basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung eingestellt sind, kann der Motor 102 bereits nach der Verzögerung, die durch die schnellen Aktuatoren bedingt ist, die vorausgesagte Drehmomentanforderung erzeugen. Mit anderen Worten wird die längere Verzögerung vermieden, die ansonsten aus einer Änderung des Motorausgangsdrehmoments unter Verwendung der langsamen Aktuatoren resultieren würde.
  • Lediglich beispielhaft kann, wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung gleich der Fahrerdrehmomentanforderung ist, eine Drehmomentreserve erzeugt werden, wenn die Momentandrehmomentanforderung aufgrund einer vorübergehenden Drehmomentverringerungsanforderung kleiner als die Fahrerdrehmomentanforderung ist. Alternativ kann eine Drehmomentreserve erzeugt werden, indem die vorausgesagte Drehmomentanforderung über die Fahrerdrehmomentanforderung erhöht wird, während die Momentandrehmomentanforderung bei der Fahrerdrehmomentanforderung aufrechterhalten wird. Die resultierende Drehmomentreserve kann plötzliche Zunahmen des angeforderten Motorausgangsdrehmoments absorbieren. Lediglich beispielhaft können plötzliche Lasten von einer Klimaanlage oder einer Servolenkungspumpe ausgeglichen werden, indem die Momentandrehmomentanforderung erhöht wird. Wenn die Zunahme der Momentandrehmomentanforderung kleiner als die Drehmomentreserve ist, kann die Zunahme unter Verwendung schneller Aktuatoren schnell erzeugt werden. Die vorausgesagte Drehmomentanforderung kann dann ebenso erhöht werden, um die vorhergehende Drehmomentreserve wieder herzustellen.
  • Eine andere beispielhafte Verwendung einer Drehmomentreserve ist das Verringern von Fluktuationen der Werte für langsame Aktuatoren. Aufgrund ihrer relativ langsamen Geschwindigkeit kann das Variieren der Werte für die langsamen Aktuatoren eine Steuerinstabilität erzeugen. Zusätzlich können die langsamen Aktuatoren mechanische Teile aufweisen, die mehr Leistung aufnehmen können und/oder sich schneller abnutzen können, wenn sie häufig bewegt werden. Das Erzeugen einer ausreichenden Drehmomentreserve ermöglicht, dass Änderungen des Soll-Drehmoments durchgeführt werden, indem die schnellen Aktuatoren mittels der Momentandrehmomentanforderung variiert werden, während die Werte der langsamen Aktuatoren aufrechterhalten werden. Beispielsweise kann die Momentandrehmomentanforderung innerhalb eines Bereichs variieren, um eine gegebene Leerlaufdrehzahl aufrecht zu erhalten. Wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung auf ein Niveau oberhalb dieses Bereichs festgelegt wird, können Veränderungen in der Momentandrehmomentanforderung, welche die Leerlaufdrehzahl aufrechterhalten, unter Verwendung der schnellen Aktuatoren ohne die Notwendigkeit durchgeführt werden, die langsamen Aktuatoren einzustellen.
  • Lediglich beispielhaft kann bei einem Motor mit Funkenzündung der Zündfunkenzeitpunkt ein schneller Aktuator sein, während die Drosselöffnungsfläche ein langsamer Aktuator sein kann. Motoren mit Funkenzündung können Kraftstoffe verbrennen, einschließlich beispielsweise Benzin und Ethanol, indem ein Zündfunken angewendet wird. Im Gegensatz dazu können Motoren mit Kompressionszündung Kraftstoffe verbrennen, einschließlich beispielsweise Diesel, indem die Kraftstoffe verdichtet werden.
  • Nachdem ein neuer Aktuatorwert empfangen wird, kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 in der Lage sein, den Zündfunkenzeitpunkt für das nachfolgende Zündungsereignis zu ändern. Wenn der Zündfunkenzeitpunkt (auch als Zündfunkenvorverstellung bezeichnet) für ein Zündungsereignis auf einen kalibrierten Wert eingestellt wird, wird in dem Verbrennungstakt unmittelbar nach dem Zündungsereignis ein maximales Drehmoment erzeugt. Eine Zündfunkenvorverstellung, die von dem kalibrierten Wert abweicht, kann jedoch den Drehmomentbetrag verringern, der in dem Verbrennungstakt erzeugt wird. Daher kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 in der Lage sein, das Motorausgangsdrehmoment zu variieren, sobald das nächste Zündungsereignis auftritt, indem die Zündfunkenvorverstellung variiert wird. Lediglich beispielhaft kann eine Tabelle von Zündfunkenvorverstellungen, die unterschiedlichen Motorbetriebsbedingungen entsprechen, während einer Kalibrierungsphase der Fahrzeugausgestaltung ermittelt werden, und der kalibrierte Wert wird basierend auf den gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen aus der Tabelle ausgewählt.
  • Im Gegensatz dazu benötigen Änderungen der Drosselöffnungsfläche mehr Zeit, um das Motorausgangsdrehmoment zu beeinflussen. Das Drosselaktuatormodul 116 ändert die Drosselöffnungsfläche, indem der Winkel des Blatts des Drosselventils 112 eingestellt wird. Sobald ein neuer Aktuatorwert empfangen wird, tritt daher eine mechanische Verzögerung auf, wenn sich das Drosselventil 112 basierend auf dem neuen Aktuatorwert von seiner vorhergehenden Position zu einer neuen Position bewegt. Zusätzlich sind Änderungen des Luftdurchsatzes, die auf der Drosselventilöffnung basieren, Lufttransportverzögerungen in dem Einlasskrümmer 110 unterworfen. Ferner wird ein erhöhter Luftdurchsatz in dem Einlasskrümmer 110 nicht als eine Zunahme des Motorausgangsdrehmoments realisiert, bis der Zylinder 118 die zusätzliche Luft in dem nächsten Einlasstakt empfangt, die zusätzliche Luft verdichtet und den Verbrennungstakt beginnt.
  • Unter Verwendung dieser Aktuatoren als ein Beispiel kann eine Drehmomentreserve erzeugt werden, indem die Drosselöffnungsfläche auf einen Wert festgelegt wird, der dem Motor 102 erlauben würde, eine vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erzeugen. In der Zwischenzeit kann der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf einer Momentandrehmomentanforderung festgelegt werden, die kleiner als die vorausgesagte Drehmomentanforderung ist. Obwohl die Drosselöffnungsfläche genügend Luft für den Motor 102 erzeugt, um die vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erzeugen, wird der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der Momentandrehmomentanforderung nach spät verstellt (was das Drehmoment verringert). Das Motorausgangsdrehmoment wird daher gleich der Momentandrehmomentanforderung sein.
  • Wenn ein zusätzliches Drehmoment benötigt wird, beispielsweise wenn der Klimaanlagenkompressor gestartet wird oder wenn die Traktionssteuerung ermittelt, dass ein Radschlupf aufgehört hat, kann der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung eingestellt werden. Bei dem nachfolgenden Zündungsereignis kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 die Zündfunkenvorverstellung auf einen kalibrierten Wert zurückstellen, was dem Motor 102 erlaubt, das volle Motorausgangsdrehmoment zu erzeugen, das bei dem bereits vorhandenen Luftdurchsatz erreichbar ist. Das Motorausgangsdrehmoment kann daher schnell auf die vorausgesagte Drehmomentanforderung erhöht werden, ohne dass Verzögerungen durch das Ändern der Drosselöffnungsfläche wahrgenommen werden.
  • Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung an ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 ausgeben. Bei verschie denen Implementierungen kann das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung an ein Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben. Das Hybridoptimierungsmodul 208 ermittelt, wie viel Drehmoment von dem Motor 102 erzeugt werden sollte und wie viel Drehmoment von dem Elektromotor 198 erzeugt werden sollte. Das Hybridoptimierungsmodul 208 gibt dann eine modifizierte vorausgesagte Drehmomentanforderung und eine modifizierte Momentandrehmomentanforderung an das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 aus. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 208 in dem Hybridsteuermodul 196 implementiert werden.
  • Die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung, die von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 empfangen werden, werden von einer Achsendrehmomentdomäne (Drehmoment an den Rädern) in eine Antriebsdrehmomentdomäne (Drehmoment an der Kurbelwelle) umgewandelt. Diese Umwandlung kann vor oder nach dem Hybridoptimierungsmodul 208 oder als Teil oder anstelle von diesem auftreten.
  • Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 vermittelt zwischen Antriebsdrehmomentanforderungen, einschließlich des umgewandelten vorausgesagten Drehmoments und des umgewandelten Momentandrehmoments. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 erzeugt ein vermitteltes vorausgesagtes Drehmoment und ein vermitteltes Momentandrehmoment. Die vermittelten Drehmomente können erzeugt werden, indem eine gewinnende Anforderung unter den empfangenen Anforderungen ausgewählt wird. Alternativ oder zusätzlich können die vermittelten Drehmomente erzeugt werden, indem eine der empfangenen Anforderun gen basierend auf einer oder mehreren anderen der empfangenen Anforderungen modifiziert wird.
  • Andere Antriebsdrehmomentanforderungen können Drehmomentverringerungen zum Schutz vor überhöhter Motordrehzahl, Drehmomentzunahmen zum Verhindern des Abwürgens und Drehmomentverringerungen umfassen, die von dem Getriebesteuermodul 194 angefordert werden, um Gangwechsel aufzunehmen. Die Antriebsdrehmomentanforderungen können auch aus einer Kraftstoffabschaltung wegen der Kupplung resultieren, was das Motorausgangsdrehmoment verringern kann, wenn der Fahrer bei einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe das Kupplungspedal niederdrückt, um ein Aufheulen (schnelles Ansteigen) der Motordrehzahl zu verhindern.
  • Die Antriebsdrehmomentanforderungen können auch eine Motorabschaltanforderung umfassen, die ausgelöst werden kann, wenn ein kritischer Fehler detektiert wird. Lediglich beispielhaft können kritische Fehler die Detektion eines Fahrzeugdiebstahls, einen Motor mit blockiertem Anlasser, Probleme mit der elektronischen Drosselsteuerung und unerwartete Drehmomentzunahmen umfassen. Wenn eine Motorabschaltanforderung vorhanden ist, wählt die Vermittlung bei verschiedenen Implementierungen die Motorabschaltanforderung als gewinnende Anforderung aus. Wenn die Motorabschaltanforderung vorhanden ist, kann das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 für die vermittelten Drehmomente eine Null ausgeben.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann eine Motorabschaltanforderung den Motor 102 unabhängig von dem Vermittlungsprozess einfach abschalten. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 kann die Motorabschaltanforderung weiterhin empfangen, so dass beispielsweise geeignete Daten zu den anderen Drehmomentanforderern zurückgeführt werden können. Beispielsweise können alle anderen Drehmomentanforderer informiert werden, dass sie die Vermittlung verloren haben.
  • Ein RPM-Steuermodul 210 kann ebenfalls eine vorausgesagte Drehmomentanforderung und eine Momentandrehmomentanforderung an das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 ausgeben. Die Drehmomentanforderungen von dem RPM-Steuermodul 210 können bei der Vermittlung vorherrschen, wenn sich das ECM 114 in einem RPM-Modus befindet. Der RPM-Modus kann ausgewählt werden, wenn der Fahrer seinen Fuß von dem Gaspedal entfernt, beispielsweise wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet oder von einer höheren Geschwindigkeit ausrollt. Alternativ oder zusätzlich kann der RPM-Modus ausgewählt werden, wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung von dem Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 kleiner als ein kalibrierbarer Drehmomentwert ist.
  • Das RPM-Steuermodul 210 empfangt eine Soll-RPM von einem RPM-Trajektorienmodul 212 und steuert die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung, um die Differenz zwischen der Soll-RPM und der Ist-RPM zu verringern. Lediglich beispielhaft kann das RPM-Trajektorienmodul 212 eine linear abnehmende Soll-RPM für ein Ausrollen des Fahrzeugs ausgeben, bis eine Leerlauf-RPM erreicht ist. Das RPM-Trajektorienmodul 212 kann dann damit fortfahren, die Leerlauf-RPM als Soll-RPM auszugeben.
  • Ein Reserven/Lastenmodul 220 empfangt die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann die vermittelte vorausgesagte Drehmo mentanforderung und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung anpassen, um eine Drehmomentreserve zu erzeugen und/oder eine oder mehrere Lasten zu kompensieren. Das Reserven/Lastenmodul 220 gibt dann die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung an das Betätigungsmodul 224 aus.
  • Lediglich beispielhaft kann ein Katalysator-Anspringprozess oder ein Prozess zur Verringerung von Kaltstartemissionen erfordern, dass die Zündfunkenvorverstellung nach spät verstellt wird. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann daher die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung über die angepasste Momentandrehmomentanforderung hinaus erhöhen, um den nach spät verstellten Zündfunken für den Prozess zur Verringerung von Kaltstartemissionen zu erzeugen. Bei einem anderen Beispiel können das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors und/oder der Luftmassendurchsatz direkt variiert werden, wie z. B. durch ein Testen des Äquivalenzverhältnisses mittels einer eingreifenden Diagnostik und/oder durch ein Spülen eines neuen Motors. Bevor diese Prozesse beginnen, kann eine Drehmomentreserve erzeugt oder erhöht werden, um Verringerungen des Motorausgangsdrehmoments, die aus einem Magerwerden des Luft/Kraftstoffverhältnisses während dieser Prozesse resultieren, schnell auszugleichen.
  • Das Reserven/Lastenmodul 220 kann auch eine Drehmomentreserve in Erwartung einer zukünftigen Last, wie z. B. des Betriebs der Servolenkungspumpe oder des Einrückens der Klimaanlagen-Kompressorkupplung (A/C-Kompressorkupplung), erzeugen oder erhöhen. Die Reserve für die Einrückung der A/C-Kompressorkupplung kann erzeugt werden, wenn der Fahrer die Klimaanlage zum ersten Mal anfordert. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann die angepasste vorausgesagte Drehmomen tanforderung erhöhen, während die angepasste Momentandrehmomentanforderung unverändert gelassen wird, um die Drehmomentreserve zu erzeugen. Dann, wenn die A/C-Kupplung einrückt, kann das Reserven/Lastenmodul 220 die Momentandrehmomentanforderung um geschätzte Last der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
  • Ein Betätigungsmodul 224 empfangt die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung von dem Reserven/Lastenmodul 220. Das Betätigungsmodul 224 ermittelt, wie die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung erreicht werden. Das Betätigungsmodul 224 kann für den Motortyp spezifisch sein. Beispielsweise kann das Betätigungsmodul 224 für Motoren mit Funkenzündung gegenüber Motoren mit Kompressionszündung unterschiedlich implementiert sein oder unterschiedliche Steuerschemata verwenden.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 224 eine Grenze zwischen Modulen, die für alle Motortypen gemeinsam gebräuchlich sind, und Modulen definieren, die spezifisch für den Motortyp sind. Beispielsweise können die Motortypen die Funkenzündung und die Kompressionszündung umfassen. Die Module vor dem Betätigungsmodul 224, wie beispielsweise das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206, können für die Motortypen gemeinsam gebräuchlich sein, während das Betätigungsmodul 224 und die nachfolgenden Module spezifisch für den Motortyp sein können.
  • Beispielsweise kann das Betätigungsmodul 224 bei einem Motor mit Funkenzündung die Öffnung des Drosselventils 112 als ein langsamer Aktuator variieren, der einen weiten Bereich für die Drehmomentsteuerung ermöglicht. Das Betätigungsmodul 224 kann Zylinder unter Verwen dung des Zylinderaktuatormoduls 120 deaktivieren, was auch einen weiten Bereich für die Drehmomentsteuerung liefert, aber ebenso langsam sein kann und zusätzlich Fahrbarkeits- und Emissionsprobleme mit sich bringen kann. Das Betätigungsmodul 224 kann den Zündfunkenzeitpunkt als einen schnellen Aktuator verwenden. Der Zündfunkenzeitpunkt kann jedoch keinen so großen Bereich für die Drehmomentsteuerung liefern. Zusätzlich kann der Betrag der Drehmomentsteuerung variieren, der mit Änderungen des Zündfunkens möglich ist (als Zündfunkenkapazität bezeichnet), wenn sich der Luftdurchsatz ändert.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 224 eine Luftdrehmomentanforderung basierend auf der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung erzeugen. Die Luftdrehmomentanforderung kann der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung gleich sein und den Luftdurchsatz derart einstellen, dass die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung durch Änderungen der anderen Aktuatoren erreicht werden kann.
  • Ein Luftsteuermodul 228 kann Soll-Aktuatorwerte basierend auf der Luftdrehmomentanforderung ermitteln. Beispielsweise kann das Luftsteuermodul 228 den Soll-Krümmerabsolutdruck (Soll-MAP), die Soll-Drosselfläche und/oder die Soll-Luft pro Zylinder (Soll-APC) steuern. Der Soll-MAP kann verwendet werden, um einen Soll-Ladedruck zu ermitteln, und die Soll-APC kann verwendet werden, um Soll-Phasenstellerpositionen zu ermitteln. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 228 auch einen Betrag des Öffnens des AGR-Ventils 170 ermitteln.
  • Das Betätigungsmodul 224 kann auch eine Zündfunken-Drehmomentanforderung, eine Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung und eine Kraftstoffmassen-Drehmomentanforderung erzeugen. Die Zündfunken- Drehmomentanforderung kann von einem Zündfunkensteuermodul 232 verwendet werden, um zu ermitteln, wie viel der Zündfunkenzeitpunkt bezogen auf eine kalibrierte Zündfunkenvorverstellung nach spät verstellt werden soll (was das Motorausgangsdrehmoment verringert).
  • Die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung kann von einem Zylindersteuermodul 236 verwendet werden, um zu ermitteln, wie viele Zylinder deaktiviert werden sollen. Das Zylindersteuermodul 236 kann das Zylinderaktuatormodul 120 anweisen, einen oder mehrere Zylinder des Motors 102 zu deaktivieren. Bei verschiedenen Implementierungen kann eine vordefinierte Gruppe von Zylindern gemeinsam deaktiviert werden.
  • Das Zylindersteuermodul 236 kann auch ein Kraftstoffsteuermodul 240 anweisen, die Kraftstofflieferung an die deaktivierten Zylinder zu stoppen, und es kann das Zündfunkensteuermodul 232 anweisen, die Lieferung des Zündfunkens an die deaktivierten Zylinder zu stoppen. Bei verschiedenen Implementierungen stoppt das Zündfunkensteuermodul 232 die Lieferung des Zündfunkens für einen Zylinder nur, sobald ein beliebiges Kraftstoff/Luftgemisch, das bereits in dem Zylinder vorhanden ist, verbrannt wurde.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zylinderaktuatormodul 120 ein Hydrauliksystem umfassen, das die Einlass- und/oder Auslassventile für einen oder mehrere Zylinder von den entsprechenden Nockenwellen selektiv abkoppelt, um diese Zylinder zu deaktivieren. Lediglich beispielhaft werden die Ventile für die Hälfte der Zylinder als eine Gruppe durch das Zylinderaktuatormodul 120 entweder hydraulisch angekoppelt oder abgekoppelt. Bei verschiedenen Implementierungen können die Zylinder deaktiviert werden, indem einfach die Kraftstoffzufuhr zu diesen Zylindern gestoppt wird, ohne dass das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile gestoppt wird. Bei solchen Implementierungen kann das Zylinderaktuatormodul 120 weggelassen werden.
  • Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann die Menge des an jeden Zylinder gelieferten Kraftstoffs basierend auf der Kraftstoffmassen-Drehmomentanforderung von dem Betätigungsmodul 224 variieren. Während des normalen Betriebs eines Motors mit Funkenzündung kann das Kraftstoffsteuermodul 240 versuchen, ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis aufrechtzuerhalten. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann daher eine Kraftstoffmasse ermitteln, die eine stöchiometrische Verbrennung ergibt, wenn sie mit der gegenwärtigen Luftmenge pro Zylinder kombiniert wird. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann das Kraftstoffaktuatormodul 124 anweisen, diese Kraftstoffmasse für jeden aktivierten Zylinder einzuspritzen.
  • Basierend auf der Kraftstoffmassen-Drehmomentanforderung kann das Kraftstoffsteuermodul 240 das Luft/Kraftstoffverhältnis bezogen auf die Stöchiometrie anpassen, um das Motorausgangsdrehmoment zu erhöhen oder zu verringern. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann dann eine Kraftstoffmasse für jeden Zylinder ermitteln, die das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis erreicht. Bei Dieselsystemen kann die Kraftstoffmasse der primäre Aktuator sein, um das Motorausgangsdrehmoment zu steuern.
  • Eine Moduseinstellung kann ermitteln, wie das Betätigungsmodul 224 die angepasste Momentandrehmomentanforderung behandelt. Die Moduseinstellung kann an das Betätigungsmodul 224 geliefert werden, beispielsweise durch das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206, und es kann Modi auswählen, die einen inaktiven Modus, einen gefälligen Modus, einen Maximalbereichsmodus und einen Selbstbetätigungsmodus umfassen.
  • In dem inaktiven Modus kann das Betätigungsmodul 224 die angepasste Momentandrehmomentanforderung ignorieren und das Motorausgangsdrehmoment basierend auf der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung einstellen. Das Betätigungsmodul 224 kann daher die Zündfunken-Drehmomentanforderung, die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung und die Kraftstoffmassen-Drehmomentanforderung auf die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung einstellen, was das Motorausgangsdrehmoment für die gegenwärtigen Motorluftdurchsatzbedingungen maximiert. Alternativ kann das Betätigungsmodul 224 diese Anforderungen auf vorbestimmte (beispielsweise unerreichbar hohe) Werte einstellen, um Drehmomentverringerungen durch die Zündfunkenverstellung nach spät, das Deaktivieren von Zylindern oder das Verringern des Kraftstoff/Luftverhältnisses zu unterbinden.
  • In dem gefälligen Modus gibt das Betätigungsmodul 224 die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung als die Luftdrehmomentanforderung aus und versucht, die angepasste Momentandrehmomentanforderung zu erreichen, indem nur die Zündfunkenvorverstellung angepasst wird. Das Betätigungsmodul 224 gibt daher die angepasste Momentandrehmomentanforderung als die Zündfunken-Drehmomentanforderung aus. Das Zündfunkensteuermodul 232 wird den Zündfunken so weit wie möglich nach spät verstellen, um zu versuchen, die Zündfunken-Drehmomentanforderung zu erreichen. Wenn die Verringerung des Soll-Drehmoments größer als die Zündfunkenreservekapazität ist (der Betrag der durch die Zündfunkenverstellung nach spät erreichbaren Drehmomentverringerung), kann die Drehmomentverringerung nicht erreicht werden. Das Motorausgangsdrehmoment wird dann größer als die angepasste Momentandrehmomentanforderung sein.
  • In dem Maximalbereichsmodus kann das Betätigungsmodul 224 die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung als die Luftdrehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung als die Zündfunken-Drehmomentanforderung ausgeben. Zusätzlich kann das Betätigungsmodul 224 eine Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung verringern (wodurch Zylinder deaktiviert werden), wenn die Verringerung der Zündfunkenvorverstellung alleine nicht in der Lage ist, die angepasste Momentandrehmomentanforderung zu erreichen.
  • In dem Selbstbetätigungsmodus kann das Betätigungsmodul 224 die Luftdrehmomentanforderung basierend auf der angepassten Momentandrehmomentanforderung verringern. Bei verschiedenen Implementierungen kann die Luftdrehmomentanforderung nur so weit verringert werden, wie es notwendig ist, um dem Zündfunkensteuermodul 232 zu erlauben, die angepasste Momentandrehmomentanforderung durch ein Anpassen der Zündfunkenvorverstellung zu erreichen. Daher wird die angepasste Momentandrehmomentanforderung in dem Selbstbetätigungsmodus erreicht, während die Luftdrehmomentanforderung so wenig wie möglich angepasst wird. Mit anderen Worten wird die Verwendung der relativ langsam ansprechenden Drosselventilöffnung minimiert, indem die schnell ansprechende Zündfunkenvorverstellung so weit wie möglich verringert wird. Dies ermöglicht dem Motor 102, so schnell wie möglich zu der Erzeugung der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung zurückzukehren.
  • Ein Drehmomentschätzmodul 244 kann die Drehmomentabgabe des Motors 102 schätzen. Dieses geschätzte Drehmoment kann von dem Luftsteuermodul 228 verwendet werden, um eine Regelung der Motorluftdurchsatzparameter, wie z. B. der Drosselfläche, des MAP und der Phasen stellerpositionen, auszuführen. Lediglich beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung wie z. B. T = f(APC, S, I, E, AF, OT, #) (1)definiert werden, wobei das Drehmoment (T) eine Funktion der Luft pro Zylinder (APC), der Zündfunkenvorverstellung (S), der Einlass-Nockenphasenstellerposition (I), der Auslass-Nockenphasenstellerposition (E), des Luft/Kraftstoffverhältnisses (AF), der Öltemperatur (OT) und der Anzahl der aktivierten Zylinder (#) ist. Zusätzliche Variablen können auch berücksichtigt werden, wie z. B. der Öffnungsgrad eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils).
  • Diese Beziehung kann durch eine Gleichung modelliert und/oder als eine Nachschlagetabelle gespeichert werden. Das Drehmomentschätzmodul 244 kann die APC basierend auf der gemessenen MAF und der gegenwärtigen RPM ermitteln, wodurch eine Luftregelung basierend auf einem Ist-Luftdurchsatz ermöglicht wird. Die verwendeten Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerpositionen können auf Ist-Positionen basieren, wenn sich die Phasensteller zu den Soll-Positionen bewegen können.
  • Die Ist-Zündfunkenvorverstellung kann verwendet werden, um das Ist-Motorausgangsdrehmoment zu schätzen. Wenn ein kalibrierter Zündfunkenvorverstellungswert verwendet wird, um das Drehmoment zu schätzen, kann das geschätzte Drehmoment als ein geschätztes Luftdrehmoment oder einfach als Luftdrehmoment bezeichnet werden. Das Luftdrehmoment ist eine Schätzung, wie viel Drehmoment der Motor bei dem gegenwärtigen Luftdurchsatz erzeugen könnte, wenn die Zündfunkenverstellung nach spät aufgehoben werden würde (d. h. die Zündfunkenvorverstellung auf den kalibrierten Zündfunkenvorverstellungswert eingestellt werden würde) und alle Zylinder mit Kraftstoff versorgt werden würden.
  • Das Luftsteuermodul 228 kann ein Soll-Flächensignal an das Drosselaktuatormodul 116 ausgeben. Das Drosselaktuatormodul 116 regelt dann das Drosselventil 112, um die Soll-Drosselfläche zu erzeugen. Das Luftsteuermodul 228 kann das Soll-Flächensignal basierend auf einem inversen Drehmomentmodell und der Luftdrehmomentanforderung erzeugen. Das Luftsteuermodul 228 kann das geschätzte Luftdrehmoment und/oder das MAF-Signal verwenden, um eine Regelung auszuführen. Beispielsweise kann das Soll-Flächensignal gesteuert werden, um eine Differenz zwischen dem geschätzten Luftdrehmoment und der Luftdrehmomentanforderung zu minimieren.
  • Das Luftsteuermodul 228 kann ein Soll-Krümmerabsolutdrucksignal (Soll-MAP-Signal) an ein Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 ausgeben. Das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 verwendet das Soll-MAP-Signal, um das Ladedruck-Aktuatormodul 164 zu steuern. Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 steuert dann einen oder mehrere Turbolader (z. B. den Turbolader, der die Turbine 160-1 und den Kompressor 160-2 umfasst) und/oder Turbokompressoren.
  • Das Luftsteuermodul 228 kann auch ein Soll-Luft-pro-Zylinder-Signal (Soll-APC-Signal) an ein Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 ausgeben. Basierend auf dem Soll-APC-Signal und dem RPM-Signal kann das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 die Positionen des Einlass- und/oder Auslass-Nockenphasenstellers 148 und 150 unter Verwendung des Phasensteller-Aktuatormoduls 158 steuern.
  • Wieder auf das Zündfunkensteuermodul 232 Bezug nehmend, können die Zündfunkenvorverstellungswerte basierend auf verschiedenen Motorbetriebsbedingungen variieren. Lediglich beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung invertiert werden, um diese nach der Soll-Zündfunkenvorverstellung aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (Tdes) kann die Soll-Zündfunkenvorverstellung (Sdes) basierend auf Sdes = T–1 (Tdes, APC, I, E, AF, OT, #) (2)ermittelt werden. Diese Beziehung kann durch eine Gleichung und/oder durch eine Nachschlagetabelle verkörpert werden. Das Luft/Kraftstoffverhältnis (AF) kann das Ist-Luft/Kraftstoffverhältnis sein, wie es von dem Kraftstoffsteuermodul 240 angegeben wird.
  • Wenn die Zündfunkenvorverstellung auf die kalibrierte Zündfunkenvorverstellung eingestellt wird, kann das resultierende Drehmoment so nahe wie möglich bei einem mittleren Bestdrehmoment (MBT) liegen. Das MBT bezieht sich auf das maximale Motorausgansdrehmoment, das für einen gegebenen Luftdurchsatz erzeugt wird, wenn die Zündfunkenvorverstellung erhöht wird, während Kraftstoff mit einer Oktanzahl größer als ein vorbestimmter Schwellenwert verwendet wird und eine stöchiometrische Kraftstoffversorgung verwendet wird. Die Zündfunkenvorverstellung, bei der dieses maximale Drehmoment auftritt, kann als ein MBT-Zündfunken bezeichnet werden. Die kalibrierte Zündfunkenvorverstellung kann sich von dem MBT-Zündfunken beispielsweise aufgrund der Kraftstoffqualität (wenn beispielsweise Kraftstoff mit geringerer Oktanzahl verwendet wird) und aufgrund von Umweltfaktoren leicht unterscheiden. Das Drehmoment bei der kalibrierten Zündfunkenvorverstellung kann daher kleiner als das MBT sein.
  • Nun auf 3A–3C Bezug nehmend, ist ein graphisches Beispiel einer Drehmomentreserve dargestellt. Basierend auf Klima-Steuereinstellungen des Fahrers kann ein Klimaanlagenkompressor (A/C-Kompressor) eingeschaltet oder ausgeschaltet werden. Beispielsweise kann der A/C-Kompressor selektiv mit einer Antriebsscheibe verbunden werden, indem eine A/C-Kupplung eingerückt wird. Die Antriebsscheibe kann durch die Kurbelwelle des Motors 102 angetrieben werden. Wenn die A/C-Kupplung eingerückt wird, belastet der A/C-Kompressor den Motor 102.
  • Das Einrücken der A/C-Kupplung verringert daher den Anteil des Motorausgangsdrehmoments, der verfügbar ist, um den Motor 102 zu drehen und die Räder anzutreiben. Wenn sich der Motor 102 im Leerlauf befindet, kann das durch den Motor 102 erzeugte Drehmoment gering sein, und wenn die A/C-Kupplung eingerückt wird, kann das verbleibende Drehmoment nicht ausreichend sein, um den Motor 102 bei derselben Drehzahl am Laufen zu halten, was zu einem Absinken der Leerlaufdrehzahl oder sogar zu einem Abwürgen führt. Bei höheren Drehzahlen kann der Fahrer ein Absinken der Leistung wahrnehmen, wenn die A/C-Kupplung eingerückt wird. Diese Probleme können verschlimmert werden, da das Drehmoment, das erforderlich ist, um den A/C-Kompressor zu starten, größer als das Drehmoment sein kann, das durch den A/C-Kompressor während des Betriebs verwendet wird.
  • Wenn die A/C-Kupplung eingerückt wird, wird der Motor 102 daher gesteuert, um das Motorausgangsdrehmoment zu erhöhen, um das Drehmoment auszugleichen, das nun verwendet wird, um den A/C-Kompressor zu betreiben. Das Ändern der langsamen Aktuatoren, wie beispielsweise des Luftdurchsatzes, erzeugt im Ergebnis eine relativ langsame Zunahme des Motorausgangsdrehmoments. Ein Abwürgen oder ein Absin ken der Leistung kann bereits aufgetreten sein, bevor das Motorausgangsdrehmoment ausreichend zugenommen hat.
  • Eine Drehmomentreserve, wie sie beispielsweise oben beschrieben ist, kann daher implementiert werden, bevor die A/C-Kupplung eingerückt wird. Beispielsweise kann der Luftdurchsatz bei einem Motor mit Funkenzündung derart eingestellt werden, dass eine vorausgesagte Drehmomentanforderung erzeugt werden könnte. Die vorausgesagte Drehmomentanforderung kann gleich dem gegenwärtigen Motorausgangsdrehmoment plus der voraussichtlichen Last durch den A/C-Kompressor sein. Obwohl der Luftdurchsatz ausreichend ist, damit die vorausgesagte Drehmomentanforderung erzeugt werden kann, wird der Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellt, indem die Momentandrehmomentanforderung unter dem Luftdrehmoment festgelegt wird, so dass das Motorausgangsdrehmoment stabil bleibt.
  • Wenn die A/C-Kupplung eingerückt wird, kann die Zündfunkenvorverstellung auf einen kalibrierten Wert zurückgestellt werden, der das volle Motorausgangsdrehmoment realisiert, das bei dem gegenwärtigen Luftdurchsatz verfügbar ist. Mit anderen Worten wird die Zündfunkenverstellung nach spät aufgehoben, die verursachte, dass das Motorausgangsdrehmoment verringert wurde. Die gesamte vorausgesagte Drehmomentanforderung ist bei dem gegenwärtigen Luftdurchsatz verfügbar, und daher ist genügend Drehmoment verfügbar, um die Last auszugleichen, die durch den A/C-Kompressor hervorgerufen wird. Das Ändern der Zündfunkenvorverstellung kann als eine Drehmomentzunahme realisiert werden, sobald das nächste Zylinder-Zündungsereignis auftritt.
  • Wenn die Reserve jedoch nicht vorhanden wäre, könnte keine Zündfunkenverstellung nach spät vorhanden sein, die zum Erhöhen des Motor ausgangsdrehmoments aufgehoben wird – stattdessen könnte ein zusätzlicher Luftdurchsatz angefordert werden. Wegen der mechanischen Verzögerung des Drosselventils, der Krümmerverzögerung der Luft bei dem Erreichen der Zylinder und des Viertaktzyklus, der verhindert, dass ein erhöhter Luftdurchsatz einen Zylinder vor dem nächsten Einlasstakt erreicht, kann das Erhöhen des Luftdurchsatzes relativ langsam sein. Das Warten auf den zusätzlichen Luftdurchsatz könnte ein Absinken der Motordrehzahl und des Drehmoments verursachen, die durch den Benutzer wahrnehmbar sein können und in bestimmten Fällen sogar das Abwürgen des Motors verursachen können.
  • Die 3A–3C zeigen Kurven des Drehmoments und der Zündfunkenvorverstellung bezogen auf eine gemeinsame Zeitachse. Eine Fahrerdrehmomentanforderung 304 ist lediglich zu Zwecken der Darstellung als eine Konstante über die in 3A gezeigte Zeit dargestellt. Eine Zündfunkenvorverstellung 308 ist lediglich zu Zwecken der Darstellung bei 30 Grad zu Beginn der in 3C gezeigten Zeit dargestellt.
  • Zu der Zeit 312 wird die Klimaanlage durch ein Klima-Steuersystem angefordert. Ein A/C-Reservedrehmoment 316 wird daher angefordert. Das A/C-Reservedrehmoment 316 kann eine Schätzung der Last sein, die der A/C-Kompressor auf den Motor 102 anwenden wird, und es kann basierend auf Faktoren schwanken, wie beispielsweise der Temperatur.
  • Eine vorausgesagte Drehmomentanforderung 320 kann zu der Zeit 312 gleich der Fahrerdrehmomentanforderung 304 sein. Sobald das A/C-Reservedrehmoment 316 angefordert wird, nimmt die vorausgesagte Drehmomentanforderung 320 zu, beispielsweise um einen Betrag gleich dem A/C-Reservedrehmoment 316. Die vorausgesagte Drehmomentanforderung 320 kann mit einer begrenzten Rate zunehmen, wie in 3A gezeigt ist, oder sie kann unmittelbar um den Betrag des A/C-Reservedrehmoments 316 zunehmen.
  • Ein Luftdrehmoment 324 folgt der vorausgesagten Drehmomentanforderung 320. Wie in 3A gezeigt, gibt es eine Verzögerung zwischen dem Beginn der Änderung der vorausgesagten Drehmomentanforderung 320 und dem Beginn der Änderung des Luftdrehmoments 324. Zusätzlich hat die vorausgesagte Drehmomentanforderung 320 zu der Zeit, zu der das Luftdrehmoment 324 sich zu ändern beginnt, nahezu seinen endgültigen Wert erreicht.
  • Eine Momentandrehmomentanforderung 328 bleibt bis zu der Zeit 332 gleich der Fahrerdrehmomentanforderung 304. Daher ist das Motorausgangsdrehmoment vor der Zeit 332 gleich der Fahrerdrehmomentanforderung 304. Wenn das Luftdrehmoment 324 zunimmt, nimmt die Zündfunkenvorverstellung 308 ab, was das gleiche Motorausgangsdrehmoment aufrechterhält.
  • Zu der Zeit 332 rückt die A/C-Kupplung ein. Eine A/C-Last 336 wird basierend auf einer Schätzung der Last erzeugt, die der A/C-Kompressor auf den Motor 102 anwendet. Die A/C-Last 336 kann ratenbegrenzt sein, wie beispielsweise in 3B gezeigt ist, oder sie kann unmittelbar auf die Schätzung der A/C-Kompressorlast zunehmen. Die Momentandrehmomentanforderung 328 wird durch die A/C-Last 336 erhöht und nimmt daher zu der Zeit 332 zu. Die Zunahme der Momentandrehmomentanforderung 328 schreibt eine Zunahme der Zündfunkenvorverstellung 308 vor, die das Motorausgangsdrehmoment erhöht, um der erhöhten Momentandrehmomentanforderung 328 zu entsprechen.
  • Da das Erhöhen der Zündfunkenvorverstellung 308 relativ schnell ist, kann das Motorausgangsdrehmoment schnell genug erhöht werden, um die A/C-Last zu bedienen, während jegliches Absinken der Leistung oder der Drehzahl verringert oder beseitigt wird. Die Momentandrehmomentanforderung 328 kann so lange über der Fahrerdrehmomentanforderung 304 bleiben, wie die A/C-Kupplung eingerückt ist.
  • Nun auf 4 Bezug nehmend, umfasst eine beispielhafte Implementierung des Reserven/Lastenmoduls 220 ein Eingangsreservemodul 404, das eine Eingangsreserve berechnet. Die Eingangsreserve kann auf einer Differenz zwischen der vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und der vermittelten Momentandrehmomentanforderung von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 basieren. Das Eingangsreservemodul 404 gibt die Eingangsreserve an ein Additivreservenmodul 408 und ein Subtraktionsmodul 412 aus.
  • Das Additivreservenmodul 408 kann zusätzliche Additivreserven empfangen. Additivreserven können eine Reserve aufgrund des A/C-Kompressors, eine Reserve zur Kompensation eines Lichtmaschinendrehmoments und eine Reserve für das Äquivalenzverhältnis aufgrund einer eingreifenden Diagnostik umfassen. Die Eingangsreserve kann Drehmomentreserven widerspiegeln, wie beispielsweise eine Leerlaufdrehzahl-Steuerreserve, eine Traktionssteuerreserve und eine Getriebesteuerreserve. Das Additivreservenmodul 408 simuliert beliebige empfangene Additivreserven, einschließlich der Eingangsreserve, und gibt die Summe an ein Reservenvermittlungsmodul 416 aus.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann die Leerlaufdrehzahl-Steuerreserve durch das RPM-Steuermodul 210 von 2 implementiert werden, anstatt dass sie als eine Additivreserve an das Reserven/Lasten modul 220 geliefert wird. Das RPM-Steuermodul 210 kann die Leerlaufdrehzahl-Steuerreserve implementieren, indem eine vorausgesagte Drehmomentanforderung ausgegeben wird, die um den Betrag der Leerlaufdrehzahl-Steuerreserve erhöht ist. Wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung von dem RPM-Steuermodul 210 die Vermittlung in dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 gewinnt, wird diese Erhöhung durch die Eingangsreserve von dem Eingangsreservenmodul 404 widergespiegelt.
  • Ein Minimalreservenmodul 420 kann eine oder mehrere Minimalreserven empfangen. Im Gegensatz zu den Additivreserven, die jeweils eine zusätzliche Reserve erfordern und daher addiert werden, werden Minimalreserven so lange erfüllt, wie die spezifizierte Minimalreserve vorhanden ist. Daher wird die größte der empfangenen Minimalreserven ausgewählt und von dem Minimalreservenmodul 420 ausgegeben. Die Minimalreserven können eine Reserve aufgrund eines Spülmodus eines neuen Motors und eine Reserve aufgrund eines Anspringens eines Katalysators umfassen.
  • Das Reservenvermittlungsmodul 416 erzeugt eine vermittelte Reserve basierend auf den Reserven, die von dem Additivreservenmodul 408 und dem Minimalreservenmodul 420 empfangen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Reservenvermittlungsmodul 416 den größeren der Werte von dem Additivreservenmodul 408 und dem Minimalreservenmodul 420 ausgeben.
  • Ein Kapazitätsmodul 424 ermittelt gegenwärtige Kapazitäten, die eine Reservekapazität und eine vorausgesagte Kapazität umfassen können. Die Reservekapazität ist ein Maß dafür, um wie viel das Motorausgangsdrehmoment unter Verwendung ausschließlich schneller Aktuatoren verringert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen kann die Reserveka pazität gleich der Zündfunkenreservekapazität sein (ein Maß, wieweit das Motorausgangsdrehmoment verringert werden kann, indem der Zündfunkenzeitpunkt vollständig nach spät verstellt wird).
  • Die vorausgesagte Kapazität stellt sicher, dass die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung durch das Erzeugen der vermittelten Reserve nicht größer als das Drehmoment ist, das durch den Motor erzeugt werden kann. Die vorausgesagte Reserve kann daher gleich dem maximalen Motordrehmoment bei der gegenwärtigen Motordrehzahl minus der vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung sein. Das Kapazitätsmodul 424 wendet die Reservekapazität und die vorausgesagte Kapazität als obere Grenzen auf die vermittelte Reserve an und gibt die begrenzte Reserve an das erste Subtraktionsmodul 412 aus.
  • Das erste Subtraktionsmodul 412 gibt eine Deltareserve basierend auf einer Differenz zwischen der begrenzten Reserve und der Eingangsreserve aus. Da die Eingangsreserve bereits in die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung eingebunden ist, entfernt das erste Subtraktionsmodul 412 den Beitrag der Eingangsreserve, bevor die Deltareserve an ein Ratenbegrenzungsmodul 428 geliefert wird.
  • Das Ratenbegrenzungsmodul wendet eine Ratengrenze auf die Deltareserve an. Lediglich beispielhaft kann das Ratenbegrenzungsmodul 428 einen Tiefpassfilter anwenden, oder es kann eine Änderungsrate der Deltareserve auf eine vorbestimmte Rampenrate begrenzen. Das Ratenbegrenzungsmodul 428 gibt eine ratenbegrenzte Reserve an ein erstes Additionsmodul 432 aus. Das erste Additionsmodul 432 addiert die ratenbegrenzte Reserve mit der vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und gibt das Ergebnis als die angepasste vorausgesagte Drehmo mentanforderung aus. Das Ratenbegrenzungsmodul 428 gibt die ratenbegrenzte Reserve auch an ein Luftdurchsatz-Verzögerungsmodul 440 aus.
  • Das Luftdurchsatz-Verzögerungsmodul 440 modelliert Verzögerungen bei dem Erreichen der ratenbegrenzten Reserve. Da die ratenbegrenzte Reserve in der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung widergespiegelt wird, können langsame Aktuatoren verwendet werden, um die ratenbegrenzte Reserve zu erreichen. Lediglich beispielhaft kann der Luftdurchsatz verwendet werden. Das Luftdurchsatz-Verzögerungsmodul 440 kann Verzögerungen bei dem Öffnen des Drosselventils 112, Verzögerungen des erhöhten Luftdurchsatzes, der sich durch den Einlasskrümmer 110 fortpflanzt, und Verzögerungen zwischen dem vorhandenen erhöhten Luftdurchsatz und einer erhöhten Menge des Luft-Kraftstoffgemischs modellieren, das während eines Verbrennungstakts verbrannt wird. Das Luftdurchsatz-Verzögerungsmodul 440 gibt die ratenbegrenzte Reserve, wie sie verzögert ist, an ein zweites Subtraktionsmodul 444 aus.
  • Die Ausgabe des Luftdurchsatz-Verzögerungsmoduls 440 ist eine Schätzung, wie viel von der Reserve realisiert wurde. In einem stationären Zustand wird die Ausgabe des Luftdurchsatz-Verzögerungsmoduls 440 letztlich gleich der ratenbegrenzten Reserve sein. Das zweite Subtraktionsmodul 444 subtrahiert die verzögerte ratenbegrenzte Reserve von dem Luftdrehmoment und gibt das Ergebnis an einen Multiplexer 448 aus. Die Ausgabe des zweiten Subtraktionsmoduls 444 ist daher das gegenwärtige Luftdrehmoment des Motors 102, das angepasst wurde, um den tatsächlichen gegenwärtigen Beitrag des Drehmoments zu entfernen, das den Reserven zugewiesen ist.
  • Der Multiplexer 448 gibt die vermittelte Momentandrehmomentanforderung oder die Ausgabe des zweiten Subtraktionsmoduls 444 an ein zwei tes Additionsmodul 452 aus. Wenn der Multiplexer 448 die vermittelte Momentandrehmomentanforderung ausgibt, kann dies als ein schneller Pfad bezeichnet werden, wobei Änderungen in der vermittelten Momentandrehmomentanforderung sofort als Änderungen in der angepassten Momentandrehmomentanforderung widergespiegelt werden. Wenn der Multiplexer 448 die Ausgabe von dem zweiten Subtraktionsmodul 444 ausgibt, kann dies als ein langsamer Pfad bezeichnet werden. Wenn der langsame Pfad wirksam ist, werden Änderungen der vermittelten Momentandrehmomentanforderung nicht sofort als Änderungen der angepassten Momentandrehmomentanforderung widergespiegelt.
  • Lediglich beispielhaft kann der schnelle Pfad erlauben, wenn der Fahrer plötzlich mehr Drehmoment anfordert und eine große Reserve vorhanden ist, dass die angepasste Momentandrehmomentanforderung schnell zunimmt, was zu einem unerwartet schnellen Ansprechen führt. Fahrer erwarten allgemein ein langsameres Ansprechen durch die Verwendung einer vorausgesagten Drehmomentanforderung ähnlich demjenigen, das wahrgenommen wird, wenn das Drosselventil 112 betätigt wird. Der langsame Pfad verhindert daher, dass die schnellen Aktuatoren das Drehmoment schnell ändern, was zu einem plötzlichen Einbruch in dem Drehmoment führen kann, der von dem Fahrer nicht erwartet wurde.
  • Ein Lastmodul 456 empfangt Lastangaben, wie beispielsweise von einer A/C-Kompressorkupplung. Die A/C-Kompressorkupplung kann dem Lastmodul 456 anzeigen, wann die A/C-Kompressorkupplung einrückt. Das Lastmodul 456 erzeugt ein Lastdrehmoment basierend auf einer Schätzung des Lastbetrags, der auf den Motor 102 angewendet werden wird. In dem Fall des A/C-Kompressors gibt das Lastmodul 456 das Lastdrehmoment aus, das dem Drehmomentbetrag gleich ist, der zum Betreiben des A/C-Kompressors erforderlich ist. Dieses Lastdrehmoment kann für verschiedene Lasten summiert werden, wie beispielsweise den A/C-Kompressor und eine Servolenkungspumpe.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann das Lastmodul 456 das Lastdrehmoment vorübergehend erhöhen, während der A/C-Kompressor gestartet wird, um die Tatsache widerzuspiegeln, dass der A/C-Kompressor bei dem Starten mehr Drehmoment als bei dem kontinuierlichen Betrieb benötigt. Das Lastmodul 456 kann das Lastdrehmoment auch basierend auf der Temperatur anpassen, da einige Komponenten bei höheren oder niedrigeren Temperaturen mehr Drehmoment benötigen, um zu starten oder betrieben zu werden. Das zweite Additionsmodul 452 summiert die Ausgabe des Multiplexers 448 mit dem Lastdrehmoment und gibt das Ergebnis als die angepasste Momentandrehmomentanforderung aus.
  • Nun auf 5 Bezug nehmend, stellt ein Flussdiagramm den beispielhaften Betrieb des Reserven/Lastenmoduls 220 dar. Die Steuerung startet bei Schritt 502, bei dem eine Eingangsreserve ermittelt wird, indem die vermittelte Momentandrehmomentanforderung von der vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung subtrahiert wird. Die Steuerung fährt bei Schritt 504 fort, bei dem die Additivreserven miteinander und mit der Eingangsreserve summiert werden.
  • Die Steuerung fährt bei Schritt 506 fort, bei dem eine als Reserve bezeichnete Variable gleich einem Maximum von empfangenen Minimalreserven gesetzt wird. Die Steuerung fährt bei Schritt 508 fort, bei dem die Reservevariable gleich dem Maximum des vorhergehenden Werts der Reservevariable und der Reservesumme von Schritt 504 gesetzt wird.
  • Die Steuerung fährt bei Schritt 510 fort, bei dem die Steuerung eine Zündfunkenreservekapazität und eine vorausgesagte Kapazität ermittelt. Die Zündfunkenreservekapazität ist gleich der Drehmomentdifferenz zwischen dem Luftdrehmoment und dem Drehmomentbetrag, der erzeugt werden würde, wenn der Zündfunkenzeitpunkt auf den am meisten nach spät verstellten Wert eingestellt würde. Die vorausgesagte Kapazität ist gleich dem maximalen Motordrehmoment bei der gegenwärtigen Motordrehzahl minus der vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung.
  • Die Steuerung fährt bei Schritt 512 fort, bei dem die Steuerung die Reservevariable auf das Minimum der Zündfunkenreservekapazität, der vorausgesagten Kapazität und des vorhergehenden Werts der Reservevariable festlegt. Die Steuerung fährt bei Schritt 514 fort, bei dem die Steuerung die Reservevariable gleich dem vorhergehenden Wert der Reservevariable minus der Eingangsreserve setzt. Die Steuerung fährt bei Schritt 516 fort, bei dem die Steuerung die Reservevariable ratenbegrenzt.
  • Die Steuerung fährt bei Schritt 518 fort, bei dem die Steuerung eine Summe der Reservevariable und der vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung als die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung ausgibt. Die Steuerung fährt bei Schritt 520 fort, bei dem die Steuerung ein Verzögerungsmodell auf die Reservevariable anwendet. Das Verzögerungsmodell basiert auf den Verzögerungen zwischen der Ausführung von Änderungen langsamerer Aktuatoren und dem Ansprechen des Motors auf diese Änderungen. Die Steuerung fährt bei Schritt 522 fort, bei dem die Steuerung die Reservevariable von dem Luftdrehmoment subtrahiert, um ein angepasstes Luftdrehmoment zu erzeugen.
  • Die Steuerung fährt bei Schritt 524 fort, bei dem die Steuerung ein Lastdrehmoment ermittelt. Das Lastdrehmoment kann auf Lasten basieren, die dem Motor auferlegt werden, wie beispielsweise ein A/C-Kompressor und/oder eine Servolenkungspumpe. Die Steuerung fährt bei Schritt 526 fort, bei dem die Steuerung einen schnellen Pfad oder einen langsamen Pfad auswählt. Lediglich beispielhaft kann die Steuerung einen schnellen Pfad auswählen, wenn eine RPM-Steuerung des Motors aktiviert ist. Ansonsten kann die Steuerung den langsamen Pfad auswählen. Bei Schritt 526 geht die Steuerung zu Schritt 528 über, wenn der schnelle Pfad ausgewählt wird; ansonsten geht die Steuerung zu Schritt 530 über. Bei Schritt 528 gibt die Steuerung eine Summe des Lastdrehmoments und der vermittelten Momentandrehmomentanforderung als die angepasste Momentandrehmomentanforderung aus. Die Steuerung kehrt dann zu Schritt 502 zurück. Bei Schritt 530 gibt die Steuerung eine Summe des Lastdrehmoments und des angepassten Luftdrehmoments als die angepasste Momentandrehmomentanforderung aus. Die Steuerung kehrt dann zu Schritt 502 zurück.
  • Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. 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 anhand eines Studiums der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden.

Claims (10)

  1. Motorsteuersystem, das umfasst: ein Luftsteuermodul, das ein Drosselventil eines Motors basierend auf einer angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung steuert; ein Zündfunkensteuermodul, das einen Zündfunkenzeitpunkt des Motors basierend auf einer angepassten Momentandrehmomentanforderung steuert; und ein Reservenmodul, welches eine vermittelte Reserve basierend auf einem Maximum von einer Minimalreserve oder einer Additivreservesumme ermittelt und welches die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung basierend auf einer Summe einer vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und einer angeforderten Reserve erzeugt, wobei die angeforderte Reserve auf der vermittelten Reserve basiert.
  2. Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Reservenmodul eine Deltareserve basierend auf einer Differenz zwischen einer Momentanreserve und einer Eingangsreserve erzeugt, wobei die angeforderte Reserve auf der Deltareserve basiert und wobei die Momentanreserve auf der vermittelten Reserve basiert, wobei vorzugsweise das Reservenmodul die angeforderte Reserve basierend auf einer Ratenbegrenzung der Deltareserve erzeugt und/oder das Reservenmodul die Momentanreserve erzeugt, indem eine obere Grenze auf die vermittelte Reserve angewendet wird, wobei die obere Grenze auf einer Motorausgangsdrehmomentdifferenz basiert, die durch das Zündfunkensteuermodul ohne das Luftsteuermodul erreichbar ist, und/oder das Reservenmodul die Momentanreserve erzeugt, indem eine obere Grenze auf die vermittelte Reserve angewendet wird, wobei die obere Grenze auf einer Differenz zwischen einem maximalen Motorausgangsdrehmoment, das von dem Motor bei der gegenwärtigen Motordrehzahl erreichbar ist, und der vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung basiert.
  3. Motorsteuersystem nach Anspruch 2, wobei das Reservenmodul die Eingangsreserve basierend auf einer Differenz zwischen der vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und einer vermittelten Momentandrehmomentanforderung erzeugt, wobei das Reservenmodul vorzugsweise die angepasste Momentandrehmomentanforderung basierend auf der vermittelten Momentandrehmomentanforderung selektiv erzeugt, wobei das Reservenmodul vorzugsweise die angepasste Momentandrehmomentanforderung basierend auf einer Differenz zwischen einem Luftdrehmoment und einer verzögerten Reserve selektiv erzeugt, wobei die verzögerte Reserve auf einem Verzögern der angeforderten Reserve unter Verwendung eines Luftdurchsatz-Verzögerungsmodells basiert und wobei das Luftdrehmoment basierend auf einem maximalen Motorausgangsdrehmoment bei dem gegenwärtigen Luftdurchsatz ermittelt wird.
  4. Motorsteuersystem nach Anspruch 3, wobei das Reservenmodul eine angeforderte Additivreserve empfängt und die Additivreservesumme basierend auf einer Summe der Eingangsreserve und der angeforderten Additivreserve erzeugt.
  5. Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Reservenmodul mehrere angeforderte Minimalreserven empfängt und die Minimalreserve basierend auf einer maximalen von den mehreren angeforderten Minimalreserven erzeugt.
  6. Verfahren, umfassend, dass: ein Drosselventil eines Motors basierend auf einer angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung gesteuert wird; ein Zündfunkenzeitpunkt des Motors basierend auf einer angepassten Momentandrehmomentanforderung gesteuert wird; eine vermittelte Reserve basierend auf einem Maximum von einer Minimalreserve oder einer Additivreservesumme ermittelt wird; und die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung basierend auf einer Summe einer vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und einer angeforderten Reserve erzeugt wird, wobei die angeforderte Reserve auf der vermittelten Reserve basiert.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend, dass eine Deltareserve basierend auf einer Differenz zwischen einer Momentanreserve und einer Eingangsreserve erzeugt wird, wobei die angeforderte Reserve auf der Deltareserve basiert und wobei die Momentanreserve auf der vermittelten Reserve basiert, vorzugsweise ferner umfassend, dass die angeforderte Reserve basierend auf einem Ratenbegrenzen der Deltareserve erzeugt wird, und/oder ferner umfassend, dass die Momentanreserve erzeugt wird, indem eine obere Grenze auf die vermittelte Reserve angewendet wird, wobei die obere Grenze auf einer Motorausgangsdrehmomentdifferenz basiert, die von dem Zündfunkensteuermodul ohne das Luftsteuermodul erreichbar ist, und/oder ferner umfassend, dass die Momentanreserve erzeugt wird, indem eine obere Grenze auf die vermittelte Reserve angewendet wird, wobei die obere Grenze auf einer Differenz zwischen einem maximalen Motorausgangsdrehmoment, das von dem Motor bei der gegenwärtigen Motordrehzahl erreichbar ist, und der vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung basiert.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend, dass die Eingangsreserve basierend auf einer Differenz zwischen der vermittelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und einer vermittelten Momentandrehmomentanforderung erzeugt wird, vorzugsweise ferner umfassend, dass die angepasste Momentandrehmomentanforderung basierend auf der vermittelten Momentandrehmomentanforderung selektiv erzeugt wird, vorzugsweise ferner umfassend, dass die angepasste Momentandrehmomentanforderung basierend auf einer Differenz zwischen einem Luftdrehmoment und einer verzögerten Reserve erzeugt wird, wobei die verzögerte Reserve auf einem Verzögern der angeforderten Reserve unter Verwendung eines Luftdurchsatz-Verzögerungsmodells basiert und wobei das Luftdrehmoment basierend auf einem maximalen Motorausgangsdrehmoment bei dem gegenwärtigen Luftdurchsatz ermittelt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass eine angeforderte Additivreserve empfangen wird und die Additivreservesumme basierend auf einer Summe der Eingangsreserve und der angeforderten Additivreserve erzeugt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend, dass mehrere angeforderte Minimalreserven empfangen werden und die Minimalreserve basierend auf einer maximalen von den mehreren angeforderten Minimalreserven erzeugt wird.
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